冷冻法端头加固盾构水土环境中到达施工工法

冷冻法端头加固盾构水土环境中到达施工工法

中铁二局股份有限公司城通公司

1.前言

目前，地铁建设的土压平衡软土盾构隧道进洞中有较多种方案可供选择，主要是采取土体改良方式满足洞门凿除的条件，再辅以井点降水、止水帷幕等其他措施防止盾构机在进洞过程中出现漏水漏砂，同时在洞门圈周边以弧形钢板、喷射混凝土、充气气囊等方式进行封堵洞门圈与盾壳和管片之间的间隙，实现盾构进洞。常规盾构进洞方案，主要思路为采用适合的洞门区域加固方式，保证洞门凿除的安全需要和盾构进洞过程中周边间隙封堵的有效性。

杭州地铁1号线富春路站站至秋涛路站区间富春路站段头井周边环境复杂，且受承压水影响，传统盾构进洞方法无法满足加固范围需要，采取端头井垂直冷冻加固+端头井水土回填方式进洞取得了较好的技术、社会及经济效应。

2.工法特点

2.1 施工安全性高，采用冻结法保证洞门凿除时不产生水土流失，在洞门凿除后利用工作井内回填水土使洞门内外介质一致，控制了盾构进洞安全风险。

2.2 针对受承压水影响地层，较好的平衡了洞门内外水压。 2.3在全砂性地层冷冻加固均匀性优于普通水泥加固方式。

3.适用范围

本工法适用于易出现涌水涌砂风险高的软土地层的盾构进洞。

4.工艺原理

冷冻法水土进洞包含3个方面，一是垂直冷冻加固、二是水土回填、三是盾构进洞。

图4-1 盾构水土进洞示意图

垂直冷冻加固+水土回填即：在工作井外利用冻结孔冻结加固地层，使盾构机外围及开洞口范围内土体冻结，形成强度高、封闭性好的冻结帷幕。利用冻结帷幕的自稳性进行洞门凿除，之后端头井内水土回填，使连续墙内外水土平衡，盾构土中进洞。进洞完成后于连续墙及内衬墙范围内的管片上通过双液注浆机反复压注水泥浆封堵管片与连续墙、内衬墙之间的流水通道，使管片和端头井结构行成整体，注浆完成后进行端头井内水土挖除、盾构外运。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程

施工准备→平台搭设→测量定位→冷冻法施工→洞门复测及盾构姿态优化→接收基座施工→洞门探孔检查→洞门凿除→水土回填→提升冻结管→盾构进洞→水土挖除→洞门封堵→盾构解体。

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图5.1-1 施工工艺流程图

5.2 操作要点 5.2.1场地布置

冻结站布置在进洞口地面，占地约160平方米，共使用两台机组进行冷冻施工，两台机组并联安装，万一一台冷冻机出现故障，可启用备用冷冻机供冷应急，如下图所示。

控制柜②电箱位置 （3只）控制柜①盐水箱盐水泵冷却塔清水箱冷却塔冷冻机 ②冷冻机 ①

图5.2.1-1 冷冻机组平面布置图

5.2.2冷冻施工

冻结孔施工完成后，统一加压测试，所有管道合格方可进行冷冻施工，具体冻结参数如

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下：

（1）冻结7天盐水温度降至-20℃以下，积极冻结期盐水温度为-28℃～-30℃。 （2）维护冻结期温度为-25℃～-28℃；

（3）外围冻结孔终孔间距Lmax≤1200mm，冻结帷幕交圈时间为20天，达到设计厚度时间为35天。

（4）积极冻结时间为35天。

（5）冻结孔布置45个，冻结管总长度为1193.625（1292.140）m。 （6）测温孔布置3个，深度为26.0～27.0m。 洞门凿除时冷冻须达到的指标为：

表5.2.2-1 冷冻加固洞门凿除参数表

序号 1 2 3 4 5 5.2.3洞门复测及盾构姿态优化

盾构水土进洞时，如果由于盾构姿态的偏差而是盾构卡在洞门处，盾构将无法进洞；因此对洞门进行复测及盾构姿态进行优化是必须要做的一件事情。

在洞门复测完成后，使盾构尽量向洞门中心线拟合，确保盾构顺利进洞。 5.2.4接收基座施工

由于盾构进洞采用水土回填作为安全保障措施，盾构进洞后需继续推进。为防止盾构进

内 容 冻土墙厚度 冻土的平均温度 盐水温度 盐水去回路温度差 探孔温度 指 标 ≥2.6m ≤-10℃ -28℃～-30℃ ≤2℃ ≤-5℃ 4