水平冰凍法地基加固在盾構施工中的技術應用

1、<p>　　水平冰凍法地基加固在盾構施工中的技術應用</p><p>　　摘 要：在盾構始發(fā)階段施工過程中由于土層和周邊環(huán)境等眾多因素的影響，必須對土體進行改良，采取水平冰凍法地基加固處理是使盾構機安全始發(fā)或接收的一個重要技術環(huán)節(jié)。水平冰凍法地基加固處理作為一種地基加固措施，經(jīng)實際應用證實加固技術效果很好。通過實際施工案例，對水平冰凍法地基加固在盾構施工中的技術應用進行闡述。 </p>&

2、lt;p>　　關鍵詞：地鐵加固；水平冰凍法；凍結施工；要點及應用 </p><p>　　中圖分類號：U231文獻標識碼： A </p><p><b>　　1 工程概況 </b></p><p>　　地鐵線路錢江路站～景芳路站采用雙線單圓盾構施工，盾構出洞位置所處地層為③3砂質粉土,③6粉砂，透粉土、砂土層總體上欠密實，在工程活動中以及地

3、下水動水壓力作用下，容易產(chǎn)生潛蝕、管涌、流砂等工程液化危害且盾構出洞處場址周邊為中心城區(qū)，對施工環(huán)境要求較高，端頭井靠近過江隧道，施工場地有限，出洞位置區(qū)域無法采用地面加固，因此采用水平凍結法對盾構出洞位置土層進行加固施工，致使盾構機安全的始發(fā)，取得了滿意的效果。 </p><p>　　2 施工技術原理及要點 </p><p><b>　　2.1 技術原理 </b>&

4、lt;/p><p>　　水平冰凍法地基加固即利用凍結孔凍結加固地層，使盾構機外圍及開洞口范圍內(nèi)土體凍結成強度高和不透水的板塊，為破洞門提供條件。經(jīng)過積極凍結后，通過測溫孔觀測計算，確定凍結滿足洞門鑿除條件后，開始破除洞口槽壁，拔出凍結管，盾構出洞。 </p><p><b>　　2.2 技術要點 </b></p><p>　　(1) 所有凍結孔、測

5、溫孔在施工時需要有可靠的孔口防噴裝置,確保施工安全及減少地層水土流失。 </p><p>　　(2) 為保證盾構出洞的安全、可靠，應預先開始凍結孔的施工及積極凍結。通過檢測確認凍結壁厚度、平均溫度達到設計要求，再進行槽壁破除和盾構出洞施工。 </p><p>　　(3) 加強地面監(jiān)測，在加固區(qū)上方地表及周邊管線、建筑物等處設監(jiān)測點，監(jiān)測施工過程中的沉降變化情況。 </p>&

6、lt;p>　　(4) 利用管片上注漿孔進行后期融沉和跟蹤注漿（出洞區(qū)域的管片可考慮增加注漿孔），減少融沉。 </p><p>　　(5) 采用間歇式凍結方式控制凍脹融沉。 </p><p>　　3 水平冰凍法地基加固技術應用 </p><p>　　3.1 凍結鉆孔施工 </p><p>　　3.1.1 打鉆設備選型 </p>

7、<p>　　鉆孔選用MD-50鉆機1臺，配備BW-250泥漿泵2臺。 </p><p>　　3.1.2 鉆孔技術要求 </p><p>　?。?） 凍結管、測溫管管材均采用20號優(yōu)質碳素結構鋼，其材料性能應符合《優(yōu)質碳素結構鋼》（GB/T699-1999、JB/T639-1992）規(guī)定，鋼管質量應符合《無縫鋼管尺寸、重量》（GB/T17395-1998）規(guī)定,并應有合格的質量

8、檢驗證書。管路連接均采用外管箍焊接連接，選擇的外管箍材質應與連接管路材質相同。焊條采用E43系列，其質量應符合有關規(guī)定。 </p><p>　　（2） 各種鉆孔施工開孔誤差不大于100mm。鉆孔最大偏斜值不得大于250mm，且所有鉆孔均應進行終孔測斜，并繪制鉆孔偏斜圖和各鉆孔位置成孔圖，據(jù)此確定是否補孔及補孔位置。 </p><p>　　（3） 凍結管下放后應進行水壓試驗，試驗壓力為0.8

9、MPa，經(jīng)試壓30min內(nèi)壓力下降不超過0.05MPa，再延續(xù)15min壓力不變?yōu)楹细瘛?</p><p>　?。?） 凍結管下放長度不得小于設計深度。 </p><p>　　3.1.3 管漏處理 </p><p>　　試壓不合格的凍結管必須進行處理達到密封要求后方可使用。若鉆進時無水砂涌出，管漏時可逐根提出孔內(nèi)管，并用泥漿泵對逐個焊縫打壓，找出泄漏焊縫及原因，及時

10、處理，并作好記錄，二次下入后仍須自檢。若在實際施工中地層不允許提出凍結管，管漏時要采用在不合格凍結管內(nèi)下入小一級凍結管(套管)或打補孔的方法處理此類事故。 </p><p>　　3.2 凍結制冷施工 </p><p>　　3.2.1 凍結施工主要設備 </p><p>　　主要選用設備功率110KW型號W-YSLGF300III螺桿機組2臺，運行1臺，備用1臺；設備

11、功率30KW型號IS150-125～315鹽水泵1臺以及同型號的清水泵1臺；設備功率10KW型號KST-80冷卻塔2臺。凍結期間用電負荷約200kw/h，冷凍站選用YC-3×120＋2×35低壓橡套電纜2根。 </p><p>　　3.2.2 凍結站安裝、連接及保溫 </p><p>　　（1）根據(jù)現(xiàn)場情況凍結站可設在地面或端頭井兩層平臺上。站內(nèi)設備主要包括冷凍機組、配

12、電柜、鹽水箱、鹽水泵、冷卻水泵、冷卻塔及冷卻水池等。凍結站安裝包括氟系統(tǒng)、鹽水系統(tǒng)及冷卻水系統(tǒng)安裝，要求根據(jù)凍結站的總體設計，按照先設備后管路的安裝程序和施工圖的技術要求，將三大循環(huán)系統(tǒng)分別進行安裝，并按《井巷工程施工及驗收規(guī)范》要求試壓、檢查驗收。設備安裝按照設備使用說明書進行。 </p><p>　?。?） 鹽水管路要離地面安裝，避免浸水和高低起伏?；芈符}水干管上要做“∩字形彎起。集配液圈與凍結管的連接用高壓

13、膠管，凍結管每2～3個一串聯(lián)，串聯(lián)盡量間隔進行，應以每組凍結孔總長度相近或每路鹽水循環(huán)阻力接近為宜。 </p><p>　?。?）清水管路和鹽水干管采用焊接，在需要調(diào)整的地方采用法蘭連接。在鹽水管路和冷卻水循環(huán)管路上要設置閥門和壓力表、測溫儀測試組件等。 </p><p>　?。?）鹽水管路經(jīng)試漏、清洗后用保溫板或棉絮保溫，保溫層的外面用塑料薄膜包扎。 </p><p&

14、gt;　?。?）集配液圈與凍結管用高壓膠管連接，每組凍結管的進出口各裝閥門一個，以便控制鹽水流量。 </p><p>　?。?）冷凍機組的蒸發(fā)器及低溫管路用棉絮保溫，鹽水箱和鹽水干管用20mm厚的保溫板或棉絮保溫，洞門處采用PEF板保溫板對凍結帷幕發(fā)展區(qū)域進行隔熱保溫。 </p><p>　　3.3 積極凍結與停止凍結 </p><p>　　3.3.1 凍結系統(tǒng)試運

15、轉與積極凍結 </p><p>　　設備安裝完畢后進行調(diào)試和試運轉。在試運轉時，要隨時調(diào)節(jié)壓力、溫度等各狀態(tài)參數(shù)，使機組在有關工藝規(guī)程和設計要求的技術參數(shù)條件下運行。在凍結過程中，每天檢測鹽水溫度、鹽水流量和凍土壁擴展情況，必要時調(diào)整凍結系統(tǒng)運行參數(shù)。凍結系統(tǒng)運轉正常后進入積極凍結。每天檢測測溫孔溫度，并根據(jù)測溫數(shù)據(jù)，分析凍結壁的擴展速度和厚度，預計凍結壁達到設計厚度時間。 </p><p&g

16、t;　　3.3.2 探孔與停止凍結 </p><p>　　實測凍結壁溫度和厚度達到設計值后，打開探孔確認無泥水涌出，即可拔管進出洞。若盾構還未達到進出洞位置可進行維護凍結，但維護凍結鹽水溫度不宜高于-25℃。待盾構機完全進出洞后即可停止凍結。凍結孔拔除后盾構進出洞不宜超過1天，以防凍結帷幕融化，影響其強度。 </p><p>　　3.4 凍結管拔出施工 </p><p&

17、gt;　　3.4.1 拔管順序 </p><p>　　拔盾構接收口內(nèi)的N圈孔，先拔N圈的同時Z圈、W圈孔繼續(xù)冷凍。 N圈孔拔完后開始拔Z圈孔，拔孔時要分組拔除，未拔除的孔繼續(xù)冷凍。 </p><p>　　3.4.2 拔管方法 </p><p>　　利用流量為10m3/h鹽水泵循環(huán)鹽水，用30～40℃熱鹽水循環(huán)解凍5～8分鐘后，然后鹽水溫度逐步升高到50～70℃的鹽水

18、循環(huán)達30分鐘左右，當回路鹽水溫度上升到25～30℃時，即可進行邊循環(huán)邊試拔。利用一個3噸手拉葫蘆掛住凍結管，水平向外拉凍結管，熱鹽水溫度宜控制在+50～+70℃，凍結站內(nèi)冷、熱鹽水應分別設置,并有方便的冷、熱鹽水關閉與開通的切換裝置，同時凍結管要與手拉葫蘆栓接牢固，防止拉滑崩裂倒鏈。從第一根水平凍結管拔除到內(nèi)圈全部拔完,總時間應控制在1天以內(nèi)。 </p><p>　　上述方法不能拔出凍結管時，利用兩個32噸千斤

19、頂架設在槽壁上，水平向外頂推凍結管。 </p><p>　　3.4.3 拔管后封堵 </p><p>　　拔出凍結管后的孔要及時封堵，用水泥砂漿塞入孔內(nèi)深度不低于500mm，確保密實。 </p><p>　　3.5 凍脹與融沉控制 </p><p>　　3.5.1 凍脹與融沉控制技術措施 </p><p>　?。?）

20、為了預防凍脹和融沉,設計選用標準制冷量較大的冷凍機組,在短時間內(nèi)把鹽水溫度降到設計值,以加快凍土發(fā)展,提高凍土強度,減少凍脹和融沉量。 </p><p>　?。?） 掌握和調(diào)整鹽水溫度和鹽水流量,必要時可采取連續(xù)控溫模式凍結,控制凍土發(fā)展量，以減少凍脹和融沉量。 </p><p>　?。?） 在凍土體的融化階段，利用隧道管片的注漿孔向凍結加固區(qū)進行注漿，壓密加固凍融區(qū)土體，在加固區(qū)處的4環(huán)

21、管片范圍內(nèi)進行注漿。 </p><p>　　3.5.2 注漿控制融沉 </p><p>　?。?） 融沉處理利用隧道內(nèi)預留的注漿孔，采取分層注漿的方法進行處理，先下不后上部。融沉注漿遵循少量多次的原則，注漿壓力不大于0.5MPa。注漿材料主要為水泥單液漿，水灰比為(0.8～1):1，可根據(jù)注漿壓力情況進行調(diào)整。融沉注漿結束的標志是連續(xù)半個月不注漿，地表和隧道沉降不大于0.5mm。過程中增加

22、監(jiān)測頻率，如果地面融沉過大，還需在地面對管線進行直接注漿加固。 </p><p>　　（2） 融沉注漿總量一般為凍土體積的20%左右，利用管片上注漿孔（在出洞區(qū)域管片上設置注漿孔，每環(huán)6個）進行跟蹤注漿，減少融沉。 </p><p>　　3.5.3 融沉注漿技術要求 </p><p>　?。?）融沉注漿應配合測溫孔測溫及地面監(jiān)測數(shù)據(jù)進行。 </p>&

23、lt;p>　?。?）注漿順序為：隧道內(nèi)注漿的順序為隧道底板→隧道兩側→隧道頂板。 </p><p>　　（3）融沉補償注漿材料以水泥－水玻璃雙液漿為主，單液水泥漿為輔。水泥－水玻璃雙液漿配比為：水 泥和水玻璃的溶液體積比為：1：1，其中水泥漿水灰比為：1：1，水玻璃溶液采用B35～B40水玻璃加1～2倍體積的水稀釋。 </p><p>　?。?）注漿壓力不大于0.5MPa，并根據(jù)注漿

24、壓力情況進行調(diào)整，注漿范圍為整個凍結區(qū)。 </p><p>　?。?）當一天隧道沉降大于0.5mm，或累計隧道沉降大于1.0mm時，應進行融沉注漿補償注漿；當隧道隆起達到2.0mm時應暫停注漿。 </p><p>　　（6）凍結壁已全部融化，且未注漿的情況下實測地層沉降持續(xù)2個月每半個月不大于0.5mm，即可停止融沉補償注漿。 </p><p><b>　

25、　4、施工監(jiān)測 </b></p><p>　　4.1 水平孔施工監(jiān)測 </p><p>　?。?） 鉆孔長度、凍結管長度和供液管長度用鋼卷尺直接測量，所有孔全部測量。 </p><p>　　（2） 水平凍結孔偏斜的監(jiān)測使用經(jīng)緯儀結合燈光進行，所有孔全部測量。 </p><p>　　（3） 凍結器密封性能的監(jiān)測采用管內(nèi)注水，試壓泵加

26、壓的方法試漏，所有孔全部測量。 </p><p>　　4.2 凍結系統(tǒng)監(jiān)測 </p><p>　?。?） 制冷系統(tǒng)和鹽水系統(tǒng)的工作壓力，直接通過系統(tǒng)上安裝的壓力表量測，每2-3小時一次。 </p><p>　　（2） 制冷系統(tǒng)和鹽水系統(tǒng)的溫度通過安裝的溫度計直接讀取或用測溫儀量測，每2-3小時一次。 </p><p>　　4.3 凍結帷幕監(jiān)測

27、 </p><p>　?。?）凍結帷幕溫度監(jiān)測，在測溫孔內(nèi)安裝康銅線熱電偶，使用測溫儀進行量測。 </p><p>　?。?）凍結帷幕幫壁溫度使用高精度點溫計或用精密水銀溫度計測量，監(jiān)測頻率每天1～3次，當工作面溫度過高等不利情況時，每2小時一次。 </p><p>　?。?）凍結帷幕表面位移監(jiān)測，在開挖面安裝測點。每天一次，當工作面溫度過高等不利情況時，每2小時一

28、次。 </p><p><b>　　5 結語 </b></p><p>　　水平冰凍法地基加固施工技術雖已得到大量的實際應用，為盾構機順利的進出洞提供了重要的保障，但是針對不同的土質條件和不同周邊環(huán)境，仍要具體問題具體分析，在過程中還需要設備生產(chǎn)企業(yè)和施工企業(yè)做出更多的努力，使得水平冰凍法地基加固施工技術在地鐵盾構施工中更好的發(fā)揮作用。 </p><

29、;p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1] 《煤礦井巷工程施工規(guī)范》（GB50511-2010） </p><p>　　[2] 《旁通道凍結法技術規(guī)程》 （DG/TJ08－902－2006，J10851－2006） </p><p>　　[3] 史基盛,陳饋,李榮智。南京地鐵聯(lián)絡通道冷凍法施工技術[J]。建筑機械化