凍結(jié)法在某盾構(gòu)隧道進洞施工中的應(yīng)用分析

孟俊

（上海公路橋梁（集團）有限公司，上海市200000）

凍結(jié)法在某盾構(gòu)隧道進洞施工中的應(yīng)用分析

孟俊

（上海公路橋梁（集團）有限公司，上海市200000）

上海某盾構(gòu)隧道工程進洞施工地質(zhì)和周邊環(huán)境復(fù)雜，施工技術(shù)風險高，該工程上下行線地基加固采取了不同的水泥系和凍結(jié)法相結(jié)合的綜合加固方式。針對上下行線分別介紹施工過程中主要技術(shù)要點，對過程中發(fā)現(xiàn)的問題進行了對比分析，進行了經(jīng)驗總結(jié)。

盾構(gòu)進洞；地基加固；凍結(jié)法；水泥系；漏水漏沙；盾構(gòu)凍結(jié)

0 引言

在盾構(gòu)施工過程中，盾構(gòu)進出洞是一道高風險的施工工序，凍結(jié)法以其特有的優(yōu)勢在該類工程中得到了很大的發(fā)展。本工程上下行線均屬于特殊地段盾構(gòu)進洞施工，由于條件限制，兩條單線采取了不同的水泥系和凍結(jié)法結(jié)合方式，施工中控制的側(cè)重也有所不同，特別是針對下行線突發(fā)情況還采取了特別的處理措施[1-5]。

1 概況

1.1 工程地質(zhì)及環(huán)境情況

本工程進洞端頭井緊鄰新涇港河，上行線距河流最近處15 m，下行線距防汛墻最近約10 m。洞門中心標高為-13.93 m，河底標高-1.00 m地面標高約+4.71 m。盾構(gòu)進洞處地層為④2灰色粉質(zhì)粘土夾砂質(zhì)粉土、⑤1灰色粉質(zhì)粘土、⑤2灰色砂質(zhì)粉土，下臥層為⑥暗綠、草黃色粉質(zhì)粘土層，本場區(qū)第⑤2為微承壓水層。

1.2 地基加固情況

（1）水泥系地基加固

上行線采用三軸攪拌樁加固，加固橫向?qū)挾?3.2 m，縱向長度9.4 m，樁深24.7 m，攪拌樁加固區(qū)與地下連續(xù)墻間約0.6 m空隙處采用三重管高壓旋噴樁的方法完成，深度比攪拌樁加固區(qū)深0.5 m；下行線由于洞門與河流距離小，無法進行三軸攪拌樁，全部采用旋噴樁進行加固，加固橫向?qū)挾?3.2 m，縱向長度5 m，樁深24.7 m。

（2）凍結(jié)法地基加固

上行線由于采用三軸攪拌樁強加固長度10 m，凍結(jié)法只采取外圈輔助封水，考慮攪拌樁強度凍結(jié)壁維護厚度取1.6 m，長度為進入槽壁后地層7.0 m；下行線由于地面環(huán)境受限，旋噴樁加固長度只有5 m，考慮④2、⑤2砂性土進洞風險，外圈維護凍結(jié)壁厚度取2.0 m，長度進入槽壁后地層11 m；盾構(gòu)進洞破洞門迎頭面凍結(jié)壁厚度取進入槽壁后地層1.5 m。

（3）另外為降低風險和排除淺層沙層影響，在凍結(jié)法施工前，上下行線各布置了4口降水井（2口為共用）作為應(yīng)急措施。

2 盾構(gòu)進洞施工控制措施

2.1 盾構(gòu)推進情況

上行線盾構(gòu)進洞施工比較順利，基本上按照正常的盾構(gòu)進洞流程完成，而且進洞過程中幾乎沒有任何的漏水漏沙現(xiàn)場，說明地基加固完全達到了預(yù)期的效果，而下行線在推進過程中則出現(xiàn)了異常情況，造成了險情，主要情況如下：

（1）盾構(gòu)機在最初進入冰凍加固區(qū)前兩環(huán)（816環(huán)、817環(huán)），盾構(gòu)推進參數(shù)沒有明顯變化，但是818～821環(huán)（切口到達旋噴樁區(qū)域之前）推進過程中，前方遇到類似淤泥狀土，土壓力無法保持，盾構(gòu)機切口突然下沉，盾構(gòu)姿態(tài)無法保持的現(xiàn)象，通過采取下部加裝千斤頂?shù)却胧┎艑⒍軜?gòu)高程基本維持在可控狀態(tài)，盾構(gòu)得以進入旋噴樁加固區(qū)域。

（2）盾構(gòu)機在推進824～826環(huán)過程中，盾構(gòu)機全部位于凍結(jié)帷幕內(nèi)，盾構(gòu)推進阻力極大。根據(jù)盾構(gòu)機參數(shù)及后續(xù)加裝千斤頂匯總，總推力從30 000 k N上升至最大約46 700 k N（見圖1），出現(xiàn)盾構(gòu)機推不動的狀況，加裝千斤頂之后的推進速度也十分緩慢，平均速度約在5 mm/m in。

2.2 突發(fā)情況原因分析

（1）地基加固效果分析

根據(jù)進洞前對地基的檢驗和在洞門鉆探測孔，證明了本次的地基加固達到了設(shè)計效果，進洞實施過程中也對凍結(jié)溫度進行了實時監(jiān)測，監(jiān)測顯示在拔出洞門凍結(jié)管的過程中溫度有規(guī)律地變化，整個盾構(gòu)進洞實時過程中，凍結(jié)體情況穩(wěn)定，排除了地基加固失效的可能。

（2）盾構(gòu)機姿態(tài)突變原因分析

下行線盾構(gòu)機推進至冰凍加固區(qū)第二環(huán)，刀盤扭矩急劇降低，由2 000 k N·m急劇下降為1 200～1 400 k N·m，螺閘門發(fā)生噴涌，經(jīng)分析原因在于盾構(gòu)機前方的砂土受到了擾動，而由于周邊水流通道均被凍結(jié)土體封閉，造成該區(qū)域內(nèi)水壓力短時間來不及消散，形成了液化土。

（3）盾構(gòu)總推力過大原因分析

a.在盾構(gòu)機全部位于冰凍加固區(qū)域內(nèi)時，盾構(gòu)同步注漿烏龜殼恰好穿越旋噴樁加固區(qū)，因此盾構(gòu)推進總推力急劇增大。

b.由于盾構(gòu)機發(fā)生嚴重的磕頭現(xiàn)象，造成盾構(gòu)機糾偏困難，數(shù)據(jù)顯示的總推力也有部分是無用功。

2.3 主要控制措施

（1）防止漏水漏沙

a.地基加固作為盾構(gòu)進洞成敗的決定性因素，必須要確保施工質(zhì)量嚴格受控，進洞前在洞門鉆樣洞進行觀察，確認加固效果滿足進洞要求；

b.沿著盾構(gòu)殼體均勻布置4個預(yù)留注漿孔，在加固區(qū)內(nèi)推進時，可在殼體外注入聚氨酯，一方面起止水作用將外部水封堵在盾尾后，防止形成水流通道，另一方面可以減少盾構(gòu)殼體被凍結(jié)的可能性，減小推進難度；

圖1 下行線盾構(gòu)機進洞段總推力變化情況

c.盾尾進入加固區(qū)之后，在脫出盾尾的管片進行壁后的雙液漿二次注漿，隔斷加固區(qū)與外界的滲漏通道，減小了盾尾后的承壓水沿著盾構(gòu)進入洞門的風險；

d.在洞門加裝兩道彈簧鋼板，中間放入海綿條，提高洞門密封能力。

（2）防止盾構(gòu)凍結(jié)

a.盡量縮短盾構(gòu)停止推進的時間，盾構(gòu)連鎖解除，保證在盾構(gòu)推進和拼裝管片時，刀盤保持轉(zhuǎn)動狀態(tài)；

b.若扭矩啟動時過大，可在刀盤前加入少量鹽水，將鹽水在土倉內(nèi)攪拌均勻，可以有效緩解刀盤啟動時扭矩過大的現(xiàn)象。

（3）盾構(gòu)推進參數(shù)設(shè)置

土壓力設(shè)定分為2個階段，第一階段在盾尾進入加固區(qū)之前，進行低壓推進，土壓力設(shè)定為0.15 MPa左右，保持這個土壓力可以與盾尾后承壓水壓力保持平衡；第二階段，盾尾全部進入水泥土加固區(qū)，在盾尾后一環(huán)管片進行雙液漿壓注之后，此時切口已經(jīng)在水泥土加固體內(nèi)，土壓力設(shè)定至0.05 MPa，直至推進結(jié)束。

（4）嚴格控制盾構(gòu)姿態(tài)

在盾構(gòu)機進入加固區(qū)前50 m開始進行盾構(gòu)姿態(tài)的調(diào)整，根據(jù)設(shè)計軸線進行擬推進段的軸線預(yù)測，在盾構(gòu)進入加固區(qū)之前，坡度一般保持在± 2‰以內(nèi)，同時將盾構(gòu)整體高程適當提高2 c m左右，確保盾構(gòu)機在加固區(qū)內(nèi)的姿態(tài)滿足設(shè)計要求。

（5）突發(fā)情況處理措施

a.將螺旋機閘門閉緊，同時注意觀察土壓力情況，發(fā)現(xiàn)壓力變小時，盾構(gòu)悶推，保證土壓力，確保盾構(gòu)不再繼續(xù)磕頭。

b.本盾構(gòu)機千斤頂為2根1 068 k N的千斤頂組成一組，將盾構(gòu)下部四組千斤頂更換為3根1 068 k N千斤頂為一組，更換4組千斤頂，增加下部推力400 t。

c.千斤頂改造完成后重新推進前，在刀盤正前方注膨潤土漿液（盡可能增加稠度）以增加刀盤正前方的土壓力，這樣有助于盾構(gòu)切口抬起。

3 實施效果

（1）上下行盾構(gòu)進洞整個施工過程中，沒有發(fā)生大的漏水漏沙現(xiàn)象，地面沉降控制情況較好，特別是防汛墻的沉降也控制在要求范圍之內(nèi)；

（2）下行線由于盾構(gòu)磕頭嚴重，盾構(gòu)推進高程超出規(guī)范要求，通過在管片上黏貼糾偏楔子和拼裝控制等措施，最終確保了成型隧道軸線控制在規(guī)范要求范圍內(nèi)，但是由于糾偏過激，也造成了兩環(huán)管片出現(xiàn)了局部碎裂，對隧道質(zhì)量造成了一定的影響。

4 結(jié)語

（1）總體來講，本工程進洞施工地基加固處理達到了預(yù)期的效果，證明了采取水泥土、冰凍法等綜合加固方式的良好適用性。

（2）在上下行線的進洞實施過程中，我們對凍結(jié)帷幕的溫度進行了實時監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果顯示，內(nèi)圈凍結(jié)管拔除和洞門鑿除時，筒體溫度有一定波動外，在整個盾構(gòu)進洞推進施工過程中，筒體帷幕溫度保持穩(wěn)定，止水效果良好，進一步驗證了凍結(jié)法加固的可靠性。

（3）通過對本文上下行線盾構(gòu)進洞工況和過程的綜合分析，可以發(fā)現(xiàn)上行線進洞實施比較順利，幾乎未遇到特殊困難；而在下行線推進過程中遇到了盾構(gòu)姿態(tài)突變，推力過大等異常情況，下行線整個進洞歷時較長，雖然凍結(jié)效果好，未發(fā)生漏水漏沙，但是也造成了盾構(gòu)推進的困難，過程中形成較大的風險。對此，我提出以下兩點體會，供同行參考：

a.上行線攪拌樁施工加固區(qū)域能夠加長，增加了盾構(gòu)進洞的土體穩(wěn)定性和一定的止水效果，凍結(jié)法加固長度也適合，因此上行線能夠順利完成進洞。個人建議在類似工況下，有條件要采用類似的綜合加固型式。

b.凍結(jié)法在盾構(gòu)進洞施工的作用類似雙刃劍，要充分發(fā)揮好它的加固止水能力，但是也要避免由于過度凍結(jié)給盾構(gòu)推進施工帶來的不利影響，如刀盤凍結(jié)和本工程遇到的總推力增大等問題。本工程下行線由于場地條件限制，水泥土加固范圍有限，因此設(shè)計單位通過加長冰凍法的凍結(jié)范圍來彌補水泥土加固的不足，而冰凍加固過長是可能導(dǎo)致本次盾構(gòu)進洞時推進困難的主要原因。本人在此建議，遇到類似工況，冰凍加固長度要適宜，既滿足止水，又不至于影響盾構(gòu)推進。

[1]周文波.盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2004.

[2]周文波.盾構(gòu)進出洞施工風險及防治[A].地下工程建設(shè)與環(huán)境和諧發(fā)展——第四屆中國國際隧道工程研討會文集[C].上海:同濟大學出版社,2009.

[3]上海隧道工程股份有限公司.地下工程施工與風險防范技術(shù)[M].上海:同濟大學出版社,2007.

[4]王杰.盾構(gòu)進出洞水泥土加固后水平凍結(jié)溫度場研究[D].江蘇南京:南京林業(yè)大學,2012.

[5]胡耀輝.盾構(gòu)在⑤2微承壓水層中進出洞及推進的關(guān)鍵施工技術(shù)研究分析[D].上海:同濟大學,2008.

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1009-7716（2017）06-0202-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.060

2017-03-20

孟?。?984-），男，山西介休人，工程師，從事施工管理工作。