冷冻加固体中的盾构进洞综合技术

　　摘要：本文以某地铁区间盾构接收施工为例，介绍了冷冻法加固洞门土体的情况下盾构机进洞施工工序，主要阐述了盾构进洞过程中的盾构掘进与洞门处理的施工配合以及洞门缩小装置、管片密封装置及洞门封堵注浆等施工方法。

　　关键词：盾构进洞,冷冻法加固,施工配合,洞门缩小装置

　　1 前言

　　盾构进洞作为盾构法隧道施工的最后一道关键工序，能否顺利完成进洞接收直接决定着盾构隧道施工的成败。盾构接收前，需要对盾构接收架进行安装、定位，同时需保证洞门接收区域土体加固效果满足要求，防止盾构进洞过程中发生涌水涌砂、土体涌入盾构井等事故发生。

　　因此，盾构进洞接收施工中必须把握盾构掘进与洞门处理的施工配合，为盾构进洞做好充分准备，将施工风险降至最低。

　　2 盾构进洞工程概况

　　该区间长度859m，共716环。

　　2.1地质情况

　　图2-1 盾构接收洞门位置地质剖面图

　　该区间地层地质条件复杂，盾构接收段穿越的地层主要为⑤1粉质粘土、⑥1粉质粘土、⑥2粉土、⑦2粉土等土层，距隧道下方2.8m左右存在一层厚度约3m的⑦4粉砂层，盾构接收时有涌砂涌水的风险。

　　2.2 盾构接收加固方式

　　根据本工程的地质及场地条件情况，盾构接收地基加固主要采用水平冻结加固的工法施工。

　　1、冻结体加固范围

　　盾构进洞土体采用“杯状”冻结，加固范围为：冻结长度为11m，前3m全断面冻结加固，后8m环形冻结加固。盾构隧道自705环进入冷冻加固区域，711环位置刀盘进入冻结加固体。

　　2、孔位布置

　　冻结孔共分4圈进行布置：

　　第一圈(A圈)：圈径7.5m，长度11m，采用放射性布管;第二圈(B圈)：圈径5.1m，长度3m;第三圈(C圈)：圈径2.7m，长度3m;第四圈(中心D圈)：长度3m。

　　3 盾构进洞施工

　　3.1 施工工艺流程

　　3.2 进入加固区域前施工准备

　　本施工阶段为盾构切口推进696环至704环期间。

　　3.2.1第一次洞门凿除

　　根据本次接收的施工特点，洞门凿除分二次进行(地下连续墙厚度为1m)。在洞门凿除施工过程中，通过洞门混凝土上的开孔，进一步确认冻结情况。在洞门混凝土凿除前，洞门封堵材料需保证就位。

　　第一次洞门凿除700mm，在盾构接收前15天左右开始，推进至加固区前5环左右需完成。

　　3.2.2 接收前盾构施工措施调整

　　(1)调整同步注浆浆液

　　将同步注浆浆液稠度提高至10s，减小浆液凝固时间，增强注浆止水效果。

　　(2)管片背部粘贴海绵条

　　图3-2 管片背部粘贴海绵条

　　在盾构管片外侧每2环粘贴一道海绵条，提高管片外侧防水效果。

　　(3)调整盾构姿态

　　进入加固区前，对盾构机姿态进行严密复核，根据洞门复测的结果，及时对轴线偏差进行调整，使盾构推进轴线尽量接近设计轴线。

　　(4)超挖刀开启试验

　　进入加固区前，对盾构超挖刀进行开启试验，检验超挖刀工作状态，并及时进行维修处理。

　　3.2.3 安装洞门缩小装置

　　待第一层洞门混凝土、钢筋破除后，开始安装洞门缩小装置。

　　用4mm花纹钢板沿着洞圈制作两圈弧形钢板，钢板沿径向宽度为20cm，内径比盾构外径略小，并用三角筋板支撑牢固。花纹钢板之间搭接约50mm，两圈花纹钢板间放置300mm×250mm海绵等充填物，并固定牢靠。三角筋板采用10mm厚钢板，筋板间距35cm。位于基座轨道之间的60°范围内弧形板采用8mm厚钢板，径向宽度为14cm。

　　洞门缩小装置作用是：

　　①缩小盾壳与洞圈间隙，盾构进入洞圈时，弧形板可以少量变形，从而箍紧盾壳，有效防止水土流失;

　　②可以向盾壳与弧形钢板之间的间隙内填塞海绵等;

　　③有一个稳定的后靠是填塞进去的堵塞物不至于在压力下跑出来。弧形板加工时必须根据盾构接收前的轴线偏差值与洞门中心偏差值来计算洞圈内不同角度弧形板的径向宽度，尽量使弧形板内圆心与盾构切口面圆心重合，以便弧形板能均匀箍紧盾壳。

　　3.2.4 安装洞圈注浆管

　　在安装洞门缩小装置的同时，在洞圈内侧焊接5根注浆管，并将其与洞门缩小装置进行密封连接，作为盾构进洞接收后封堵洞门的注浆管路。注浆管采用φ40钢管，具体布置如图。

　　3.3 盾构进加固区域掘进段施工措施

　　本施工阶段为盾构切口推进705环至710环期间。

　　3.3.1 盾构施工措施

　　(1)开启超挖刀

　　盾构刀盘进入加固区域后，掘进过程中开启超挖刀，开启长度为6cm，开启位置设定为注浆壳处，从而减小盾构推力，防止盾构机注浆壳处卡死。

　　(2)加大盾尾油脂注入

　　盾构推进过程中，将盾尾油脂注入量加大至65kg/环，提高盾尾密封效果。

　　(3)调试模式下施工

　　将盾构施工模式切换至调试模式，确保管片拼装过程中盾构刀盘不停止转动，防止盾构刀盘冻死。

　　3.3.2 冻结管拔出和冻结

　　盾构切口距冻结体0.5m时，开始拔出洞口前方影响范围内的水平冻结管，共21根。洞圈内的21根水平冻结管拔出后需要对冻结管进行临时的填充和封堵，防止泥、水从孔内渗漏。具体方法和步骤如下：

　　(1)拔管顺序：拔出盾构接收口内的三圈孔，先拔第三圈的同时第二圈、第一圈孔继续冷冻。第三圈孔拔完后开始拔第二圈孔，拔出第二圈孔时要间隔拔除，未拔除的相临孔继续冷冻。最后拔除第一圈中心孔，未拔除的最外圈冻结孔继续冷冻。

　　(2)水平孔管拔除：用热盐水循环解冻15～25分钟后，利用48#大牙钳转动冻结管，用2吨手拉葫芦拔出冻结管(连同孔口管一起拔除)。手拉葫芦固定在搭设的脚手架上，冻结管范围内的脚手架须特殊加固使其与槽壁紧密连接便于力的传递。

　　上述方法不能拔出冻结管时，利用两个5吨千斤顶架设在槽壁上，水平向外顶推冻结管，两种拔管具体操作见下图。

　　(3)拔管后用粘土或低标号水泥砂浆封孔。

　　(4)冻结管的拔除作业在24h内完成，并及时回冻。

　　由于短期加热强制式化冻的冻土融化范围有限，在拔管后的两天内，会自然回冻，然后冻土在慢慢融化，一般十至十五天，冻土失去承载力。最后又外及内逐渐融化整个冻土层，整个化冻时间大约相当于冻结时间。

　　3.4 盾构冻结体掘进段施工措施

　　本施工阶段为盾构切口推进711环至713环期间。

　　3.4.1 盾构施工措施

　　(1)降低土仓压力

　　将盾构土仓压力逐渐降低至1.0MPa，防止盾构机顶破洞门土体，并能够降低盾构推力和扭矩，减小盾构掘进对洞门加固区域的扰动。

　　(2)调整同步注浆

　　此时，盾尾已进入加固区域，因此将同步注浆量减小至3m3/环，并适当减小注浆压力，防止同步注浆浆液对加固体产生破坏。

　　3.4.2 第二次洞门凿除

　　当盾构切口距地连墙0.5m时，开始对地连墙剩余300mm砼进行凿除，并对成环管片连接件进行复紧，确保管片连接紧密，防止盾构接收过程中隧道的变形。

　　3.5 盾构进洞段施工措施

　　本施工阶段为盾构切口推进714环至拼装完成716环期间。

　　3.5.1 盾构施工措施

　　(1)关闭超挖刀

　　盾构刀盘距地连墙1m时，关闭超挖刀，防止超挖刀接触地连墙钢筋混凝土造成损坏。

　　(2)排净土仓内土体

　　在盾构切口距离洞门1m时，尽可能出空平衡仓内的泥土，使切口正面的平衡压力降到最低值，以确保洞门凿除的施工安全。

　　(3)盾尾压注环箍

　　在刀盘靠上地连墙后，在盾尾第2环开始通过管片的注浆孔压注环箍，浆液为双液浆。环箍注浆每孔注浆量为0.4-0.5m3，可根据注浆压力及时调整注浆量，压注顺序为从下到上。防止浆液在土体中流动路径过长，浆液的初凝时间不能过长。

　　(4)液压油顶准备

　　当盾构机穿越洞门钢环时，由于盾构机存在外置注浆壳，可能发生注浆壳与冻结体、洞门钢环卡住的情况，因此提前准备好液压油顶，当推力过大时启动液压油顶，确保盾构顺利进洞。

　　(5)快速推进、拼装管片

　　洞门混凝土凿除完毕，洞圈内清理干净后，盾构应尽快推进并拼装管片，尽量缩短盾构接收时间。

　　(6)减少同步注浆量

　　由于同步注浆浆液硬化速度慢，为了防止浆液从洞门圈冒出，同步注浆量减少为2m3/环。另外，每推进一环都要压注环箍，压注位置为盾尾2环处。为了充分填补加固区与原状土的分界面位置的空隙，在其分界面环箍压注过程中，可适当增加注浆量，但注浆压力不得过高。

　　3.5.2 安装管片弧形钢板

　　由于接收洞门加固采用冻结法，所以采用一次接收方式，进洞环采用被覆钢板。当洞门处最后一环管片拼装完成后，迅速在洞圈与管片之间焊接一道弧形钢板，将被覆钢管片和洞圈封闭连接，防止水土流失。弧形板采用10mm厚的钢板，宽度为300mm。

　　3.5.3 盾构进洞后注浆封堵洞门

　　盾构机完成最后一环管片拼装后，利用钢环内侧预埋的注浆管对洞圈间隙进行注浆，封堵洞圈与管片间隙。注浆浆液采用水泥水玻璃双液浆，配合比为1:1，注浆压力控制在0.3-0.5MPa。注浆顺序为自下而上，当最上方注浆压力达到0.5 MPa时，即可停止注浆。此时，盾构进洞接收施工全部结束。

　　4 施工控制措施

　　针对冷冻加固区域盾构施工的特殊性，必须严格控制盾构掘进施工，降低接收施工风险，保证盾构进洞施工安全。

　　4.1 盾构参数控制

　　(1)严格控制盾构正面平衡压力

　　接收段盾构施工过程中严格控制切口平衡土压力，尽量减少平衡压力的波动。土压力设定根据实际施工过程中根据地面监测情况及时加以调整，进入加固区后逐步减小土仓压力。

　　(2)严格控制盾构推进速度

　　盾构接收阶段施工时，应尽量做到均衡施工，减少对周围土体的扰动，避免在途中有较长时间耽误，推进速度在1-3cm最为适宜。

　　(2)严格控制盾构推力

　　盾构接收区域施工过程中，必须控制刀盘油压和盾构总推力不得过大，防止洞门混凝土裂缝。

　　(3)严格控制盾构姿态

　　为确保盾构正面沉降控制良好的情况下，使盾构均衡匀速施工，盾构姿态变化不可过大，每2-3环检查管片超前量，推进时不急纠，不猛纠。同时多注意观察管片与盾壳的间隙，采用稳坡法推进，以减少盾构施工对地面的影响。

　　(4)严格控制盾尾油脂压注

　　在同步注浆量充足的前提下，盾构机的盾尾密封功能就显得特别重要，为了顺利安全的接收，必须切实做好盾尾油脂的压注工作。每班上班时确保储桶内有充足的油脂，勤检查。

　　4.2 盾构防冻措施

　　为防止盾构在穿越加固区时被冻住，采用以下措施：

　　(1)在穿越加固区过程中，停机状态下保持刀盘至少15分钟转动一次;

　　(2)安排人员24小时现场值班，确保机械设备正常运转，避免因机械故障原因而停止推进;

　　(3)穿越加固区前对机械设备进行维护、保养，确保机械设备运行正常。

　　5 结束语

　　考虑到盾构进洞接收洞门下方存在砂层，施工中易发生涌水涌砂风险，因此该区间盾构接收加固采用冷冻法。本工程通过对盾构掘进施工与洞门处理施工的进行合理的组织配合，充分利用了盾构进洞施工的时间效应，并采取了洞门缩小装置、管片密封装置及洞圈封堵注浆等具体措施，有效的规避了进洞接收的施工风险，整个接收过程中未发生漏水现象，保证了盾构进洞顺利完成，达到了预期的施工效果。

　　本文所介绍的冷冻法盾构进洞接收施工方法具有很强的实效性，对于其他冷冻法盾构接收施工具有广泛的推广性和借鉴性，能够指导盾构接收过程中盾构掘进与洞门处理的施工配合。

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文章名称： 冷冻加固体中的盾构进洞综合技术

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