1、水平冻结法在宁波轨道交通盾构进洞工程中的应用摘要：本文以宁波轨道交通某隧道区间为实例，介绍了水平冻结法在盾构进洞施工中的技术要点、施工流程以及注意事项，为宁波及类似软土地区隧道或其他市政工程应用水平冻结工法加固土体工程提供参考。关键词：轨道交通：隧道：水平冻结法 Abstract: in this paper, taking Ningbo rail transportation tunnel section as an example, introduces the horizontal freezing method in shield into the technical points,
2、tunnel construction in the construction process and the matters needing attention, provide the reference for the reinforced soil engineering tunnel in Ningbo and similar soft soil or other municipal engineering application of horizontal freezing method Keywords: Rail Transportation: tunnel: horizont
3、al freezing method 中图分类号： U213.2+14 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012） 1 工程概况 宁波市轨道交通 2 号线一期工程丽园南路站云霞路站区间隧道施工采取盾构法，选用一台日本小松公司生产的外径为 6340，长度为8680的铰接型加泥式土压平衡式盾构机。云霞路站西端头井上行线为盾构出洞，下行线为盾构进洞，端头井在恒春街上紧靠环城西路，由于环城西路为宁波市主干道且地面管线密布，无法为常规由地面垂直施工的端头井加固方式提供足够的施工场地，且在周边 50m 范围内均无建筑物，故该处盾构进出洞加固采取洞内水平冷冻方式，其中盾构进洞段穿越的土层主要为
4、：2c 淤泥质粉质粘土、1 淤泥质粘土。 2 盾构进洞水平冻结法加固施工 2.1 技术要点 根据以往地铁隧道盾构进洞工程施工的经验与本工程实际，制定以下技术要点： 冻结孔钻孔前均应进行测量定位，成孔过程中要求多次进行测斜纠偏，冻结管下放后应全部进行水压试验。测温孔深孔施工方法和要求与冻结孔相同。所有冻结孔、测温孔在施工时需要有可靠的孔口防喷装置，确保施工安全及减少地层水土流失。 为保证盾构进洞的安全、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，再进行破壁和盾构进洞施工。 在冻结帷幕与地面之间设卸压孔，必要时进行卸压，防止冻胀，加强对地面管线及附近建筑物
5、的保护。 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。 利用管片上注浆孔进行后期融沉和跟踪注浆，减少融沉。 2.2 冷冻设计及制冷系统选择 2.2.1 冷冻设计 盾构进洞水平冻结板块有效厚度为内圈 1.5m，外围冻土帷幕有效厚度 1.6m，冻结区长度为 7m，进出洞分别布置水平冻结孔 57 根，布置测温孔 8 个。具体参数如图 2-1 所示。 图 2-1 水平冻结孔平面、剖面布置示意图 2.2.2 制冷系统选择 计算需冷量 式中：mc盐水系统冷量损失系数，取 1.2； d冻结管外直径，取 0.089m； k冻结管散热系数，取 280kcal/m2
6、h； H冻结管总长度，取 352m。 上述参数代入公式得出总需冷量 Q=3.30104kcal/h。 根据需冷量，选用 W-YSLGF300型螺杆机组一台套，另外备用一台。单台机组设计工况制冷量为 8.6104kcal/h，完全满足制冷需求；盐水泵和清水泵各 1 台，选用 IS150-125315 型，流量 200m/h；冷却塔选用 KST-80 型 2 台。 冻结管选用 898mm，20#低碳钢无缝钢管，丝扣连接，另加手工电弧焊焊接，单根长度 1.5m2m；测温孔管浅孔选用 324mm 无缝钢管，深孔选用 898mm 无缝钢管；供液管选用 484.5mm 钢管，采用焊接连接；盐水干管和集配液
7、圈选用 1595mm 钢管；冷却水管选用1273.5mm 钢管。 制冷剂选用氟立昂 F-22，冷媒剂选用氯化钙（CaCl2）溶液。 2.3 冻结施工及验收 2.3.1 冻结施工前准备 首先确定孔位，再用开孔器按设计角度开孔，开孔直径 130mm，当开孔深度达到 600mm 时停止钻进，取出砼芯，安装孔口管和密封装置，用开孔器由球阀内开孔，开孔直径为 91mm，一直将内衬墙和地连墙钻穿。如图 2-2： 图 2-2 孔口装置安装示意图 冻结站布置在加固区地面的一侧，2 台机组并联安装，可相互备用，冷冻站安装如图 2-3。 图 2-3 冷冻站安装示意图 清水管路和盐水干管采用焊接，在需要调整的地方采
8、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；盐水管路经试漏、清洗后用保温板或棉絮保温，保温厚度为 20mm，保温层的外面用塑料薄膜包扎；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；冷冻机组的蒸发器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 保温板对冻结帷幕发展区域进行隔热保温。 2.3.2 冻结施工 钻孔施工于 2012 年 8 月 21 日开始，于 2012 年 8 月 30 日完工，共施工冻结孔 57 个，测温孔 8 个。冻结孔的孔深、偏斜、冻结管的密封性经复测均符合设
9、计要求。冷冻站于 9 月 15 日开始正式开机运转，9 月 21日（冻结 7 天）盐水温度即降到-20.3；10 月 10 日（冻结 26 天）盐水温度达到-28.1。盐水去回路温差在 2以内，冻结运转情况良好。 严格控制冻结管间距以确保冻结施工质量，采取逐步降温的方式，防止冻结管因温度应力造成开裂。在冻结过程中，监测各个支路的盐水温差情况，通过阀门相应地调节各支路的盐水流量，直到各支路的温差满足控制要求。认真作好冻结站的运转记录，严格执行各项规章制度和冻结站的岗位责任制。 加强冻结过程中对盐水箱液面的测量，一旦发现盐水泄漏，及时对现场所有盐水管路进行检查。经常检查洞门处有无漏水现象，如发现有
10、流水迹象，要及时进行封堵，防止流水影响冻结效果。 2.3.3 冷冻验收 冻结 35 天（10 月 19 日）后在洞门上有分布的打若干探孔，探孔进入冻结区 10-15，经观测判断冻土帷幕的胶结情况良好。 冻结效果的分析可以从冻结帷幕的厚度确定及冻结壁平均温度二个方面来分析。根据各测温孔采集的数据，综合分析可得，至 2012 年 10月 23 日（冻结 39 天） ，冻结帷幕的厚度最薄为 1.955m，平均温度-10.39，满足设计要求。 2.4 破壁、拔管及进洞 2.4.1 破壁的条件及措施 破壁前，使用测温仪通过探孔进行量测，要求各探孔实测温度必须低于-5。当通过探孔实测温度与水平测温孔实测温
11、度判断冻土墙与地连墙完全可靠胶结方可全部破壁。凿除洞门条件见表 2-1。 表 2-1 凿除洞门条件 在洞门破壁前，现场应备下足够抢险物资，如普通水泥、棉被、速凝水泥、注浆泵、聚氨酯等物资。在逐层破壁过程中，如发现有渗水点，要及时进行封堵，防止水土流失，影响冻土墙胶圈；如未发现异常情况，可直接进入下一层破壁。 2.4.2 拔管工艺 当通过测温孔测温确定冻结壁厚度，平均温度、胶结点处测点温度等达到设计要求后，连续墙部分凿除，预留的连续墙厚度不小于 0.3m，且保留外排钢筋。 拔管顺序：先拔内圈，中圈、外圈继续冷冻，内圈拔完后开始拔中圈，拔管时要间隔拔除，未拔除的相临孔继续冷冻。 拔管方法：用热盐水
12、循环解冻 58 分钟后，利用一个 3 吨手拉葫芦挂住冻结管，水平向外拉。热盐水温度宜控制在 5070。 拔管时间：从第一根水平冻结管拔除到全部拔完,总时间宜控制在12h 以内。 2.4.3 盾构机穿越冻结区的注意事项 盾构机在穿越冻结区时要保持盾构机持续运转，盾构机停在冻结区容易造成刀盘和盾构机外壳被冻结，必须停机时亦应使盾构机刀盘间歇运转。盾构机在进洞过程中产生的热量会使冻结帷幕融化，造成盾构机下沉。因此，盾构机一旦进入冻结区，应持续工作，尽快进洞，以规避风险，一般冻结管拔除后，要确保盾构机在 3 天内进洞。 3 洞内水平冻结法效果分析 3.1 进洞情况 冻结管拔管施工于 10 月 30 日
13、开始并完成，盾构机于 11 月 1 日安全进洞，从盾构进洞切削土体过程看，本次冻结加固效果较好，冻土自持力强，强度高，保障了盾构顺利进洞。在进洞结束后及时进行了充填和融沉注浆，地面沉降控制良好，地面交通正常运行，地下各类管线得到了有效的保护。 图 3-1 盾构进洞效果图 3.2 后期融沉注浆情况 在 11 月 3 日完成最后一环的管片拼装，11 月 5 日开始对土体进行注浆。对于隧道融沉可通过对管片上预留的注浆孔进行跟踪注浆控制，对于地表沉降可根据地表监测数据利用预埋在站厅层端头井侧墙上的水平泄压孔进行跟踪注浆控制。从现场地表沉降监测数据看，在未开始进行注浆时，地表沉降速率较大，注浆开始后沉降
14、速率得到明显控制，随后地表有所抬升，为减小对地面管线的影响，对该处采取维持现状沉降量的控制方法，根据现场监测情况，制定了围绕-50进行沉降控制的目标。经 2 个多月的跟踪注浆，沉降量基本稳定，最终进洞区隧道中心高偏为-32至-38，而地表沉降值最终稳定在-50附近，达到了控制目标。 . 表 3-1 注浆与地面沉降的关系 4 结语 本文针对宁波软土强度低、含水量大、压缩性大、透水性差等特点，在场地条件无法满足由地面垂直施工的端头井加固方式的时候，采用水平冻结工法加固土体能够降低盾构进洞的风险。但在冷冻施工过程中应注意以下问题： 在破壁施工到地墙外层钢筋前，冷冻管仍需维持正常冻结，故破壁过程中应加
15、强对冷冻管、供液管和测温线的保护，以免影响冻结效果和正常的监测。 本工程所选用的盾构机长度为长度为 8680，而设计的冻结区长度为 7m，即在盾构出洞时盾构机尾部仍在冻结区外，此时整体防水体系较为薄弱，故建议在地下水丰富或水土压力较大的地区适当增加冻结区长度。 在冻结区上部站厅层内衬墙上有分布的预设水平孔洞，当冻结施工过程中可作为卸压孔使用，控制地表冻隆，在盾构进洞后，又可作为注浆孔使用，与隧道注浆相互配合，防止地面融沉，在对地表沉降要求较高的工程中，能够有效的控制冻结加固区土体沉降，达到对周边重要建筑和管路等的保护目的。 【参考文献】 【1】王灵敏，杨谢生水平冻结法在土压平衡盾构进洞工程中的应用J 建井技术，2006（5）：40-41 【2】刘典基水平冻结加固土体中盾构始发技术J 隧道建设，2008（5）：580-585 【3】祝和意，马晓华水平冻结法在苏州地铁盾构进出洞中的应用J 铁道建筑，2011（8）：58-60
