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，其補給、排泄均為地下徑流。始發(fā)期間經(jīng)現(xiàn)場測量，始發(fā)段水頭維持在23m左右，盾構(gòu)始發(fā)過程中，可能會出現(xiàn)涌水、涌砂的危險情況。為了進一步減少洞門破除過程的高風險，采用局部凍結(jié)工藝，預計形成2.0m厚的凍土墻，可以有效封水及對原有加固土體進一步的補強作用。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，盾構(gòu)到達三方面，其中盾構(gòu)始發(fā)和到達是這個施

2、工工法中尤為重要的兩個環(huán)節(jié)。盾構(gòu)機的正常始發(fā)就是能否進行后續(xù)工作的關(guān)鍵。*工程采用復合式泥水盾構(gòu)機進行河底部的穿越工作，下面針對*工程的特例對盾構(gòu)始發(fā)，采用局部凍結(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)過程中端土體冷凍法施工。1、 工程概述1.1*工程簡介*工程主體工程由南北岸渠道，退水洞、進口建筑物、過河隧洞、出口建筑物及防護堤等部分組成。過河隧洞采用泥水盾構(gòu)法進行施工?？傞L4250m，包括過河隧洞和*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，因粘土巖阻隔作用表現(xiàn)為多

3、層含水層，該含水層水量較豐富，其補給、排泄均為地下徑流。現(xiàn)場進行測量降水井的正常水位為90m高程，盾構(gòu)機的中心高程為67m，洞門中心的就是有23m的水頭,相當是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（見圖1-1）。盾構(gòu)機始發(fā)要經(jīng)過，豎井洞門處預埋鋼環(huán)， 80cm豎井內(nèi)襯（在前期施工中已經(jīng)破除），150cm地連墻，隨后進入加固區(qū)。為確保此次盾構(gòu)始發(fā)的安全，在進行始發(fā)前對掌子面進行鉆機取芯工作。通過取芯的結(jié)果，可以判斷高噴加固效果不

4、是很理想，取芯也說明了一個問題，在40米的埋深下，地質(zhì)情況多為粉細砂，而且含水量比較豐富，在這樣高的水頭下，盾構(gòu)始發(fā)過程中（在未進行加固和處理的情況下），可能會出現(xiàn)涌水、涌砂的危險情況。為了進一步減少洞門破除過程的高風險，所以對洞門始發(fā)前80cm素混凝土墻與豎井洞門混凝土之間進行冷凍法施工，預計形成2.0m厚的凍土墻，進行封水及對原有加固土體進一步的補強作用，同樣在盾構(gòu)始發(fā)過程中降低風險，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：根據(jù)凍結(jié)壁設(shè)計原則和凍結(jié)壁厚度要求，結(jié)合上述幾方面因素，設(shè)2排垂直凍結(jié)孔，排距為 1m，總數(shù)41個。

5、其中內(nèi)排孔布置圈半徑11.7m、20個孔、開孔間距0.8m，距素砼擋墻0.4m；外排孔布置圈半徑12.7m、19個孔、兩端頭增加 2個孔,開孔間距0.86m，。內(nèi)、外兩排孔插花均布（梅花型布置）（見圖2-1） 圖2-1：凍結(jié)孔及測溫孔平面布置見2.2管材選擇及設(shè)備選型凍結(jié)管、測溫管和供液管規(guī)格：凍結(jié)管選用159×6mm 20#低碳鋼無縫鋼管，采用外管箍焊接連接；供液管采用60mm×5mm塑料軟管；測溫管采用89×4mm無縫鋼管。打鉆設(shè)備選型：打鉆選用XY-200型鉆機2臺，ZZ-300型鉆機1臺，選用BW-250/50型泥漿泵3臺，電機功率15KW。2.3凍結(jié)孔斜

6、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)孔偏斜應同時滿足上述兩方面要求。在鉆孔初期，采用的是燈光測斜，在紙上面來把相應點位偏離中心線的距離測出來，再利用相似三角形的原理，把紙上面的距離轉(zhuǎn)換到實際的距離。控制孔斜的方法是在鉆機調(diào)平的前提下，用加重管進行垂直的控制；后期施工采用比較先進的陀螺儀測斜，可以有效的控制凍結(jié)孔的斜度。 實際鉆孔過程中凍結(jié)孔偏斜率10。2.4 冷凍孔施工過程中所出現(xiàn)情況及處理 在實踐中發(fā)現(xiàn)一個問題，就是XY-200型鉆機，雖然成孔率是比較高，不過在掃孔

7、過程中出現(xiàn)了埋鉆現(xiàn)象，這對于打冷凍孔十分不利。然而在下放凍結(jié)管的過程還會出現(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的扭矩比較小，進漿管比較小，壁膨潤土的流量比較小，在進行泥漿循環(huán)的過程中，從泥漿中帶出的砂比較少。雖說成孔了，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。為了解決這些問題帶來冷凍孔進度緩慢的情況，采取了以下措施。在原有取芯機的基礎(chǔ)上，加大了取芯機的開孔直徑，由原來215mm調(diào)整為現(xiàn)在245mm。又調(diào)來一臺功率比較大的鉆機，同時把部分鉆機的鉆頭調(diào)整為215mm，

8、在此基礎(chǔ)上把冷凍管的直徑由原來的159mm調(diào)整為現(xiàn)在133mm。ZZ-300鉆機可以加大旋轉(zhuǎn)的扭矩，泥漿的進漿量也增大了，這樣可以對鉆孔進行有效的護壁，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篩，有效過濾泥漿從鉆孔中循環(huán)出來的泥沙，這樣可以更好的防止塌孔現(xiàn)象，采用先進陀螺儀測斜，則可以更準確的控制鉆孔的情況，若出現(xiàn)冷凍孔傾斜的現(xiàn)象及時糾正。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)三個系統(tǒng)構(gòu)成。其原理是利用是冷卻水循環(huán)系統(tǒng)對氟系統(tǒng)進行降溫，然而氟系統(tǒng)對鹽水進行降溫，冷鹽水對土體進行凍結(jié)。主要技術(shù)參數(shù)如下：鹽水溫度：-28-30；蒸發(fā)溫度：-33-35；凍結(jié)區(qū)原始地

9、層溫度：+22。冷卻水溫度：23；冷凝溫度：35。凍結(jié)孔總長度：1968m ,其中凍結(jié)長度：738m。測溫孔總長度：96m。凍結(jié)需冷量：冷量損失系數(shù)：1.2；總需冷量： Q=k··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q-凍結(jié)管散熱系數(shù)或單位熱度量，取300千卡/米2·時非凍結(jié)段冷損按50%計則：Q=1.2×3.14×0.159×39×(18+30×0.5)×300 =23.2(萬大卡/小時)冷凍機油選用

10、N46冷凍機油；制冷劑選用氟立昂R-22；冷媒劑選用氯化鈣溶液。鹽水系統(tǒng)氟系統(tǒng)清水系統(tǒng)鹽水泵鹽水箱閘閥3臺壓縮機冷卻塔清水泵去路回路圖3-1：冷凍機聯(lián)接示意圖4、局部凍結(jié)工藝采用局部凍結(jié)工藝可以有效防止凍脹和融沉現(xiàn)象對工程的不利影響、減少制冷量和有效地保護環(huán)境，從冷凍工期上可以減少冷凍時間，可以有效地減少直線工期。局部凍結(jié)管結(jié)構(gòu)情況（見圖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，管中采用套管進行局部冷凍，凍結(jié)板塊有效厚度2.0m（加上素砼擋墻厚0.8m，則擋墻總厚度為2.8m），（弧）長15.6m，高18m。凍結(jié)孔深度：48m。其中凍結(jié)段長度為18m（標高：75.5m57.5m）。

11、經(jīng)過兩個月的局部冷凍施工，掌子面處于干燥狀態(tài)，表面無明顯滲水現(xiàn)象，洞門內(nèi)溫度接近零度左右，基本上已經(jīng)達到破除洞門工作的要求。圖4-1 局部凍結(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、洞門破壁后，所有位于盾構(gòu)推進輪廓內(nèi)的凍結(jié)管需拔除，24個小時可全部完成。利用人工局部解凍的方案，進行拔管，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到50mm80mm時，開始拔管。鹽水加熱：用一只1m3左右的鹽水箱儲存鹽水，用18組5kw的電熱絲進行加熱鹽水。鹽水循環(huán)：利用流量為50m3/h以上鹽水泵循環(huán)鹽水，先用4050的鹽水循環(huán)10分鐘左右，即可進行邊循環(huán)邊試拔。用兩個10噸的千斤頂進行試拔，拔起0.5m左右時，便可停止循環(huán)熱鹽水，用壓風將管內(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，拔管時要常轉(zhuǎn)動凍結(jié)管，凍結(jié)管不能硬拔，如拔不動時，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。圖5-1熱鹽水循環(huán)及吹鹽水系統(tǒng)圖6、結(jié)論