長江漫灘高富水地層凍結(jié)加固及水中盾構(gòu)接收

【摘要】本文圍繞著長江漫灘高富水地層凍結(jié)加固的實際案例，具體分析了富水地層凍結(jié)加固及水中盾構(gòu)接收的具體工藝流程和施工的要點。以期能夠為相同地質(zhì)的施工提供參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】漫灘；富水地層；凍結(jié)加固；盾構(gòu)；接收

一、前言

作為處理軟弱地基的一種有效方法，凍結(jié)加固被廣泛的應(yīng)用于各種復(fù)雜地質(zhì)工程中。本文正是基于長江漫灘高富水地層的地質(zhì)條件，具體論述了凍結(jié)加固及水中盾構(gòu)接收的施工過程。

二、工程地質(zhì)概況

長江大堤旁中間風(fēng)井到達端盾構(gòu)中心埋深12.45米，洞門處主要地層為②-2b4淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土～粉質(zhì)粘土、②-2c-d2-3粉砂～粉土，隧道底部距②-3d2粉細砂承壓水層底部為2.3～3.8米，承壓水層厚度為1.4～3.3米。

三、鉆孔及凍結(jié)加固施工方法

1、凍結(jié)帷幕厚度確定

按照凍土帷幕平均溫度-10℃，凍土強度指標取單軸抗壓強度3.6MPa，抗彎強度2.0MPa，抗剪強度1.6MPa。進出洞口凍土帷幕厚度的確定一般為1.8～3m不等，保證洞門槽壁鑿除后，凍結(jié)壁能夠安全承擔(dān)水土壓力而不被破壞（一般運用日本計算理論計算加固體的厚度和我國建筑結(jié)構(gòu)靜力理論公式計算加固體的厚度并進行安全系數(shù)驗算）。該工程洞門已進行了攪拌樁加固，垂直凍結(jié)只考慮凍結(jié)封水，不承擔(dān)側(cè)向水土壓力。

2、凍結(jié)孔及測溫孔布置

（一）凍結(jié)孔的布置

采用垂直局部凍結(jié)方案，凍結(jié)孔平面布置如下圖，板塊部分凍結(jié)孔布置2排，孔距0.8m，凍結(jié)孔總數(shù)31個，梅花布置。第一排孔數(shù)16個，距槽壁0.4m。第二排孔數(shù)15個，第一排孔與第二排排距0.7m。凍結(jié)孔深度17.8米，凍結(jié)深度為11.7米，凍結(jié)寬度為12.8米。垂直凍結(jié)孔凍結(jié)管選用Φ127×4.5mm20#低碳鋼無縫管。

（二）測溫孔布置

共布置測溫孔3個，深度和凍結(jié)孔相同，采用φ50×3mm無縫鋼管。詳見下圖。

3、凍結(jié)制冷設(shè)計計算

凍結(jié)孔終孔間距Lmax≤1000mm，凍結(jié)帷幕交圈時間為25天，可進行洞門破壁施工。積極凍結(jié)期鹽水溫度為-25℃～-30℃。維護凍結(jié)期溫度為-25℃～-30℃。

凍結(jié)需冷量計算：Q=1.3·π·d·H·K=4.2萬kcal/h。

選用W-YSLGF300Ⅱ型螺桿機組一臺套，設(shè)計工況制冷量為8.75×104Kcal/h，電機功率110KW。另備用一臺。

單臺機組總用電負荷約250kw/h。

4、凍結(jié)加固主要技術(shù)要求

（一）凍結(jié)孔開孔位置誤差不大于50mm，在施工受限時可適當(dāng)調(diào)整孔位或調(diào)整鉆孔角度，但要保證不超過最大孔間距，內(nèi)排孔凍結(jié)段距地連墻不超過400mm。

（二）凍結(jié)孔終孔最大允許間距為1000mm。

（三）凍結(jié)孔鉆進深度不小于設(shè)計值，不大于設(shè)計0.5m。不能循環(huán)鹽水的管頭長度不得大于150mm。

（四）凍結(jié)管耐壓不低于1.0MPa，并且不低于凍結(jié)工作面鹽水壓力的1.5倍。凍結(jié)管接頭抗拉強度不低于母管的80%。

（五）施工凍結(jié)孔時的土體流失量不得大于凍結(jié)孔體積，否則應(yīng)及時進行注漿控制地層沉降。

（六）施工成孔后，必須進行打壓試驗，并滿足設(shè)計打壓要求。

（七）設(shè)計積極凍結(jié)時間為25天。要求凍結(jié)孔單孔流量3～5m3/h；積極凍結(jié)7天鹽水溫度降至-20℃以下；凍結(jié)15天鹽水溫度降至-24℃以下；開挖時鹽水溫度降至-28℃～-30℃，去、回路鹽水溫差不大于2℃。如鹽水溫度和鹽水流量達不到設(shè)計要求，應(yīng)延長積極凍結(jié)時間。

5、凍結(jié)孔施工

垂直凍結(jié)孔施工，選用XY-2型鉆機2臺進行施工，凍結(jié)管連接采用管箍焊接方式。鉆孔使用燈光測斜，凍結(jié)孔終孔偏斜控制在1%。

6、冷凍站安裝

凍結(jié)站設(shè)置在凍結(jié)站設(shè)置在地面上，占地面積約70平方米。站內(nèi)設(shè)備主要包括冷凍機、鹽水箱、鹽水泵、清水泵、冷卻塔及配電控制柜等。設(shè)備安裝按設(shè)備使用說明書的要求進行，凍結(jié)設(shè)備采用雙套，其中一套備用。

7、積極凍結(jié)與維護凍結(jié)

冷凍站設(shè)備安裝完畢，進行調(diào)試和試運轉(zhuǎn)后，進入積極凍結(jié)期。根據(jù)實測溫度數(shù)據(jù)判斷凍土帷幕交圈并達到設(shè)計厚度，然后再進行探孔檢測，確認凍土帷幕與槽壁完全交結(jié)后方可進行最后一層砼的完全破壁。

積極凍結(jié)期是冷凍機開始開機凍結(jié)到凍結(jié)土體厚度和強度達到設(shè)計值所用的時間。溫度變化是：高→降低→平衡。

維護凍結(jié)期是凍結(jié)土體達到設(shè)計要求后開始破槽壁到盾構(gòu)機進出洞完成冷凍機停機所用的時間。溫度變化是：低→略升高→平衡。

四、盾構(gòu)進洞推進施工

1、盾構(gòu)進洞推進施工

在隧道范圍內(nèi)所有垂直凍結(jié)管全部拔出后，盾構(gòu)機方可開始推進。根據(jù)該端頭井加固特點（槽壁外攪拌樁已加固6米），當(dāng)盾構(gòu)機推進到盾尾第一環(huán)管片完全進入攪拌樁加固體內(nèi)時停止推進，開始施工第一道止水環(huán)箍（止水環(huán)箍為雙液水泥漿），繼續(xù)推進，當(dāng)盾構(gòu)機推進到盾尾約0.5～1米左右在洞圈止水裝置內(nèi)時，進行第二道止水環(huán)箍施工，同時對該6米攪拌樁加固體范圍內(nèi)管片后進行二次雙液注漿封水，盾構(gòu)機推進進入隧道約兩環(huán)管片，停止推進，對槽壁及管片間的空隙先注單液漿，再利用雙液注漿充填封堵止水。進洞推進時同步注漿可采用雙液漿、也可采用原同步注漿漿液，但應(yīng)加入一定量的水泥，提高漿液強度。

2、洞圈封堵、井內(nèi)清理或環(huán)形管液氮凍結(jié)

（一）井內(nèi)清理及洞圈封堵

（1）洞圈封堵前期以注漿為主，待注漿達到一定強度后再進行回填土的開挖。待開挖至隧道頂部后，邊開挖邊用弧形鋼板與背覆鋼板環(huán)管片焊接進行洞圈的封堵。

（2）回填土開挖前要進行抽水試驗，確定洞口槽壁與管片之間的空隙封堵完成，無水滲漏到井內(nèi)時，方可抽水進行回填土開挖。否則繼續(xù)進行封堵注漿（也可采用聚氨酯注漿封水）或進行環(huán)形管液氮凍結(jié)（一般不采用）。

（二）環(huán)形管液氮凍結(jié)

當(dāng)注漿封水達不到預(yù)期效果時進行液氮凍結(jié)封水

（1）制冷設(shè)計

環(huán)形液氮凍結(jié)管采用Ф32×3mm不銹鋼管。液氮凍結(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)為溫度控制，根據(jù)以往液氮凍結(jié)的經(jīng)驗，液氮儲罐出口的溫度控制在-150℃～-170℃，壓力控制在0.10MPa～0.15MPa為宜，凍結(jié)管出口溫度控制在-50℃～-70℃，壓力控制在0.05MPa～0.1MPa為宜，壓力調(diào)節(jié)可使用液氮儲罐上的散熱板，溫度調(diào)節(jié)使用每組回路中截止閥。

（2）凍結(jié)時間

根據(jù)以往工程的施工經(jīng)驗，液氮凍結(jié)在水中的發(fā)展速度為5cm/d。根據(jù)環(huán)形管的布設(shè)情況，環(huán)形管同管片距離為23cm，凍結(jié)帷幕發(fā)展半徑為30cm，可有效封閉洞門口與盾構(gòu)機的間隙。按凍土的發(fā)展速度為5cm/天，距此推算凍結(jié)時間為6天，再通過測溫孔的測溫判斷，方可進行后繼施工。

（3）液氮需用量

積極凍結(jié)時每環(huán)每小時需液氮約1000Kg，則積極凍結(jié)6天液氮量為：1000×24×6=144000Kg。

維護凍結(jié)進洞時暫按3天計算，每環(huán)每小時需液氮約800Kg，則維護凍結(jié)3天液氮量為：800×24×3=57600Kg。

液氮總共消耗量：144000+57600=201600Kg。

3、地層融沉注漿

注漿施工，由于該處已進行攪拌樁加固，融沉注漿可利用隧道內(nèi)管片上預(yù)留的注漿孔進行。

注漿材料：注漿材料采用水泥單液漿或水泥—水玻璃雙液漿。水泥-水玻璃雙液漿比為：水泥漿與水玻璃溶液體積比為1：1。水泥漿水灰比為1：0.8。注漿壓力為0.4～0.5MPA。

注漿施工過程的監(jiān)測：控制地面沉降變形是注漿的目的。因此，解凍過程中，要加強地面變形監(jiān)測、凍土溫度監(jiān)測、凍結(jié)壁后水土壓力監(jiān)測。以上綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)是注漿參數(shù)調(diào)整的依據(jù)。

五、結(jié)束語

綜上所述，凍結(jié)加固技術(shù)的應(yīng)用必須要結(jié)合工程和地質(zhì)的具體情況，并分析總結(jié)施工的要點，在具體的施工中，要積極控制施工的質(zhì)量，確保水中盾構(gòu)接收按照預(yù)計流程展開。