研究水平凍結加固土體中盾構始發技術

韓統杰

摘要：在盾構始發施工過程中，由于土體一般不符合施工要求，所以需要對土體進行改良，水平冰凍法地基加固處理是施工處理中非常重要的環節。水平冰凍法經過大量的施工證明，其加固效果很好。

關鍵字：水平凍結，土體加固，盾構，始發

在盾構隧道施工中，盾構進出洞事故頻發的階段，施工風險較大。在盾構始發施工中，對隧道端頭土體進行加固是非常重要的，因此，對端頭土體加固方式的正確選擇是順利施工的保證。

一、盾構加固概述

對盾構隧道端頭進行加固的主要方式有兩種：化學加固方式（如深層攪拌法、素混凝土灌注樁法、高壓噴射注漿法等）以及物理加固方式（如降水法以及人共凍結法法等）。由于物理加工方式對土壤性質的影響小于化學加固法，所以根據土壤以及施工條件優先考慮物理方式。

所謂人工凍結技術，就是指人工向含有一定水量和地下水流速的軟弱地層輸送冷媒，從而凍結地層土壤顆粒和水，使其變成具有高強度、高抗滲性以及大彈性模量的凍土壁。而水平凍結法就是采用水平圓筒的加固方式。

二、水平凍結法以及其優勢

人工凍結法根據冷卻位置的不同包括垂直凍結和水平凍結。水平凍結，即在盾構進出洞的工作井內，布置在洞口的周圍布置一定數量的水平凍結孔，凍結后，洞內就形成了封閉的凍土帷幕。當盾構破壁時，凍土帷幕能夠抵御水土壓力以防止土層坍塌、地表沉陷。

根據施工的情況，洞口凍結孔有圓形也有方形，為了保證凍土帷幕厚度和強度對凍結孔的排孔方式進行選擇，一般包括：單排孔、雙排孔或多排孔凍結。

凍結法與其他地層加固方法相比，主要優勢：

1、該方法僅受凍結孔的布置位置以及凍結時間的影響，周圍結構對其影響較小，易于在多種環境結構下使用，且構成的凍土壁的形狀以及均勻性良好。

2、有較好的隔水性。

3、不改變地層成分，污染較小。

三、工程地質和水文地質

本文以某隧道施工為例。在該項目施工中，采用延長管線始發，2臺小松土壓平衡盾構同時推進。

具體參數如下：盾構外徑6.34米，管片外徑6.2米，管片內徑5.5米，環寬1.2米。盾構始發端頭的環境較為復雜，下行線始發約3米處是老式住戶區，如圖1所示，并且始發1～2米處有一根Φ900的污水管以及兩根Φ50的水管。

盾構始發的隧道線路位置處于半徑為350m的圓曲線上，且隧道頂埋深約14.5米。隧道上層的土質自上而下為：雜填土 、浜填土、粉質粘土、灰色淤泥質粉質粘土、夾砂質粉土、灰色淤泥質粘土。其中隧道穿越地層為灰色粘性土、隧道下伏土層粉質粘土。

四、水平凍結在盾構始發的施工方案

1.凍結孔布置

由于現場的端頭是房屋以及管線，所以本工程采用水平凍結工藝。

在該項目中，將凍土帷幕設計為一個水平放置的開口方向與掘進方向相同的杯體，總長7米，底部厚度為3米，杯壁厚度2米。凍土平均在-10攝氏度左右。共設置54個水平凍結孔4圈：杯壁凍結孔深7米，共30個，圈徑孔距為0.78米；杯底凍結孔深3米，凍結孔24個，共三圈，第一圈15個，圈徑5.1米，孔距為1.05米，第二圈8個，圈徑2.7米，孔距1.03米，第三圈在圓心一個孔。

2.相關凍結技術參數

螺桿機組選擇用型號為：YSLGF300（備用一臺），標準制冷量為286kw。凍結總時間在35天左右，凍結帷幕溫度平均-10℃左右。鹽水積極凍結溫度：-25～30℃，時間14～20天；鹽水維護凍結溫度：-23～28℃，時間14天。

3.凍結施工要點

（1）、凍結孔方向要與盾構掘進方向一致。

（2）、在施工時提前預埋凍結孔。

（3）、在內圈凍結管連接前提前固定簾布橡膠板上部。

五、盾構始發

盾構始發的工作順序為：洞門砼鑿除、導軌的安裝、密封裝置的安裝、內圈凍結管的拔除以及盾構推進。

1.洞門砼鑿除

洞門砼鑿除采用粉碎性鑿除的方法。

2.導軌的安裝

洞門砼鑿除后，在洞門鋼環上焊接兩只長約70cm，重約43kg的軌道，為盾構提供導向以及支撐。

3.密封裝置的安裝

安裝72雙頭螺栓，簾布橡膠板穿入螺栓，然后依次安裝環形壓板、墊片最后擰緊螺帽。

4.內圈凍結管的去除

在拔管前要準備手腳架的搭建、以及各種機具材料的準備；使用熱鹽水在凍結器里循環解凍凍土每當凍土融化達到30～60mm時可以開始拔管。按照一定的順序拔管后要立馬回填凍結洞。拔管時間要盡量控制在20小時內。

5.盾構推進

首先要保證前期工作準備到位，并使物資狀態保持良好。

掘進工序中，凍結管拔除后要對鋼環內的硬物進行清理，并立刻安裝管片，將刀盤抵攏掌子面。

注漿與+3環掘進同步進行，第3、4環的注漿量控制在約5m/環，第5環開始減少到3m/環。

6.對凍住刀盤的處理

根據施工的不完全統計，盾構施工中各類原因在成的刀盤被凍住的情況約40%，并且較難處理。而處理時間一般在2-15天。一般可以通過反力裝置的安裝進行處理。

六、結語

水平凍結法在基地加固施工中的應用非常廣泛，是盾構機始發的保障，但是地質不同、周邊環境不同時，仍要具體情況具體分析。所以不管是設備企業還是施工企業都要作出更多努力，使水平凍結技術在盾構始發中得到更好的應用。

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