盾構(gòu)穿越水平凍結(jié)加固區(qū)接收要點(diǎn)

鞏 磊

（中鐵十七局集團(tuán)上海軌道交通工程有限公司，江蘇 蘇州 215028）

1 工程簡(jiǎn)介

該站為無(wú)錫地鐵軌道交通2號(hào)線與3號(hào)線換乘站，該位置主要地層④2粉砂夾粉土、⑥1黏土、⑥2粉質(zhì)黏土，④2粉砂夾粉土層含水量大，且為微承壓水層掘進(jìn)過(guò)程中土體易失穩(wěn)，可能造成地下空洞，且洞門位置距離2號(hào)線位置較近，冷凍加固區(qū)域位于既有2號(hào)線的側(cè)下方，2號(hào)線處于運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。進(jìn)洞加固區(qū)域距離2號(hào)線軌道面距離為1 265 mm。該南端頭井對(duì)應(yīng)的地面現(xiàn)已通車，交通繁忙；該處隧道軌行區(qū)軌面標(biāo)高-11.045 m，距離負(fù)二層板頂560 mm。冷凍區(qū)域見(jiàn)圖1所示。

圖1 水平加固區(qū)與運(yùn)營(yíng)2號(hào)線關(guān)系圖

2 盾構(gòu)接收前準(zhǔn)備

2.1 測(cè)量準(zhǔn)備

2.1.1 洞門復(fù)測(cè)

工作井已按設(shè)計(jì)要求完成并通過(guò)驗(yàn)收，其標(biāo)高、軸線、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求并能滿足盾構(gòu)施工各階段受力要求（端頭井結(jié)構(gòu)尺寸和洞門中心已復(fù)核且符合設(shè)計(jì)要求）并通過(guò)驗(yàn)收。

洞門復(fù)測(cè)情況：該站南端頭井場(chǎng)地滿足條件后，測(cè)量人員對(duì)該站南端頭井洞門鋼環(huán)進(jìn)行復(fù)核，復(fù)測(cè)結(jié)果洞門偏差如表1所示，各項(xiàng)偏差指標(biāo)滿足盾構(gòu)施工要求。

表1 洞門中心標(biāo)高復(fù)測(cè)

根據(jù)實(shí)測(cè)的洞門中心三維坐標(biāo)和設(shè)計(jì)三維坐標(biāo)比較可知：沿盾構(gòu)推進(jìn)方向偏左15 mm，偏上29 mm，滿足盾構(gòu)接收要求。

2.1.2 區(qū)間隧道測(cè)量復(fù)核及井下控制點(diǎn)布設(shè)

1）區(qū)間最后一次聯(lián)系測(cè)量完成施工測(cè)量工作并完成報(bào)驗(yàn)，測(cè)量結(jié)果為：平面最大較差為16.5 mm，小于±28.1 mm，高程最大較差為-0.6 mm，小于±5 mm，最遠(yuǎn)定向坐標(biāo)。在穿越冷凍區(qū)前100環(huán)，我項(xiàng)目對(duì)該區(qū)間右線401-700環(huán)管片中線偏差進(jìn)行了檢查，檢查結(jié)果顯示隧道軸線和高程滿足設(shè)計(jì)要求。在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中，項(xiàng)目測(cè)量人員實(shí)時(shí)跟進(jìn)，及時(shí)糾偏。

2）井下控制點(diǎn)布設(shè)由項(xiàng)目專業(yè)測(cè)量人員指導(dǎo)進(jìn)行盾構(gòu)接收控制點(diǎn)的布設(shè)及復(fù)測(cè)，為盾構(gòu)進(jìn)洞基座軸線等進(jìn)行放樣，為盾構(gòu)進(jìn)洞姿態(tài)控制及接收架的安裝提供了條件。并由監(jiān)理及相關(guān)單位復(fù)核。

2.2 盾構(gòu)穿越冷凍區(qū)前準(zhǔn)備

2.2.1 凍結(jié)壁厚度及平均溫度驗(yàn)算

本端頭凍結(jié)加固工程自2018年4月15日開(kāi)始凍結(jié)，至2018年5月23日，現(xiàn)已凍結(jié)39天，目前處于維持凍結(jié)階段。每天都對(duì)測(cè)溫孔進(jìn)行檢查，最后一期監(jiān)測(cè)報(bào)表如下頁(yè)表2所示。

2.2.2 凍結(jié)壁發(fā)展速度及凍結(jié)壁厚度

根據(jù)每天測(cè)溫結(jié)果計(jì)算，凍結(jié)圓柱半徑計(jì)算依據(jù)公式：

式中：t1為回路鹽水溫度；r為測(cè)溫孔離凍結(jié)管的距離；r1為凍結(jié)管內(nèi)半徑；t為測(cè)溫孔溫度。

根據(jù)最不利原則，測(cè)溫孔C5中，測(cè)點(diǎn)C5-6溫度最高為-5.6℃，根據(jù)公式算的最小凍結(jié)圓柱半徑為1.3 m，最小凍結(jié)壁厚度為2.4 m，超過(guò)設(shè)計(jì)凍結(jié)壁厚度1.65 m，滿足設(shè)計(jì)要求。內(nèi)外圈交接示意如圖2和圖3所示。

圖2 凍結(jié)壁交圈外端示意圖

圖3 凍結(jié)壁交圈內(nèi)端示意圖

2.2.3 凍結(jié)壁的平均溫度

凍土平均溫度根據(jù)成冰公式計(jì)算；利用《建井工程手冊(cè)》凍結(jié)施工成冰公式計(jì)算凍結(jié)帷幕的平均溫度，見(jiàn)公式：

式中：toc為按零度邊界線計(jì)算的凍結(jié)壁平均溫度；tc為凍結(jié)壁平均溫度；tb為鹽水溫度；l為凍結(jié)孔間距；E為凍結(jié)壁厚度；tn為測(cè)點(diǎn)溫度。

由表2各測(cè)點(diǎn)溫度所示，測(cè)點(diǎn)C5-6溫度最高，為-5.6℃，故對(duì)該點(diǎn)溫度進(jìn)行計(jì)算，代入成冰公式算得的凍土壁平均溫度為-10.8℃，達(dá)到凍土壁設(shè)計(jì)平均溫度-10.0℃要求。

2.2.4 洞門水平探孔情況

對(duì)該站南端頭井進(jìn)行洞門水平探孔施工，共設(shè)置9個(gè)探孔，探孔深度均在1.2 m左右。施工完成后，在監(jiān)理單位的檢查監(jiān)督下我部完成對(duì)洞門水平探孔的檢查，洞門探孔未出現(xiàn)滲水情況、無(wú)滴漏，測(cè)得探孔界面溫度，測(cè)點(diǎn)最高溫度為-22.7℃，最低溫度為-27.7℃,滿足探孔溫度要求，說(shuō)明端頭冷凍加固止水措施達(dá)到了預(yù)期的效果和目的。洞門止水效果完全滿足盾構(gòu)接收要求。

2.2.5 洞門鑿除階段

1）門鑿除之前，實(shí)施洞門水平探孔，探孔深度控制在2 m左右，以芯樣完整，孔內(nèi)干燥無(wú)水、無(wú)未凍結(jié)土體為標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)量?jī)鼋Y(jié)壁與地墻交界處溫度，確保凍結(jié)壁與連續(xù)墻是否完全膠結(jié)。測(cè)點(diǎn)平均溫度小于-5℃時(shí)方可開(kāi)始槽壁破除。

2）推進(jìn)班組：799掘進(jìn)時(shí)，刀盤進(jìn)入加固區(qū)，推進(jìn)速度1 cm（速度一定要慢），緩慢減少土壓，控制在100～130 kPa，保持24 h值班制度，確保刀盤一直處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。

階段一：刀盤到達(dá)加固區(qū)時(shí)，對(duì)洞門進(jìn)行分段50 cm破除。

階段二：洞門50 cm破除完成后，對(duì)內(nèi)圈冷凍管進(jìn)行拔除。

階段三：盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)，使盾構(gòu)機(jī)刀盤到達(dá)洞門，最后使盾構(gòu)機(jī)刀盤位于加固區(qū)杯底30 cm。

階段四：鑿除剩余的50 cm地墻。

3 盾構(gòu)穿越冷凍區(qū)

3.1 盾構(gòu)到達(dá)段掘進(jìn)

1）盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入到達(dá)段后，首先減小推力、降低推進(jìn)速度和刀盤轉(zhuǎn)速，控制出土量并時(shí)刻監(jiān)視土倉(cāng)壓力值，避免較大的地表隆陷。

2）編制盾構(gòu)機(jī)接收作業(yè)指導(dǎo)書，從接收前18環(huán)開(kāi)始，將每一環(huán)推進(jìn)內(nèi)容細(xì)化，責(zé)任到人，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)嚴(yán)格按照作業(yè)指導(dǎo)書操作。

第800環(huán)千斤頂行程到達(dá)858 mm，盾構(gòu)機(jī)刀盤頂上加固區(qū)土體（見(jiàn)圖4）。

圖4 800環(huán)掘進(jìn)拼裝完成后盾構(gòu)機(jī)位置示意圖

第806環(huán)的推進(jìn)與拼裝，待內(nèi)圈冷凍管割除后，再進(jìn)行806環(huán)推進(jìn)（見(jiàn)圖5）。

圖5 806環(huán)掘進(jìn)拼裝完成后盾構(gòu)機(jī)位置示意圖

第810環(huán)掘進(jìn)720 mm時(shí)刀尖到達(dá)地下連續(xù)墻（見(jiàn)圖6）。

圖6 810環(huán)掘進(jìn)拼裝完成后盾構(gòu)機(jī)位置示意圖

3）當(dāng)?shù)侗P出加固區(qū)時(shí)，管片注漿若未能及時(shí)填充環(huán)形間隙，容易形成后部來(lái)水的風(fēng)險(xiǎn)；針對(duì)此風(fēng)險(xiǎn)，項(xiàng)目部擬定了精細(xì)化的盾體注漿步驟，杜絕因環(huán)形間隙未有效填充所造成的事故。一是到達(dá)段盾構(gòu)機(jī)刀盤進(jìn)入加固區(qū)至刀盤破除洞門，同步注漿每環(huán)5～6 m3，注漿壓力控制在0.25～0.35 MPa。漿液類型為水泥漿，配合比如表3所示。二是盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至刀尖距離凍結(jié)帷幕1 m停機(jī)。通過(guò)盾構(gòu)機(jī)中盾注漿孔打設(shè)2環(huán)聚氨酯環(huán)箍。三是刀盤靠近地墻后停機(jī)。通過(guò)脫出盾尾的后2環(huán)打設(shè)雙液漿環(huán)箍；注漿時(shí)從下往上對(duì)稱注入，以注漿量和注漿壓力雙指標(biāo)控制，平均每孔注入0.35 m3，注漿壓力不能大于0.45 MPa。漿液類型為雙液漿，配合比為：水泥和水玻璃的溶液體積比為1∶1,其中水泥漿液水灰比為1∶1，水玻璃溶液采用B35水玻璃加2倍體積水稀釋。

表3 同步注漿漿液配合比

在洞門混凝土鑿除并清理后，盾構(gòu)應(yīng)盡快推進(jìn)并拼裝管片，盡量縮短盾構(gòu)到達(dá)時(shí)間。推進(jìn)時(shí)需要求監(jiān)測(cè)單位加強(qiáng)地面變形沉降的監(jiān)測(cè)，并及時(shí)反饋上報(bào)到項(xiàng)目技術(shù)部。盾構(gòu)到達(dá)前必須建立井內(nèi)、指揮室、盾構(gòu)機(jī)操作室的通訊聯(lián)系。能實(shí)時(shí)控制整個(gè)到達(dá)過(guò)程。本次接收未出現(xiàn)漏水、漏砂等現(xiàn)象，接收過(guò)程較為順利，按時(shí)完成了預(yù)期節(jié)點(diǎn)。

3.2 盾構(gòu)穿越冷凍區(qū)注意事項(xiàng)

1）刀盤進(jìn)入加固區(qū)后，一定要確保刀盤保持勻速旋轉(zhuǎn)。加強(qiáng)值班。隧道內(nèi)儲(chǔ)備鹽水，防止刀盤被凍結(jié)。盾構(gòu)機(jī)每隔半小時(shí)向前推進(jìn)5 cm，必要時(shí)不間斷地從中盾上的預(yù)留孔注入聚氨酯，以將盾體與冷凍土體盡量隔開(kāi)。防止盾構(gòu)機(jī)本體被凍土凍結(jié)。

2）5月23日～5月30日期間嚴(yán)禁盾構(gòu)人員請(qǐng)假。要求責(zé)任落實(shí)到位，保證盾構(gòu)順利接收。

3）802-815環(huán)為多孔管片。盾構(gòu)機(jī)接收完成，采用管片注漿孔進(jìn)行融沉注漿。

4）內(nèi)圈凍結(jié)管拔除，因?yàn)閮鼋Y(jié)管為整根管，拔斷可能性較底。但不排除漏拔現(xiàn)象，應(yīng)確保凍結(jié)管拔除干凈。

5）盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出洞時(shí)，做好測(cè)量工作，控制好盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，保證盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)在軸線范圍內(nèi)。防止刀盤碰觸外圈凍結(jié)管，造成凍結(jié)管損壞，鹽水泄露?？紤]凍結(jié)管施工時(shí)偏鉆等因素，盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入加固土體前，姿態(tài)應(yīng)適當(dāng)下調(diào)。

6）盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行第798環(huán)推進(jìn)時(shí)，推進(jìn)速度一定要慢，并安排專人密切關(guān)注鹽水箱液位變化情況，發(fā)現(xiàn)鹽水液位下降，應(yīng)立即通知駕駛室停止推進(jìn)，并逐一檢查外圈凍結(jié)管情況，查出斷裂的凍結(jié)管，并采取措施將其拔出，更換短的凍結(jié)管。

7）進(jìn)出洞時(shí)，加強(qiáng)對(duì)地面和2號(hào)線車站的監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋信息。

8）盾構(gòu)機(jī)刀盤進(jìn)入加固后，對(duì)刀盤前和土倉(cāng)內(nèi)注入混合鹽水，鹽水比例25%。

9）冷凍班組項(xiàng)目經(jīng)理、技術(shù)負(fù)責(zé)人、操作人員現(xiàn)場(chǎng)值班。

10）盾構(gòu)接收完成2天后方可停止凍結(jié)；停凍后2天內(nèi)完成洞門圈外水平凍結(jié)管、測(cè)溫管割除、封堵。先排干管內(nèi)鹽水，再割除水平凍結(jié)管，割除深度不得小于60 mm，割除完成后割除位置采用直徑不小于直徑8 mm鋼筋進(jìn)行錨固，采用微膨脹水泥（或強(qiáng)度不低于M10的水泥砂漿）充填凍結(jié)管深度不小于2 m，并且預(yù)埋注漿管在封孔后及時(shí)進(jìn)行注漿堵漏。

11）負(fù)環(huán)下部的凍結(jié)孔不能處理的，孔口管不拆除，只割除外露凍結(jié)軟管。等后期做井接頭時(shí)，在再作處理。井接頭大小應(yīng)保證將凍結(jié)管全部包裹在內(nèi)。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)盾構(gòu)穿越冷凍區(qū)接收要點(diǎn)的案例分析，利用凍結(jié)法加固洞門可以有效地降低盾構(gòu)進(jìn)洞風(fēng)險(xiǎn)，尤其對(duì)地下水豐富、地質(zhì)情況差及環(huán)境復(fù)雜的工程較為適用。該工程對(duì)盾構(gòu)接收前、掘進(jìn)段及盾構(gòu)進(jìn)洞的分析，為后續(xù)的無(wú)錫地鐵隧道盾構(gòu)進(jìn)洞接收提供了一些經(jīng)驗(yàn)和參考。