1、水平冰冻法地基加固在盾构施工中的技术应用摘 要：在盾构始发阶段施工过程中由于土层和周边环境等众多因素的影响，必须对土体进行改良，采取水平冰冻法地基加固处理是使盾构机安全始发或接收的一个重要技术环节。水平冰冻法地基加固处理作为一种地基加固措施，经实际应用证实加固技术效果很好。通过实际施工案例，对水平冰冻法地基加固在盾构施工中的技术应用进行阐述。 关键词：地铁加固；水平冰冻法；冻结施工；要点及应用 中图分类号：U231 文献标识码： A 1 工程概况 地铁线路钱江路站景芳路站采用双线单圆盾构施工，盾构出洞位置所处地层为3 砂质粉土,6 粉砂，透粉土、砂土层总体上欠密实，在工程活动中以及地下水动水压
2、力作用下，容易产生潜蚀、管涌、流砂等工程液化危害且盾构出洞处场址周边为中心城区，对施工环境要求较高，端头井靠近过江隧道，施工场地有限，出洞位置区域无法采用地面加固，因此采用水平冻结法对盾构出洞位置土层进行加固施工，致使盾构机安全的始发，取得了满意的效果。 2 施工技术原理及要点 2.1 技术原理 水平冰冻法地基加固即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成强度高和不透水的板块，为破洞门提供条件。经过积极冻结后，通过测温孔观测计算，确定冻结满足洞门凿除条件后，开始破除洞口槽壁，拔出冻结管，盾构出洞。 2.2 技术要点 (1) 所有冻结孔、测温孔在施工时需要有可靠的孔口防喷装置
3、,确保施工安全及减少地层水土流失。 (2) 为保证盾构出洞的安全、可靠，应预先开始冻结孔的施工及积极冻结。通过检测确认冻结壁厚度、平均温度达到设计要求，再进行槽壁破除和盾构出洞施工。 (3) 加强地面监测，在加固区上方地表及周边管线、建筑物等处设监测点，监测施工过程中的沉降变化情况。 (4) 利用管片上注浆孔进行后期融沉和跟踪注浆（出洞区域的管片可考虑增加注浆孔） ，减少融沉。 (5) 采用间歇式冻结方式控制冻胀融沉。 3 水平冰冻法地基加固技术应用 3.1 冻结钻孔施工 3.1.1 打钻设备选型 钻孔选用 MD-50 钻机 1 台，配备 BW-250 泥浆泵 2 台。 3.1.2 钻孔技术要
4、求 （1） 冻结管、测温管管材均采用 20 号优质碳素结构钢，其材料性能应符合优质碳素结构钢 （GB/T699-1999、JB/T639-1992）规定，钢管质量应符合无缝钢管尺寸、重量 （GB/T17395-1998）规定,并应有合格的质量检验证书。管路连接均采用外管箍焊接连接，选择的外管箍材质应与连接管路材质相同。焊条采用 E43 系列，其质量应符合有关规定。 （2） 各种钻孔施工开孔误差不大于 100mm。钻孔最大偏斜值不得大于 250mm，且所有钻孔均应进行终孔测斜，并绘制钻孔偏斜图和各钻孔位置成孔图，据此确定是否补孔及补孔位置。 （3） 冻结管下放后应进行水压试验，试验压力为 0.8
5、MPa，经试压30min 内压力下降不超过 0.05MPa，再延续 15min 压力不变为合格。 （4） 冻结管下放长度不得小于设计深度。 3.1.3 管漏处理 试压不合格的冻结管必须进行处理达到密封要求后方可使用。若钻进时无水砂涌出，管漏时可逐根提出孔内管，并用泥浆泵对逐个焊缝打压，找出泄漏焊缝及原因，及时处理，并作好记录，二次下入后仍须自检。若在实际施工中地层不允许提出冻结管，管漏时要采用在不合格冻结管内下入小一级冻结管(套管)或打补孔的方法处理此类事故。 3.2 冻结制冷施工 3.2.1 冻结施工主要设备 主要选用设备功率 110KW 型号 W-YSLGF300III 螺杆机组 2 台，
6、运行1 台，备用 1 台；设备功率 30KW 型号 IS150-125315 盐水泵 1 台以及同型号的清水泵 1 台；设备功率 10KW 型号 KST-80 冷却塔 2 台。冻结期间用电负荷约 200kw/h，冷冻站选用 YC-3120235 低压橡套电缆 2 根。3.2.2 冻结站安装、连接及保温 （1）根据现场情况冻结站可设在地面或端头井两层平台上。站内设备主要包括冷冻机组、配电柜、盐水箱、盐水泵、冷却水泵、冷却塔及冷却水池等。冻结站安装包括氟系统、盐水系统及冷却水系统安装，要求根据冻结站的总体设计，按照先设备后管路的安装程序和施工图的技术要求，将三大循环系统分别进行安装，并按井巷工程施
7、工及验收规范要求试压、检查验收。设备安装按照设备使用说明书进行。 （2） 盐水管路要离地面安装，避免浸水和高低起伏。回路盐水干管上要做“字形弯起。集配液圈与冻结管的连接用高压胶管，冻结管每 23 个一串联，串联尽量间隔进行，应以每组冻结孔总长度相近或每路盐水循环阻力接近为宜。 （3）清水管路和盐水干管采用焊接，在需要调整的地方采用法兰连接。在盐水管路和冷却水循环管路上要设置阀门和压力表、测温仪测试组件等。 （4）盐水管路经试漏、清洗后用保温板或棉絮保温，保温层的外面用塑料薄膜包扎。 （5）集配液圈与冻结管用高压胶管连接，每组冻结管的进出口各装阀门一个，以便控制盐水流量。 （6）冷冻机组的蒸发器
8、及低温管路用棉絮保温，盐水箱和盐水干管用 20mm 厚的保温板或棉絮保温，洞门处采用 PEF 板保温板对冻结帷幕发展区域进行隔热保温。 3.3 积极冻结与停止冻结 3.3.1 冻结系统试运转与积极冻结 设备安装完毕后进行调试和试运转。在试运转时，要随时调节压力、温度等各状态参数，使机组在有关工艺规程和设计要求的技术参数条件下运行。在冻结过程中，每天检测盐水温度、盐水流量和冻土壁扩展情况，必要时调整冻结系统运行参数。冻结系统运转正常后进入积极冻结。每天检测测温孔温度，并根据测温数据，分析冻结壁的扩展速度和厚度，预计冻结壁达到设计厚度时间。 3.3.2 探孔与停止冻结 实测冻结壁温度和厚度达到设计
9、值后，打开探孔确认无泥水涌出，即可拔管进出洞。若盾构还未达到进出洞位置可进行维护冻结，但维护冻结盐水温度不宜高于-25。待盾构机完全进出洞后即可停止冻结。冻结孔拔除后盾构进出洞不宜超过 1 天，以防冻结帷幕融化，影响其强度。3.4 冻结管拔出施工 3.4.1 拔管顺序 拔盾构接收口内的 N 圈孔，先拔 N 圈的同时 Z 圈、W 圈孔继续冷冻。 N 圈孔拔完后开始拔 Z 圈孔，拔孔时要分组拔除，未拔除的孔继续冷冻。 3.4.2 拔管方法 利用流量为 10m3/h 盐水泵循环盐水，用 3040热盐水循环解冻58 分钟后，然后盐水温度逐步升高到 5070的盐水循环达 30 分钟左右，当回路盐水温度上
10、升到 2530时，即可进行边循环边试拔。利用一个 3 吨手拉葫芦挂住冻结管，水平向外拉冻结管，热盐水温度宜控制在+50+70，冻结站内冷、热盐水应分别设置,并有方便的冷、热盐水关闭与开通的切换装置，同时冻结管要与手拉葫芦栓接牢固，防止拉滑崩裂倒链。从第一根水平冻结管拔除到内圈全部拔完,总时间应控制在1 天以内。 上述方法不能拔出冻结管时，利用两个 32 吨千斤顶架设在槽壁上，水平向外顶推冻结管。 3.4.3 拔管后封堵 拔出冻结管后的孔要及时封堵，用水泥砂浆塞入孔内深度不低于500mm，确保密实。 3.5 冻胀与融沉控制 3.5.1 冻胀与融沉控制技术措施 （1） 为了预防冻胀和融沉,设计选用
11、标准制冷量较大的冷冻机组,在短时间内把盐水温度降到设计值,以加快冻土发展,提高冻土强度,减少冻胀和融沉量。 （2） 掌握和调整盐水温度和盐水流量,必要时可采取连续控温模式冻结,控制冻土发展量，以减少冻胀和融沉量。 （3） 在冻土体的融化阶段，利用隧道管片的注浆孔向冻结加固区进行注浆，压密加固冻融区土体，在加固区处的 4 环管片范围内进行注浆。 3.5.2 注浆控制融沉 （1） 融沉处理利用隧道内预留的注浆孔，采取分层注浆的方法进行处理，先下不后上部。融沉注浆遵循少量多次的原则，注浆压力不大于 0.5MPa。注浆材料主要为水泥单液浆，水灰比为(0.81):1，可根据注浆压力情况进行调整。融沉注浆
12、结束的标志是连续半个月不注浆，地表和隧道沉降不大于 0.5mm。过程中增加监测频率，如果地面融沉过大，还需在地面对管线进行直接注浆加固。 （2） 融沉注浆总量一般为冻土体积的 20%左右，利用管片上注浆孔（在出洞区域管片上设置注浆孔，每环 6 个）进行跟踪注浆，减少融沉。3.5.3 融沉注浆技术要求 （1）融沉注浆应配合测温孔测温及地面监测数据进行。 （2）注浆顺序为：隧道内注浆的顺序为隧道底板隧道两侧隧道顶板。 （3）融沉补偿注浆材料以水泥水玻璃双液浆为主，单液水泥浆为辅。水泥水玻璃双液浆配比为：水 泥和水玻璃的溶液体积比为：1：1，其中水泥浆水灰比为：1：1，水玻璃溶液采用 B35B40
13、水玻璃加12 倍体积的水稀释。 （4）注浆压力不大于 0.5MPa，并根据注浆压力情况进行调整，注浆范围为整个冻结区。 （5）当一天隧道沉降大于 0.5mm，或累计隧道沉降大于 1.0mm 时，应进行融沉注浆补偿注浆；当隧道隆起达到 2.0mm 时应暂停注浆。 （6）冻结壁已全部融化，且未注浆的情况下实测地层沉降持续 2 个月每半个月不大于 0.5mm，即可停止融沉补偿注浆。 4、施工监测 4.1 水平孔施工监测 （1） 钻孔长度、冻结管长度和供液管长度用钢卷尺直接测量，所有孔全部测量。 （2） 水平冻结孔偏斜的监测使用经纬仪结合灯光进行，所有孔全部测量。 （3） 冻结器密封性能的监测采用管内
14、注水，试压泵加压的方法试漏，所有孔全部测量。 4.2 冻结系统监测 （1） 制冷系统和盐水系统的工作压力，直接通过系统上安装的压力表量测，每 2-3 小时一次。 （2） 制冷系统和盐水系统的温度通过安装的温度计直接读取或用测温仪量测，每 2-3 小时一次。 4.3 冻结帷幕监测 （1）冻结帷幕温度监测，在测温孔内安装康铜线热电偶，使用测温仪进行量测。 （2）冻结帷幕帮壁温度使用高精度点温计或用精密水银温度计测量，监测频率每天 13 次，当工作面温度过高等不利情况时，每 2 小时一次。（3）冻结帷幕表面位移监测，在开挖面安装测点。每天一次，当工作面温度过高等不利情况时，每 2 小时一次。 5 结语 水平冰冻法地基加固施工技术虽已得到大量的实际应用，为盾构机顺利的进出洞提供了重要的保障，但是针对不同的土质条件和不同周边环境，仍要具体问题具体分析，在过程中还需要设备生产企业和施工企业做出更多的努力，使得水平冰冻法地基加固施工技术在地铁盾构施工中更好的发挥作用。 参考文献： 1 煤矿井巷工程施工规范 （GB50511-2010） 2 旁通道冻结法技术规程 （DG/TJ089022006，J108512006） 3 史基盛,陈馈,李荣智。南京地铁联络通道冷冻法施工技术J。建筑机械化,2004(2):33
