杭州地鐵1號線濱江站右線盾構(gòu)出洞鹽水凍結(jié)方案

1、鹽水凍結(jié)加固方案 PAGE 11 中煤第五建設(shè)公司上海分公司杭州地鐵1號線濱江站右線盾構(gòu)出洞鹽水凍結(jié)方案中煤第五建設(shè)公司上海分公司二OO八年六月1 工程概況濱江站富春路站區(qū)間為杭州地鐵1號線工程穿越錢塘江全地下區(qū)間，里程范圍為K5+880.3K8+835.859，區(qū)間左線長為2.946km,區(qū)間右線總長為2.956km。本區(qū)間隧道始于濱江站（江南大道江陵路路口），沿江陵路向西北方向前行，過丹楓路、濱盛路、規(guī)化支路，至江南風(fēng)井進洞，隨后盾構(gòu)機江南風(fēng)井出洞繼續(xù)向西北推進，過聞濤路，穿越南岸江堤和錢塘江，過江后穿越北岸江堤和之江路，再推進至江北風(fēng)井進洞，盾構(gòu)機在江北風(fēng)井出洞后繼續(xù)向西北沿婺江路推進至

2、富春路站進洞，整條隧道完成。江南風(fēng)井位于江陵路聞濤路路口，江北風(fēng)井位于之江路婺江路路口，區(qū)間隧道采用2臺盾構(gòu)機先后從濱江站始發(fā)，穿越江南、江北風(fēng)井后抵達富春路站。濱江站盾構(gòu)始發(fā)區(qū)域先期已進行了深層攪拌樁和夾心旋噴施工。由于一些不可預(yù)見性問題，右線隧道出洞開樣孔中，其中有出現(xiàn)出水出砂現(xiàn)象，鑒于工期等現(xiàn)場的其他工況條件，為確保盾構(gòu)出洞的安全，現(xiàn)擬采取鹽水凍結(jié)法進行封水堵漏加固土體的措施，在進行破洞門割除鋼筋，進行盾構(gòu)推出洞。擬凍結(jié)加固深度為19.25m。2 施工方案及工藝根據(jù)資料提供，左線隧道盾構(gòu)先進行出洞推進，待盾構(gòu)推進50環(huán)后，再進行右線隧道盾構(gòu)出洞推進；左線隧道盾構(gòu)出洞采用液氮凍結(jié)處理加固土

3、體，右線隧道推進工期比較寬余，擬采用鹽水凍結(jié)加固處理盾構(gòu)出洞口的土體的方案。根據(jù)上述施工條件結(jié)合我公司多年凍結(jié)施工經(jīng)驗，擬采用鹽水螺桿機組垂直局部凍結(jié)方案；還根據(jù)其它施工情況和施工工期的安排，采用鹽水機組凍結(jié)方案能滿足工期和封水加固的要求。為保證盾構(gòu)順利出洞，并確保安全施工的情況下，設(shè)計鹽水凍結(jié)方案進行盾構(gòu)出洞段的封水加固。3.凍結(jié)封水處理方案設(shè)計3.1凍結(jié)帷幕設(shè)計設(shè)計在盾構(gòu)出洞段加固土體前打設(shè)兩排垂直凍結(jié)孔的方案，將盾構(gòu)出洞段攪拌加固和高壓旋噴加固的漏水通道凍結(jié)封閉。根據(jù)出洞段的水文地質(zhì)資料，及我公司多年施工經(jīng)驗，設(shè)計板塊的凍土墻平均溫度為-10，該土層凍土各參數(shù)取值為抗壓強度壓=3.5Mp

4、a ,抗拉強度拉=2Mpa，抗剪強度剪=1.6Mpa 。3.2凍土墻厚度h的確定該盾構(gòu)出洞口凍結(jié)加固體，其承受的荷載、計算模型及凍結(jié)管布置的示意圖如圖1所示：（1）計算水土壓力：洞口的中心埋深為12.865m（計算取埋深最深的盾構(gòu)出洞口處隧道中心標(biāo)高），當(dāng)處理洞直徑為6.7m時，處理洞口的底緣深度為16.215m。則按重液公式計算得到水土壓力為： P=0.013H=0.210Mpa圖1凍土洞加固體、荷計算模型及凍結(jié)管布置示意圖（2）假定加固體為整體板塊而承受水壓力，運用日本計算理論計算加固體的厚度：，計算的凍土墻厚度為1.68m.表1運用日本計算理論的數(shù)據(jù)及結(jié)果凍土平均溫度凍土彎拉強度水土壓力

5、 P加固體開挖內(nèi)直徑D系 數(shù)完全系數(shù)k計算加固體厚度h-102MPa0.21 MPa6.7m1.22.01.68m (3)運用我國建筑結(jié)構(gòu)靜力計算理論公式進行驗算：圓板中心所受最大彎曲應(yīng)力計算公式 表2 運用運用我國建筑結(jié)構(gòu)靜力計算理論計算數(shù)據(jù)結(jié)果水土壓力P加固體開挖內(nèi)直徑D凍土泊松比計算加固體h計算得加固體最大彎拉應(yīng)力max凍土彎拉強度-10安全系數(shù)k0.21MPa6.7m0.351.68m1.04 MPa2 MPa1.92max-10（4）剪切驗算加固體厚度 沿盾構(gòu)處理切口周邊驗算加固體剪切應(yīng)力 表3 剪切應(yīng)力驗算數(shù)據(jù)及結(jié)果水土壓力P加固體開挖內(nèi)直徑D計算加固體h最大剪切應(yīng)力凍土抗剪強度-

6、10安全系數(shù)k0.21MPa6.7m1.68mmax=0.209MPa-10=1.6 MPa7.6max-10根據(jù)以上計算結(jié)果并結(jié)合我公司類似工程凍結(jié)施工經(jīng)驗，凍土墻厚度h盾構(gòu)切口處理凍結(jié)壁厚度取1.7m3.3凍結(jié)孔的布置：為了封好水，并根據(jù)要求，對已知的漏水點進行布孔凍結(jié)，設(shè)計凍結(jié)孔的布置見下圖（凍結(jié)孔布置圖）。采用全深凍結(jié)雙排水平凍結(jié)孔，凍結(jié)管選用直徑127*5mm20#低碳鋼無縫鋼管；凍結(jié)孔數(shù)23個，凍結(jié)孔間距為0.8m，排間距為0.7m，設(shè)計最大終孔間距為1.2m，距槽壁之間的距離為0.3m，凍結(jié)孔深為19.25m，采用局部凍結(jié)方案即地表以下6.7m不凍，凍結(jié)范圍為6.719.25m。

7、右線隧道右線隧道3.4制冷設(shè)計3.4.1凍結(jié)參數(shù)確定 （1）設(shè)計鹽水溫度為-25-30。 （2）凍結(jié)孔單孔流量不小于5/h （3）凍結(jié)孔終孔間距Lmax1200mm，凍土發(fā)展速度取25/d，凍結(jié)帷幕交圈時間為24天，達到設(shè)計厚度時間為35天。 （4）積極凍結(jié)達到開挖時間為35天，維護凍結(jié)時間為7天。 （5）測溫孔3個，深度為9.119.25m，布置在內(nèi)測和外側(cè)，不布置在盾構(gòu)進行區(qū)域內(nèi)。具體位置視現(xiàn)場情況而定。3.4.2需冷量和冷凍機選型 凍結(jié)需冷量由下式計算： Q=1.3*d*H*K式中：H凍結(jié)長度 d凍結(jié)管直徑 K凍結(jié)管散熱系數(shù)；300Kcal/h* 將上述參數(shù)帶入公式得：Q=44946 K

8、cal/h選用YSLGF300型螺桿機組一臺套，設(shè)計單臺機組工況制冷量為87500 Kcal/h，單臺電機功率110KW。3.4.3凍結(jié)系統(tǒng)輔助設(shè)備（1）鹽水循環(huán)泵選用IS125-100200型1臺，單臺流量200/h，電機功率45KW。（2）冷卻水循環(huán)選用S125-100200C型1臺，單臺流量120 /h，電機功率18KW。（3）冷卻塔選用NBL-50型2臺，補充新鮮水10 /h。3.4.4管路選擇（1）凍結(jié)管選用127*4.5mm,20#低碳無縫鋼管。（2）測溫孔管選用45*3.5mm20#低碳無縫鋼管。（3）供液管選用”鋼管，采用焊接連接。（4）鹽水干管和集配液圈選用159*6mm無縫

9、鋼管。（5）冷卻水管選用127*4.5mm供水鋼管。3.4.5用電負荷：用電負荷約220kw/h。3.4.6其它（1）冷凍機油選用N46冷凍機油。（2）制冷劑選用氟利昂R-22.（3）冷媒劑選用氯化鈣溶液。3.5凍結(jié)孔施工（1）鉆孔工程量： 單個出洞垂直凍結(jié)孔總長832.2m，兩個總計1664.4m；單個出洞垂直測溫孔總長86.6m,兩個總計173.2m。（2）凍結(jié)管、測溫管和供液管規(guī)格 凍結(jié)管選用127*4.5mm20#低碳無縫鋼管，采用外管箍焊接連接；供液管采用”焊管；測溫管采用50*3無縫鋼管。（3）打鉆設(shè)備選型 打鉆選用XY-1C型鉆機2臺，電機功率22KW，鉆孔使用燈光測斜，選用BW

10、-160/50型泥漿泵2臺，電機功率14.5KW。（4）局部凍結(jié)工藝 采用局部凍結(jié)工藝可以有效的防止凍脹和融沉現(xiàn)象，對工程的不利影響、減少制冷量和有效的保護環(huán)境。局部凍結(jié)器加工示意圖見圖。（5）打壓試驗：封閉好孔口用手壓泵打水到孔內(nèi)，至壓力達到0.8MPa時，停止打壓，關(guān)好閘門，觀測壓力變化情況，30分鐘內(nèi)壓力無變化合格。4 盾構(gòu)破槽壁出洞凍結(jié)應(yīng)具備的條件（1）凍結(jié)系統(tǒng)各孔組之間、鹽水去回路溫差不大于-1.2。鹽水總?cè)?、回路溫差不大?（2）單孔、組鹽水流量5/h（3）積極凍結(jié)7天鹽水降至-18以下，積極凍結(jié)15天鹽水溫度下降至-24，凍結(jié)系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)期間、鹽水溫度降至-25-30以下；凍結(jié)管

11、無鹽水漏失。（4）積極凍結(jié)時間要達到設(shè)計天數(shù)或以上。（5）選擇合理測溫孔測點溫度，計算凍結(jié)壁厚度及平均溫度達到設(shè)計值，即實際凍結(jié)厚度1.7m,凍土平均溫度-10。（6）打探孔無水，且探孔內(nèi)溫度在0以下已結(jié)冰。（7）經(jīng)驗收通過后，方可將洞門混凝土全部鑿除、盾構(gòu)機出洞。5拔凍結(jié)管措施5.1拔管方案 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(jié)器里循環(huán)，使凍結(jié)管周圍的凍土融化達到50mm100mm時，開始拔管。鹽水加熱 用一只2左右的鹽水箱儲存鹽水，用1545kw的電熱絲進行加熱鹽水。鹽水循環(huán)利用流量為10 /h鹽水泵循環(huán)鹽水，先利用30 40的鹽水循環(huán)5分鐘左右，然后6080的

12、鹽水循環(huán)達30分鐘左右，當(dāng)回路鹽水溫度上升到2530時，即可進行邊循環(huán)邊試拔。5.2凍結(jié)管起拔（1）起拔 用兩個10噸的千斤頂進行試拔，拔起0.5m左右時，便可以停止循環(huán)熱鹽水，用壓風(fēng)將管內(nèi)鹽水排出。然后用吊車快速拔出凍結(jié)管。拔管注意凍結(jié)管與掛鉤要成一線，凍結(jié)管不能蹩勁，拔管時要常轉(zhuǎn)動凍結(jié)管，凍結(jié)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(jié)管道設(shè)計長度。見如下拔管示意圖。（2）拔管順序、拔管要在盾構(gòu)機進入破開的槽壁內(nèi)，且安裝好密封裝置后進行，盾構(gòu)頭部距凍土墻不小于0.2m，以防影響拔管。、依次先拔第一、第二、第三排盾構(gòu)行進區(qū)的凍結(jié)管，不需完全解凍。將板塊隧道內(nèi)凍結(jié)管拔至隧道頂板以上0.5m左右，并作二次準(zhǔn)備。、在隧道范圍內(nèi)所有的凍結(jié)管全部拔出盾構(gòu)頂板以上后，盾構(gòu)方可以開始推進，防止盾構(gòu)推進系統(tǒng)損壞凍結(jié)管。、待盾構(gòu)全部出洞后，再拔起盾構(gòu)