盾構(gòu)始發(fā)端土體冷凍施工技術(shù)

1、盾構(gòu)始發(fā)端土體冷凍施工技術(shù)摘要：盾構(gòu)始發(fā)是盾構(gòu)施工過(guò)程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)，盾構(gòu)始發(fā)的端土體的穩(wěn)定性是不容 忽視的問(wèn)題。盾構(gòu)始發(fā)段為基巖孔隙裂隙水賦存于第三系膠結(jié)不良的砂巖、砂礫巖中， 因粘土巖阻隔作用表現(xiàn)為多層含水層，該含水層水量較豐富，其補(bǔ)給、排泄均為地下徑 流。始發(fā)期間經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，始發(fā)段水頭維持在23m左右，盾構(gòu)始發(fā)過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn) 涌水、涌砂的危險(xiǎn)情況。為了進(jìn)一步減少洞門(mén)破除過(guò)程的高風(fēng)險(xiǎn)，采用局部?jī)鼋Y(jié)工藝， 預(yù)計(jì)形成2.0m厚的凍土墻，可以有效封水及對(duì)原有加固土體進(jìn)一步的補(bǔ)強(qiáng)作用。關(guān)鍵詞：盾構(gòu)；加固區(qū)；端土體；冷凍引言：盾構(gòu)法施工工序分為：盾構(gòu)始發(fā)，盾構(gòu)掘進(jìn)，盾構(gòu)到達(dá)三方面，其中盾 構(gòu)始發(fā)和到

2、達(dá)是這個(gè)施工工法中尤為重要的兩個(gè)環(huán)節(jié)。盾構(gòu)機(jī)的正常始發(fā)就是能否進(jìn)行 后續(xù)工作的關(guān)鍵。*工程采用復(fù)合式泥水盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行河底部的穿越工作，下面針對(duì)*工程的特例對(duì)盾構(gòu)始發(fā)，采用局部?jī)鼋Y(jié)法，有效保障盾構(gòu)始發(fā)的情況，淺談一下盾構(gòu)始發(fā) 過(guò)程中端土體冷凍法施工。1、工程概述1.1 *工程簡(jiǎn)介*工程主體工程由南北岸渠道，退水洞、進(jìn)口建筑物、過(guò)河隧洞、出口建筑物及防護(hù)堤等部分組成。過(guò)河隧洞采用泥水盾構(gòu)法進(jìn)行施工?？傞L(zhǎng)4250m,包括過(guò)河隧洞和*隧洞段兩部分組成，雙洞并行布置，隧洞軸線間距為28m。1.2 地質(zhì)情況河床及漫灘地下水為孔隙水和基巖孔隙裂隙水。基巖孔隙裂隙水賦存于第三系膠結(jié) 不良的砂巖、砂礫巖中，因粘土

3、巖阻隔作用表現(xiàn)為多層含水層，該含水層水量較豐富， 其補(bǔ)給、排泄均為地下徑流?，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量降水井的正常水位為 90m高程，盾構(gòu)機(jī)的中心高程為67m,洞門(mén)中 心的就是有23m的水頭，相當(dāng)是2.3bar多的壓力。1.3 盾構(gòu)端土體的加固及破除情況盾構(gòu)始發(fā)的前方的加固情況如下：素混凝土墻 80cm、高噴加固區(qū)11m及高噴加固 區(qū)外3m處設(shè)置灰漿墻作擋水帷幕，自凝灰漿墻為圓環(huán)呈跑道形布置，墻厚 80cm （見(jiàn)圖 1-1）。盾構(gòu)機(jī)始發(fā)要經(jīng)過(guò)，豎井洞門(mén)處預(yù)埋鋼環(huán)，80cm豎井內(nèi)襯（在前期施工中已經(jīng)破除），150cm地連墻，隨后進(jìn)入加固區(qū)。為確保此次盾構(gòu)始發(fā)的安全，在進(jìn)行始發(fā)前對(duì)學(xué)子面進(jìn)行鉆機(jī)取芯工作。通過(guò)取

4、芯的結(jié)果，可以判斷高噴加固效果不是很理想，取芯也說(shuō)明了一個(gè)問(wèn)題，在40米的埋深下，地質(zhì)情況多為粉細(xì)砂，而且含水量比較豐富，在這樣高的水頭下，盾構(gòu)始發(fā)過(guò)程中（在未進(jìn)行加固和處理的情況下），可能會(huì)出現(xiàn)涌水、涌砂的危險(xiǎn)情況。為了進(jìn)一步減 少洞門(mén)破除過(guò)程的高風(fēng)險(xiǎn)，所以對(duì)洞門(mén)始發(fā)前 80cm素混凝土墻與豎井洞門(mén)混凝土之間 進(jìn)行冷凍法施工，預(yù)計(jì)形成2.0m厚的凍土墻，進(jìn)行封水及對(duì)原有加固土體進(jìn)一步的補(bǔ) 強(qiáng)作用，同樣在盾構(gòu)始發(fā)過(guò)程中降低風(fēng)險(xiǎn)，增加始發(fā)的安全性。圖1-1:端土體加固區(qū)及豎井結(jié)構(gòu)示意圖2、凍結(jié)孔施工2.1 垂直凍結(jié)孔布置凍結(jié)孔布置設(shè)計(jì)：根據(jù)凍結(jié)壁設(shè)計(jì)原則和凍結(jié)壁厚度要求，結(jié)合上述幾方面因素，設(shè)2

5、排垂直凍結(jié)孔，排距為1m,總數(shù)41個(gè)。其中內(nèi)排孔布置圈半徑11.7m、20個(gè)孔、 開(kāi)孔間距0.8m,距素碎擋墻0.4m；外排孔布置圈半徑12.7m、19個(gè)孔、兩端頭增加2 個(gè)孔，開(kāi)孔間距0.86m,。內(nèi)、外兩排孔插花均布（梅花型布置）（見(jiàn)圖2-1）圖2-1 :凍結(jié)孔及測(cè)溫孔平面布置見(jiàn)2.2 管材選擇及設(shè)備選型凍結(jié)管、測(cè)溫管和供液管規(guī)格：凍結(jié)管選用小159X 6mm 2加氐碳鋼無(wú)縫鋼管，采用 外管箍焊接連接；供液管采用小60mm5mmi料軟管；測(cè)溫管采用小89X4mm£縫鋼管。 打鉆設(shè)備選型：打鉆選用 XY-200型鉆機(jī)2臺(tái)，ZZ-300型鉆機(jī)1臺(tái)，選用BW-250/50型 泥漿泵3臺(tái)

6、，電機(jī)功率15KW2.3 凍結(jié)孔斜度控制凍結(jié)孔偏值控制要求：凍結(jié)段內(nèi)，內(nèi)排凍結(jié)孔外偏值不大于300mm相臨孔間距不大于1150mm外排孔內(nèi)偏值不大于 300mm相臨孔間距不大于1200mm凍結(jié)孔偏斜應(yīng)同時(shí)滿足上述兩方面要求。在鉆孔初期，采用的是燈光測(cè)斜，在紙上面來(lái)把相應(yīng)點(diǎn)位偏離中心線的距離測(cè)出來(lái)， 再利用相似三角形的原理，把紙上面的距離轉(zhuǎn)換到實(shí)際的距離?？刂瓶仔钡姆椒ㄊ窃阢@機(jī)調(diào)平的前提下，用加重管進(jìn)行垂直的控制；后期施工采用 比較先進(jìn)的陀螺儀測(cè)斜，可以有效的控制凍結(jié)孔的斜度。實(shí)際鉆孔過(guò)程中凍結(jié)孔偏斜率 10%。2.4 冷凍孔施工過(guò)程中所出現(xiàn)情況及處理在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，就是 XY-200型鉆

7、機(jī)，雖然成孔率是比較高，不過(guò)在掃孔 過(guò)程中出現(xiàn)了埋鉆現(xiàn)象，這對(duì)于打冷凍孔十分不利。然而在下放凍結(jié)管的過(guò)程還會(huì)出現(xiàn) 塌孔和下放困難的情況。在鉆孔初期，成功下放冷凍管的凍結(jié)孔都是ZZ-300型鉆機(jī)所打的凍結(jié)孔。分析出現(xiàn)這種情況的原因是，河床及漫灘地下結(jié)構(gòu)多為砂層和小型鉆機(jī)的扭矩比較 小，進(jìn)漿管比較小，壁膨潤(rùn)土的流量比較小，在進(jìn)行泥漿循環(huán)的過(guò)程中，從泥漿中帶出 的砂比較少。雖說(shuō)成孔了，但成孔的質(zhì)量不高；還有一種可能是出現(xiàn)鉆孔傾斜的情況。 為了解決這些問(wèn)題帶來(lái)冷凍孔進(jìn)度緩慢的情況，采取了以下措施。在原有取芯機(jī)的基礎(chǔ)上，加大了取芯機(jī)的開(kāi)孔直徑，由原來(lái)215mm調(diào)整為現(xiàn)在245mm。又調(diào)來(lái)一臺(tái)功率比較大的

8、鉆機(jī)，同時(shí)把部分鉆機(jī)的鉆頭調(diào)整為215mm,在此基礎(chǔ)上把冷凍管的直徑由原來(lái)的159mm調(diào)整為現(xiàn)在133mm。ZZ-300鉆機(jī)可以加大旋轉(zhuǎn)的扭矩，泥漿的進(jìn)漿量也增大了，這樣可以對(duì)鉆孔進(jìn)行 有效的護(hù)壁，還可以把凍結(jié)孔中泥沙循環(huán)到地表，在地表到泥漿池途中增加了振動(dòng)篩， 有效過(guò)濾泥漿從鉆孔中循環(huán)出來(lái)的泥沙，這樣可以更好的防止塌孔現(xiàn)象，采用先進(jìn)陀螺 儀測(cè)斜，則可以更準(zhǔn)確的控制鉆孔的情況，若出現(xiàn)冷凍孔傾斜的現(xiàn)象及時(shí)糾正。 3、凍結(jié)方案冷凍系統(tǒng)是由鹽水系統(tǒng)、氟系統(tǒng)，清水系統(tǒng)三個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成。其原理是利用是冷卻水 循環(huán)系統(tǒng)對(duì)氟系統(tǒng)進(jìn)行降溫，然而氟系統(tǒng)對(duì)鹽水進(jìn)行降溫，冷鹽水對(duì)土體進(jìn)行凍結(jié)。主要技術(shù)參數(shù)如下：鹽水溫度

9、：-28-30 C；蒸發(fā)溫度：-33-35 C；凍結(jié)區(qū)原始地層溫度： +22C冷卻水溫度：+ 23C；冷凝溫度：+ 35Co凍結(jié)孔總長(zhǎng)度：1968m，其中凍結(jié)長(zhǎng)度：738m測(cè)溫孔總長(zhǎng)度：96m 凍結(jié)需冷量：冷量損失系數(shù)：1.2 ;總需冷量：Q=k 兀 d H n q式中：k 凍結(jié)站冷量損失系數(shù)，取1.2d-凍結(jié)管外直徑，米H-凍結(jié)深度，米n凍結(jié)孔數(shù)量，個(gè)q-凍結(jié)管散熱系數(shù)或單位熱度量，取 300千卡/米2 時(shí)非凍結(jié)段冷損按50%計(jì)WJ: Q=1.2X3.14X 0.159X 39X （18+30X0.5）X 300=23.2（萬(wàn)大卡/小時(shí)）冷凍機(jī)油選用N46冷凍機(jī)油；制冷劑選用氟立昂 R-22

10、;冷媒劑選用氯化鈣溶液。鹽水系統(tǒng)氟系統(tǒng)清水系統(tǒng)圖3-1:冷凍機(jī)聯(lián)接示意圖4、局部?jī)鼋Y(jié)工藝采用局部?jī)鼋Y(jié)工藝可以有效防止凍脹和融沉現(xiàn)象對(duì)工程的不利影響、減少制冷量和有效地保護(hù)環(huán)境，從冷凍工期上可以減少冷凍時(shí)間，可以有效地減少直線工期。局部?jī)?結(jié)管結(jié)構(gòu)情況（見(jiàn)圖4-1）。凍結(jié)體分為凍結(jié)區(qū)和非凍結(jié)，中間用隔板分隔開(kāi)，管中采用套管進(jìn)行局部冷凍，凍結(jié)板塊有效厚度2.0m （加上素碎擋墻厚0.8m,則擋墻總厚度為2.8m）,（?。╅L(zhǎng)15.6m, 高18m凍結(jié)孔深度：48m其中凍結(jié)段長(zhǎng)度為18m （標(biāo)高：75.5m57.5m）。經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的局部冷凍施工，學(xué)子面處于干燥狀態(tài)，表面無(wú)明顯滲水現(xiàn)象，洞門(mén) 內(nèi)溫度接近

11、零度左右，基本上已經(jīng)達(dá)到破除洞門(mén)工作的要求。(j>60X 5回液管去路地面上部分凍 結(jié) 區(qū)圖4-1局部?jī)鼋Y(jié)孔結(jié)構(gòu)示意圖5、凍結(jié)管起拔方案在盾構(gòu)始發(fā)之前、洞門(mén)破壁后，所有位于盾構(gòu)推進(jìn)輪廓內(nèi)的凍結(jié)管需拔除， 24個(gè)小時(shí)可全部完成。利用人工局部解凍的方案，進(jìn)行拔管，具體方法如下：利用熱鹽水在凍結(jié)器 里循環(huán)，使凍結(jié)管周圍的凍土融化達(dá)到 50mrrr80mnW,開(kāi)始拔管。鹽水加熱：用一只im左右的鹽水箱儲(chǔ)存鹽水，用18組5kw的電熱絲進(jìn)行 加熱鹽水。鹽水循環(huán)：利用流量為50n3/h以上鹽水泵循環(huán)鹽水，先用 4050c的鹽水 循環(huán)10分鐘左右，即可進(jìn)行邊循環(huán)邊試拔。用兩個(gè)10噸的千斤頂進(jìn)行試拔，拔起0.5m左右時(shí)，便可停止循環(huán)熱鹽水， 用壓風(fēng)將管內(nèi)鹽水排出。然后用20T吊車快速拔出凍結(jié)管。拔管注意凍結(jié)管與掛 鉤要成一線，凍結(jié)管不能蹩勁，拔管時(shí)要常轉(zhuǎn)動(dòng)凍結(jié)管，凍結(jié)管不能硬拔，如拔 不動(dòng)時(shí)，要繼續(xù)循環(huán)熱鹽水解凍，直至拔起凍結(jié)管。圖5-1熱鹽水循環(huán)及吹鹽水 系統(tǒng)圖。6、結(jié)論隨著我國(guó)國(guó)