研究水平凍結(jié)加固土體中盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)

韓統(tǒng)杰

摘要：在盾構(gòu)始發(fā)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(jìn)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(huán)節(jié)。水平冰凍法經(jīng)過大量的施工證明，其加固效果很好。

關(guān)鍵字：水平凍結(jié)，土體加固，盾構(gòu)，始發(fā)

在盾構(gòu)隧道施工中，盾構(gòu)進(jìn)出洞事故頻發(fā)的階段，施工風(fēng)險(xiǎn)較大。在盾構(gòu)始發(fā)施工中，對隧道端頭土體進(jìn)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(gòu)加固概述

對盾構(gòu)隧道端頭進(jìn)行加固的主要方式有兩種：化學(xué)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(jié)法法等）。由于物理加工方式對土壤性質(zhì)的影響小于化學(xué)加固法，所以根據(jù)土壤以及施工條件優(yōu)先考慮物理方式。

所謂人工凍結(jié)技術(shù)，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(jié)地層土壤顆粒和水，使其變成具有高強(qiáng)度、高抗?jié)B性以及大彈性模量的凍土壁。而水平凍結(jié)法就是采用水平圓筒的加固方式。

二、水平凍結(jié)法以及其優(yōu)勢

人工凍結(jié)法根據(jù)冷卻位置的不同包括垂直凍結(jié)和水平凍結(jié)。水平凍結(jié)，即在盾構(gòu)進(jìn)出洞的工作井內(nèi)，布置在洞口的周圍布置一定數(shù)量的水平凍結(jié)孔，凍結(jié)后，洞內(nèi)就形成了封閉的凍土帷幕。當(dāng)盾構(gòu)破壁時(shí)，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(jù)施工的情況，洞口凍結(jié)孔有圓形也有方形，為了保證凍土帷幕厚度和強(qiáng)度對凍結(jié)孔的排孔方式進(jìn)行選擇，一般包括：單排孔、雙排孔或多排孔凍結(jié)。

凍結(jié)法與其他地層加固方法相比，主要優(yōu)勢：

1、該方法僅受凍結(jié)孔的布置位置以及凍結(jié)時(shí)間的影響，周圍結(jié)構(gòu)對其影響較小，易于在多種環(huán)境結(jié)構(gòu)下使用，且構(gòu)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(zhì)和水文地質(zhì)

本文以某隧道施工為例。在該項(xiàng)目施工中，采用延長管線始發(fā)，2臺小松土壓平衡盾構(gòu)同時(shí)推進(jìn)。

具體參數(shù)如下：盾構(gòu)外徑6.34米，管片外徑6.2米，管片內(nèi)徑5.5米，環(huán)寬1.2米。盾構(gòu)始發(fā)端頭的環(huán)境較為復(fù)雜，下行線始發(fā)約3米處是老式住戶區(qū)，如圖1所示，并且始發(fā)1～2米處有一根Φ900的污水管以及兩根Φ50的水管。

盾構(gòu)始發(fā)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(zhì)自上而下為：雜填土 、浜填土、粉質(zhì)粘土、灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、夾砂質(zhì)粉土、灰色淤泥質(zhì)粘土。其中隧道穿越地層為灰色粘性土、隧道下伏土層粉質(zhì)粘土。

四、水平凍結(jié)在盾構(gòu)始發(fā)的施工方案

1.凍結(jié)孔布置

由于現(xiàn)場的端頭是房屋以及管線，所以本工程采用水平凍結(jié)工藝。

在該項(xiàng)目中，將凍土帷幕設(shè)計(jì)為一個(gè)水平放置的開口方向與掘進(jìn)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(shè)置54個(gè)水平凍結(jié)孔4圈：杯壁凍結(jié)孔深7米，共30個(gè)，圈徑孔距為0.78米；杯底凍結(jié)孔深3米，凍結(jié)孔24個(gè)，共三圈，第一圈15個(gè)，圈徑5.1米，孔距為1.05米，第二圈8個(gè)，圈徑2.7米，孔距1.03米，第三圈在圓心一個(gè)孔。

2.相關(guān)凍結(jié)技術(shù)參數(shù)

螺桿機(jī)組選擇用型號為：YSLGF300（備用一臺），標(biāo)準(zhǔn)制冷量為286kw。凍結(jié)總時(shí)間在35天左右，凍結(jié)帷幕溫度平均-10℃左右。鹽水積極凍結(jié)溫度：-25～30℃，時(shí)間14～20天；鹽水維護(hù)凍結(jié)溫度：-23～28℃，時(shí)間14天。

3.凍結(jié)施工要點(diǎn)

（1）、凍結(jié)孔方向要與盾構(gòu)掘進(jìn)方向一致。

（2）、在施工時(shí)提前預(yù)埋凍結(jié)孔。

（3）、在內(nèi)圈凍結(jié)管連接前提前固定簾布橡膠板上部。

五、盾構(gòu)始發(fā)

盾構(gòu)始發(fā)的工作順序?yàn)椋憾撮T砼鑿除、導(dǎo)軌的安裝、密封裝置的安裝、內(nèi)圈凍結(jié)管的拔除以及盾構(gòu)推進(jìn)。

1.洞門砼鑿除

洞門砼鑿除采用粉碎性鑿除的方法。

2.導(dǎo)軌的安裝

洞門砼鑿除后，在洞門鋼環(huán)上焊接兩只長約70cm，重約43kg的軌道，為盾構(gòu)提供導(dǎo)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(huán)形壓板、墊片最后擰緊螺帽。

4.內(nèi)圈凍結(jié)管的去除

在拔管前要準(zhǔn)備手腳架的搭建、以及各種機(jī)具材料的準(zhǔn)備；使用熱鹽水在凍結(jié)器里循環(huán)解凍凍土每當(dāng)凍土融化達(dá)到30～60mm時(shí)可以開始拔管。按照一定的順序拔管后要立馬回填凍結(jié)洞。拔管時(shí)間要盡量控制在20小時(shí)內(nèi)。

5.盾構(gòu)推進(jìn)

首先要保證前期工作準(zhǔn)備到位，并使物資狀態(tài)保持良好。

掘進(jìn)工序中，凍結(jié)管拔除后要對鋼環(huán)內(nèi)的硬物進(jìn)行清理，并立刻安裝管片，將刀盤抵?jǐn)n掌子面。

注漿與+3環(huán)掘進(jìn)同步進(jìn)行，第3、4環(huán)的注漿量控制在約5m/環(huán)，第5環(huán)開始減少到3m/環(huán)。

6.對凍住刀盤的處理

根據(jù)施工的不完全統(tǒng)計(jì)，盾構(gòu)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(shí)間一般在2-15天。一般可以通過反力裝置的安裝進(jìn)行處理。

六、結(jié)語

水平凍結(jié)法在基地加固施工中的應(yīng)用非常廣泛，是盾構(gòu)機(jī)始發(fā)的保障，但是地質(zhì)不同、周邊環(huán)境不同時(shí)，仍要具體情況具體分析。所以不管是設(shè)備企業(yè)還是施工企業(yè)都要作出更多努力，使水平凍結(jié)技術(shù)在盾構(gòu)始發(fā)中得到更好的應(yīng)用。

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