盾構進洞凍結加固方案

1、世博園站長清路站區(qū)間隧道工程盾構進洞凍結加固方案編制： 審核： 審定： 中煤特殊鑿井集團有限責任公司上海第十二項目部2008年8月目 錄1.工程概況2工程簡介2地層條件32.凍結壁結構設計4設計依據(jù)及設計工況42.1.1.設計依據(jù)4設計工況42.2 荷載計算5凍結孔布置63.凍結施工8主要技術參數(shù)（單洞）8主要凍結施工設備8凍結站安裝8用電負荷93.5 其它94 垂直凍結孔的布置及施工10垂直凍結孔布置（單洞）10凍結孔施工10局部凍結工藝105施工工序、工期安排及勞動力配備12施工工序12工期計劃12勞動配備126融沉控制13注漿材料136.2 融沉注漿136.3 隧道內注漿156.4 地面

2、注漿157盾構進洞的條件178拔凍結管措施18拔管方案18凍結管起拔189破壁及盾構穿越凍結區(qū)的保證措施19破壁保證措施19盾構穿越凍結區(qū)保證措施2010確保工程質量的主要技術要求與措施20凍結工程質量的主要措施20凍結孔施工方面的具體要求及措施2011應急預備方案21應急措施21應急指揮網絡圖21附圖1 盾構進洞凍結組織結構網絡圖23附圖2 安全管理網絡圖24附圖3 質量管理網絡圖25附圖4 質量保證體系26附圖5 鉆孔質量控制程序圖27附圖6 凍結質量控制28附圖729上海市軌道交通13號線世博段工程，包括盧浦大橋站、世博園站、長清路站3個車站；世博園站長清路站區(qū)間始于世博園站南端頭井（里

3、程K22+150.849），穿越措施井，至長清路站站首，于長清路站北端頭井（里程）進洞。區(qū)間線路全長約m（單線）。隧道最小平面曲線半徑R=m，基本呈南北走向。最大坡度2，隧道中心標高-17.142-8.513，左線里程K22+589.722K22+660.658過盾構措施井。采用盾構法隧道施工，擬采用土壓平衡式盾構機，隧道外徑為6200mm，內徑為5500mm，裝配式襯砌管片通縫拼裝；襯砌塊寬度1200mm，厚350mm，襯砌管片砼設計強度為C55，抗?jié)B等級S10。端頭井已經過旋噴、攪拌加固，如圖1，端頭井旋噴、攪拌加固示意圖。本工程主要是采用凍結法將措施井盾構進洞端頭井以及長清路站盾構進洞端

4、頭井加固區(qū)攪拌樁與地墻間的30cm空隙完全膠結，確保盾構安全順利進洞。圖1 端頭井加固示意圖地層條件盾構進洞施工時隧道主要埋置于1層灰色粘土、2灰色砂質粉土。如圖1所示。其中第土層呈如軟塑流塑狀態(tài)，土質較軟弱，靈敏度高，施工時易產生流砂等不良地質現(xiàn)象。根據(jù)工程及地質條件，本工程區(qū)間風井的盾構進洞擬采用凍結法加固施工，為減少凍結需凍量和控制土體凍脹、融沉，設計采用局部凍結加固地層方式施工。2.凍結壁結構設計2.1設計依據(jù)及設計工況.設計依據(jù)1礦山井巷工程施工及驗收規(guī)范（GBJ-213-1990）；2煤礦井巷工程質量檢驗評定標準（MT500994）；3鋼結構設計規(guī)范（GB50017-2003）；4

5、圓隧道旁通道凍結法技術規(guī)程上海市工程建設規(guī)范（DG/TJ08-902-2006）。設計工況盾構進洞：盾構進洞是指盾構機在區(qū)間隧道推進完成后，由正常段隧道進入措施井和長清路站的過程。盾構進洞過程中，需預先對工作井基坑連續(xù)墻外側一定范圍內的含水地層進行加固，使之具有封水性。這樣盾構機在連續(xù)墻鑿除后可保證不會出現(xiàn)地層涌砂出水、坍塌等問題。2.2 荷載計算盾構進洞洞口采取板狀凍結方式加固。凍結加固體在盾構進洞破壁時起到抵御水土壓力，防止土層塌落和泥水涌入工作井。該出洞口凍結加固體，其承受的荷載,為安全起見計算模型采用最深處24.438m處的土壓荷載，如此工況計算滿足設計要求，則其他工況均應滿足，計算模

6、型如圖1所示。圖1凍土加固體、荷載、計算模型示意圖應用重液理論計算水土壓力，其出洞口的水土壓力為：P式中：P計算點的水土壓力（Mpa）；H計算點深度（m）。以洞門的下部底緣處為荷載計算點，則深度為24.438m。則計算得到水土壓力為：P 0.3MPa 說明：水土壓力也可按照朗金土壓力理論計算，因物理力學指標不全面，在設計計算時按重液理論進行計算，該理論是一種常用的安全計算方法。凍土平均溫度為-10，凍土抗拉強度拉=1.8MPa，凍土抗剪強度剪=1.6MPa。凍結加固體厚度計算假定加固體為整體板塊而承受水土壓力，運用日本計算理論計算加固體的厚度,計算得凍土墻厚度為m。運用日本計算理論的數(shù)據(jù)及結果

7、 表1凍土平均溫度凍土彎拉強度-10水土壓力P加固體開挖內直徑D系數(shù) 安全系數(shù)k計算加固體厚度 h-10計算的凍結壁厚度是在沒有深層攪拌加固時所需的厚度，但由于盾構進洞端頭井采用深層攪拌，凍結加固主要的目的是將攪拌樁與地墻間的30cm空隙完全膠結，達到止水效果，所以取凍結壁厚度為。凍結孔平面、剖面布置如圖2、3所示。圖2凍結孔平面圖圖3 凍結孔剖面圖各盾構進洞凍結孔布置尺寸均按照：孔間距，排間距m，凍結壁有效厚度為，采用局部垂直凍結法。凍結孔深度根據(jù)每個端頭井盾構中心標高而不同，其中措施井盾構進洞凍結孔深度為：27.438米；長清路端頭井盾構進洞凍結深度為：。每個加固區(qū)域凍結深度均為：，凍結孔

8、數(shù)量均為31個、布置方式均為梅花型。共布置測溫孔3個，深度和凍結孔相同。3.凍結施工3.1主要技術參數(shù)（單洞）（1） 凍結體（進洞）：凍結板塊厚m，寬12.8m，高12.7m。（2） 孔數(shù)：凍結孔31個；測溫孔3個。（3） 孔深：措施井進洞27.438m，長清路進洞m；（4） 鹽水溫度：-25-30；蒸發(fā)溫度：-33-35；（5）冷量損失系數(shù)：1.2；冷卻水溫度：23；冷凝溫度：35。（6）單洞凍結所需的制3.14qNHd=4.2萬大卡/小時。選用W-YSGF300II螺桿機組 1臺。3.2主要凍結施工設備序號設備名稱數(shù)量型號設備功率（KW）1螺桿機組1臺W-YSGF300II1102鹽水泵1

9、臺IS200-125-315A303清水泵1臺IS200-125-315C304冷卻塔2臺KST-8043.3凍結站安裝鹽水系統(tǒng)氟系統(tǒng)清水系統(tǒng)鹽水泵鹽水箱閘閥螺桿壓縮機冷卻塔清水泵去路回路凍結站布置在進洞或出洞口，占地約80平方米，冷凍機聯(lián)接示意見圖4。圖4 凍結站安裝示意圖3.4用電負荷總用電負荷約400kw/h。在考慮線路電壓損失較大的情況下，選用電壓750/450V. YC3150235低壓橡套電纜一根，電壓750/450V. YC3150250低壓橡套電纜三根。3.5 其它（1） 冷凍機油選用N46冷凍機油；（2） 制冷劑選用氟立昂R-22；（3） 冷媒劑選用氯化鈣溶液。4垂直凍結孔的

10、布置及施工4.1垂直凍結孔布置（單洞）凍結孔平面布置如圖2，板塊部分凍結孔布置2排，孔距0.8m，凍結孔總數(shù)31個，梅花布置，采用垂直局部凍結方案。第一排孔數(shù)16個，距槽壁0.3m。第二排孔數(shù)15個，第一排孔與第二排排距 m。4.2凍結孔施工（1）凍結管、測溫管和供液管規(guī)格：凍結管選用1274.5mm20#低碳鋼無縫鋼管，采用外管箍焊接連接；供液管采用45mm無縫鋼管；測溫管采用45mm無縫鋼管。（2）打鉆設備選型：打鉆選用XY-2型鉆機三臺，電機功率22.0KW，鉆孔使用燈光測斜，選用BW-250/50型泥漿泵三臺，電機功率14.5KW。4.3局部凍結工藝采用局部凍結工藝可以有效防止凍脹和融

11、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。局部凍結孔加工工藝見圖5。圖5局部凍結孔結構示意圖主要凍結施工參數(shù)一覽表面序號參數(shù)名稱單位措施井長清路備 注1凍結孔深度m27.4382凍土墻設計厚度m3凍土墻平均溫度-10-104積極凍結時間天2525從開凍至可以盾構進（出）洞5凍結孔數(shù)個31626凍結孔（總）長度m85317508凍結孔開孔間距m0.80.89凍結孔與槽壁間距m0.30.310凍結孔偏斜率%1111設計最低鹽水溫度-30-30凍結7天鹽水溫度達到-20以下12單孔鹽水流量m3/h6613凍結管規(guī)格mm1274.51274.520#低碳鋼無縫鋼管14測溫孔總數(shù)個33483m

12、m15冷凍機W-YSLGF300型臺1116鉆機XY-2型臺3317最大用電量Kw/凍結站200200每個凍結站18用水量m3/h2020新鮮水補充5施工工序、工期安排及勞動力配備5.1施工工序根據(jù)盾構進洞風井的工期進行具體安排4個盾構進出洞的施工順序，計劃先進行最早一個盾構進洞的鉆孔施工，鉆孔完畢既進行凍結施工，其他各洞可在第一個鉆孔完畢后繼續(xù)進行鉆孔施工，再根據(jù)盾構具體的進出洞時間進行凍結施工。通過測溫孔觀測計算，確定凍土墻交圈并達到設計強度且凍土與槽壁完全膠結后，盾構進洞時，盾構機離凍土墻2-3m左右時，將隧道內凍結管拔至隧道頂板m處；盾構出洞時，盾構機靠近槽壁后，進行完全破壁。盾構進洞

13、后，方可進行凍結管拔除并注黃砂。5.2工期計劃根據(jù)盾構進洞冰凍法實測，群孔凍結內部凍土平均發(fā)展速度均為45mm/d以上，外部（向外）凍土平均發(fā)展速度為V=30mm/d。凍土墻交圈時間:20天，第一排孔控制外偏，凍土墻與槽壁完全膠結時間：25天。 因此凍結25天后凍土墻達到設計強度且與槽壁完全膠結，可進行拔管，盾構穿過凍土墻開始完全破壁，盾構進洞。具體的施工工期的計劃安排如附圖7所示。5.3勞動配備打 鉆：36人 凍結：18人管理人員：4人 總計：58人6融沉控制6.1注漿材料注漿C-S雙液漿，雙液漿水泥等級強度為PO.42.5級，水玻璃為3540Be。融沉注漿由外向內依次循環(huán)注漿，雙液漿配比為

14、：1000升雙液漿配比：甲 液（kg）乙 液（kg）水水 泥（po.42.5）水玻璃（40Be）水351439 235 335甲液和乙液按照體積比1：1混合注入6.2 融沉注漿6 注漿孔布置融沉注漿采用地面與隧道內相結合方式注漿，隧道內融沉注漿孔利用隧道管片注漿孔，除封頂塊，其他5塊管片均設置3個注漿孔。每環(huán)管片共有15個注漿孔；地面注漿孔是利用原垂直凍結孔的孔位，隔孔布置一個注漿孔，呈梅花樁布置。注漿時用垂直鉆機掃孔，然后下直徑為484mm鍍鋅注漿管，鍍鋅注漿管前頭采取密封裝置，在注漿過程中漿液將密封裝置頂開。共施工有14個垂直注漿孔。隧道內、地面注漿孔布置如圖68所示。圖6地面注漿孔布置圖

15、圖7隧道內注漿孔布置圖圖8 注漿孔剖面圖6.3 隧道內注漿 融沉補償注漿應遵循多點、少量、多次、均勻循序漸進的原則。隧道內注漿是在管片注漿孔內插入32mm注漿花管，插入深度以剛好穿透凍結壁為宜，孔口防返漿裝置，分層注漿，由外向內。每注一層注漿管內拔140mm。1、分區(qū)注漿及各區(qū)域注漿孔將隧道內凍土分為5個區(qū)，如圖6：注漿分區(qū)示意圖，每個區(qū)域由對應的注漿孔對其注漿。各區(qū)注漿孔間隔分組，每組間隔注入，間隔時間為8-10天一個注漿循環(huán)。2、注漿壓力pa。3、漿液類型采用水泥水玻璃雙液漿。4、注漿量每一區(qū)域注漿量一般按照本區(qū)域凍土融化體積的20%計算，每孔每次注漿量可根據(jù)拔管深度（一般為140mm）計

16、算出該次注漿量。實際注漿量略大于計算值。6.4 地面注漿地面注漿孔是利用原垂直凍結孔的孔位，注漿孔之間的距離一般為1.6米，共施工有14個垂直注漿孔。地面融沉注漿同樣也遵循多點、少量、多次、均勻循序漸進的原則。1、分區(qū)注漿及各區(qū)域注漿孔將凍土分為4個區(qū)，如圖6：注漿分區(qū)示意圖，每個區(qū)域由對應的注漿孔對其注漿。各區(qū)注漿孔間隔分組，每組間隔注入，間隔時間為同一孔注漿間隔時間的一半。2、注漿壓力pa。3、漿液類型單液漿和雙液漿相結合，注漿時將注漿管下到設計的深度后注單液漿，最后一次結束封孔時采用水泥水玻璃雙液漿。4、注漿量每一區(qū)域注漿量一般按照本區(qū)域凍土融化體積的20%計算，每孔每次注漿量可根據(jù)拔管

17、深度（一般為300mm）計算出該次注漿量，實際注漿量略大于計算值。5、注漿體積凍土體積為236方，合計注漿量為47.2方。其中，隧道內注漿體積為17.6方；地面注漿體積為29.6方，6、監(jiān)測加強地表及隧道的監(jiān)測，布置深層測點，跟蹤監(jiān)測，利用測溫孔監(jiān)測溫度場的變化，掌握凍土融化范圍及融化速率。另外根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析對注漿壓力或者注漿量進行合理調整。當?shù)乇碜冃未笥?mm，隧道變形大于2mm時應暫停注漿，待沉降回落后繼續(xù)補注漿。7、注漿結束標準根據(jù)溫度場和地表監(jiān)測，凍結壁已經融化完畢，且實測地層沉降持續(xù)一個月每半個月不大于，可停止融沉補償注漿。7 盾構進洞的條件盾構在進洞之前，必須具備如下條件方可進洞

18、：序號內容指標1凍土墻厚度設計厚度m；2凍土的平均溫度-103各探孔溫度-24鹽水溫度-28-305鹽水去回路溫度差28 拔凍結管措施8.1拔管方案在盾構進洞之前，所有位于盾構推進輪廓內的凍結管需拔離盾構上部外殼，然后再進行二次凍結。待所有凍結管全部拔完后，即可恢復凍結，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：利用熱鹽水在凍結器里循環(huán)，使凍結管周圍的凍土融化達到50mm80mm時，開始拔管。（1）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。（2）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

19、右，即可進行邊循環(huán)邊試拔。8.2凍結管起拔用兩個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，用壓風將管內鹽水排出。然后用25T吊車快速拔出凍結管。拔管注意凍結管與掛鉤要成一線，凍結管不能蹩勁，拔管時要常轉動凍結管，凍結管不能硬拔，如拔不動時，要繼續(xù)循環(huán)熱鹽水解凍，直至拔起凍結管。見圖8熱鹽水循環(huán)及吹鹽水系統(tǒng)圖。圖8熱鹽水循環(huán)及吹鹽水系統(tǒng)圖9 破壁及盾構穿越凍結區(qū)的保證措施9.1破壁保證措施（1） 原則上凍結15天后可進行部分破壁，在部分破壁過程中，如發(fā)現(xiàn)有滲水點，要及時進行封堵，以防水土流失，影響凍土墻交圈；如未發(fā)現(xiàn)異常情況,可直接進入下一層破壁。（2） 破壁時不能一次完成

20、，分4-5層分層剝離，槽壁保留厚度不小于300mm，并保留鋼筋，以保護凍土墻。（3） 通過測溫孔觀測計算，確認凍土墻達到設計厚度及強度，當槽壁破壁厚度還剩下不小于300mm時，在洞門上有分布的打若干探孔，以判斷凍土與槽壁的膠結情況。探孔布置圖見圖9，按照各探孔的布置在洞門上定點，然后用風鎬進行鑿窩，窩直徑400mm，窩深在200400mm，探孔打好后，即可用電錘打探孔，穿透剩下槽壁，進入凍土內，探孔進入凍土內深度控制在1015cm。采用高精度的溫度計或測溫儀進行量測，各探孔實測溫度必須低于-2。（4） 當通過探孔實測溫度判斷凍土墻與槽壁完全可靠膠結方可全部破壁, 最后一層破壁時間不宜超過2天，

21、以防凍土墻融化，影響其強度。（5） 最后一層破壁須采用分層分塊進行，防止破壞凍土墻，造成不良后果。圖10 探孔布置圖9.2盾構穿越凍結區(qū)保證措施（1）凍土墻解凍要適量，控制平均溫度在-1-2之間，強度為1.21.5Mpa之間。（2）保證凍結孔的充填質量，以防沉降。（3）盾構在穿越凍結區(qū)時，不宜停留，在拼裝管片及故障時，每隔10分鐘將刀盤轉動35分鐘，以防刀盤被凍死。10 確保工程質量的主要技術要求與措施10.1凍結工程質量的主要措施（1）建立健全質量保證體系、質量管理機構、組織機構和監(jiān)督機構，為保證質量提供組織保證。（2）認真分析該工程地質資料，精心編制施工技術設計和施工組織設計。（3）控制造

22、孔和凍結器施工質量，確保凍結質量符合要求。（4）嚴控冷凍站安裝質量，提高制冷效率，確保鹽水降溫符合要求。10.2凍結孔施工方面的具體要求及措施（1）認真按圖紙要求施工鉆場基礎，確保鉆場基礎平整、穩(wěn)固。（2）造孔上部采用取芯鉆進或沖擊鉆頭鉆進，下部使用牙輪鉆頭鉆進。（3）測溫孔布置在相鄰凍結孔終孔間距較大的界面上。具體位置由現(xiàn)場技術負責人和項目經理共同商定。測溫管的下放及焊接嚴格按凍結孔的質量要求施工，并及時繪制偏斜平面圖。（4）鉆進時，應按深度及地層情況的需要，及時增減鉆鋌，要求作到均勻、勻速鉆進，嚴禁忽快忽慢，壓力忽大忽小。（5）合理掌握轉速、壓力及沖洗量，加尺或更換鉆頭時，鉆具應下到距孔底

23、0.30.5m處掃孔，不準將鉆具停在一個深度長期沖壓。停電時，應將鉆具提至安全深度，停電超過2小時，應將鉆具全部提出，對所有鉆具應經常詳細檢查，彎鉆桿和磨損過大的鉆桿禁止使用，終孔時應復核鉆具全長，并沖孔將巖粉排凈，再下管。（6）凍結管應進行地面配組，丈量全長，做好記錄，下管時應清除管內異物，保持清潔，試壓封口后，應及時將凍結管周圍的空隙用土填實，防止泥漿串孔。（7）偏斜：凍結孔平均偏斜率不得大于1，凍結孔終孔間距不大于設計值，否則應予以補孔，凍結深度應滿足設計要求，下管長度應不小于設計凍結孔深度。（8）測斜：凍結孔施工過程中使用燈光經緯儀進行終孔和成孔測斜并及時繪制凍結孔偏斜平面圖。（9）鉆

24、場基礎：鑒于本工程打鉆工期短，為了保證鉆孔質量，現(xiàn)場應鋪設簡易鉆場基礎和砌筑泥漿溝槽，簡易鉆場基礎用單磚鋪實，并用砂漿抹面。11 應急預備方案（1）在盾構出洞期間，現(xiàn)場要備有足夠搶險物資，即各種規(guī)格的砂袋、棉被、速凝水泥、注漿泵、堵漏劑、泡沫條、海綿等物資，對滲水點及時封堵。（2）加強槽壁破壁后的保溫措施，防止凍結壁融化。（3）采用兩路電源線路，必要時切換備用電路。（4）在水箱內需滿水,以防應急之用。（5）在施工現(xiàn)場配備一定量的液氮，萬一凍結壁局部融化時，可及時使用液氮進行凍結，保持凍結溫度（6）成立應急預案領導小組，對搶險工作進行總體協(xié)調指揮，以做到萬無一失。11.2應急指揮網絡圖發(fā)生緊急情況時，由施工人員聯(lián)系值班人員，值班人員向項目經理匯報，項目經理再向分公司、業(yè)主及監(jiān)理各方匯報，由他們向各自上級單位匯報