凍結法在某盾構隧道進洞施工中的應用分析

孟俊

（上海公路橋梁（集團）有限公司，上海市200000）

凍結法在某盾構隧道進洞施工中的應用分析

孟俊

（上海公路橋梁（集團）有限公司，上海市200000）

上海某盾構隧道工程進洞施工地質和周邊環境復雜，施工技術風險高，該工程上下行線地基加固采取了不同的水泥系和凍結法相結合的綜合加固方式。針對上下行線分別介紹施工過程中主要技術要點，對過程中發現的問題進行了對比分析，進行了經驗總結。

盾構進洞；地基加固；凍結法；水泥系；漏水漏沙；盾構凍結

0 引言

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

1 概況

1.1 工程地質及環境情況

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。盾構進洞處地層為④2灰色粉質粘土夾砂質粉土、⑤1灰色粉質粘土、⑤2灰色砂質粉土，下臥層為⑥暗綠、草黃色粉質粘土層，本場區第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，加固橫向寬度13.2 m，縱向長度9.4 m，樁深24.7 m，攪拌樁加固區與地下連續墻間約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，加固橫向寬度13.2 m，縱向長度5 m，樁深24.7 m。

（2）凍結法地基加固

上行線由于采用三軸攪拌樁強加固長度10 m，凍結法只采取外圈輔助封水，考慮攪拌樁強度凍結壁維護厚度取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，外圈維護凍結壁厚度取2.0 m，長度進入槽壁后地層11 m；盾構進洞破洞門迎頭面凍結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）作為應急措施。

2 盾構進洞施工控制措施

2.1 盾構推進情況

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

（1）盾構機在最初進入冰凍加固區前兩環（816環、817環），盾構推進參數沒有明顯變化，但是818～821環（切口到達旋噴樁區域之前）推進過程中，前方遇到類似淤泥狀土，土壓力無法保持，盾構機切口突然下沉，盾構姿態無法保持的現象，通過采取下部加裝千斤頂等措施才將盾構高程基本維持在可控狀態，盾構得以進入旋噴樁加固區域。

（2）盾構機在推進824～826環過程中，盾構機全部位于凍結帷幕內，盾構推進阻力極大。根據盾構機參數及后續加裝千斤頂匯總，總推力從30 000 k N上升至最大約46 700 k N（見圖1），出現盾構機推不動的狀況，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 突發情況原因分析

（1）地基加固效果分析

根據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計效果，進洞實施過程中也對凍結溫度進行了實時監測，監測顯示在拔出洞門凍結管的過程中溫度有規律地變化，整個盾構進洞實時過程中，凍結體情況穩定，排除了地基加固失效的可能。

（2）盾構機姿態突變原因分析

下行線盾構機推進至冰凍加固區第二環，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，螺閘門發生噴涌，經分析原因在于盾構機前方的砂土受到了擾動，而由于周邊水流通道均被凍結土體封閉，造成該區域內水壓力短時間來不及消散，形成了液化土。

（3）盾構總推力過大原因分析

a.在盾構機全部位于冰凍加固區域內時，盾構同步注漿烏龜殼恰好穿越旋噴樁加固區，因此盾構推進總推力急劇增大。

b.由于盾構機發生嚴重的磕頭現象，造成盾構機糾偏困難，數據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.地基加固作為盾構進洞成敗的決定性因素，必須要確保施工質量嚴格受控，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.沿著盾構殼體均勻布置4個預留注漿孔，在加固區內推進時，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殼體被凍結的可能性，減小推進難度；

圖1 下行線盾構機進洞段總推力變化情況

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

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）防止盾構凍結

a.盡量縮短盾構停止推進的時間，盾構連鎖解除，保證在盾構推進和拼裝管片時，刀盤保持轉動狀態；

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

（3）盾構推進參數設置

土壓力設定分為2個階段，第一階段在盾尾進入加固區之前，進行低壓推進，土壓力設定為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，在盾尾后一環管片進行雙液漿壓注之后，此時切口已經在水泥土加固體內，土壓力設定至0.05 MPa，直至推進結束。

（4）嚴格控制盾構姿態

在盾構機進入加固區前50 m開始進行盾構姿態的調整，根據設計軸線進行擬推進段的軸線預測，在盾構進入加固區之前，坡度一般保持在± 2‰以內，同時將盾構整體高程適當提高2 c m左右，確保盾構機在加固區內的姿態滿足設計要求。

（5）突發情況處理措施

a.將螺旋機閘門閉緊，同時注意觀察土壓力情況，發現壓力變小時，盾構悶推，保證土壓力，確保盾構不再繼續磕頭。

b.本盾構機千斤頂為2根1 068 k N的千斤頂組成一組，將盾構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，這樣有助于盾構切口抬起。

3 實施效果

（1）上下行盾構進洞整個施工過程中，沒有發生大的漏水漏沙現象，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；

（2）下行線由于盾構磕頭嚴重，盾構推進高程超出規范要求，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范要求范圍內，但是由于糾偏過激，也造成了兩環管片出現了局部碎裂，對隧道質量造成了一定的影響。

4 結語

（1）總體來講，本工程進洞施工地基加固處理達到了預期的效果，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，我們對凍結帷幕的溫度進行了實時監測，監測結果顯示，內圈凍結管拔除和洞門鑿除時，筒體溫度有一定波動外，在整個盾構進洞推進施工過程中，筒體帷幕溫度保持穩定，止水效果良好，進一步驗證了凍結法加固的可靠性。

（3）通過對本文上下行線盾構進洞工況和過程的綜合分析，可以發現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姿態突變，推力過大等異常情況，下行線整個進洞歷時較長，雖然凍結效果好，未發生漏水漏沙，但是也造成了盾構推進的困難，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域能夠加長，增加了盾構進洞的土體穩定性和一定的止水效果，凍結法加固長度也適合，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.凍結法在盾構進洞施工的作用類似雙刃劍，要充分發揮好它的加固止水能力，但是也要避免由于過度凍結給盾構推進施工帶來的不利影響，如刀盤凍結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，因此設計單位通過加長冰凍法的凍結范圍來彌補水泥土加固的不足，而冰凍加固過長是可能導致本次盾構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，又不至于影響盾構推進。

[1]周文波.盾構法隧道施工技術及應用[M].北京:中國建筑工業出版社,2004.

[2]周文波.盾構進出洞施工風險及防治[A].地下工程建設與環境和諧發展——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[M].上海:同濟大學出版社,2007.

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

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

U455

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1009-7716（2017）06-0202-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.060

2017-03-20

孟俊（1984-），男，山西介休人，工程師，從事施工管理工作。