盾构隧道冻结法与钢套筒联合接收施工技术

盾构隧道冻结法与钢套筒联合接收施工技术

娄志永

腾达建设集团股份有限公司 浙江省杭州市 310000

摘要：针对S市富水软弱地层特点，设计采用冻结法加固洞门区域土体，并采用钢套筒进行盾构接收，设计提出了相关工艺参数以及施工方法。冻结法与钢套筒法联合接收施工技术的成功应用能有效抑制漏水漏砂、有效控制地层变形，能为S市周边地区或者相似地质特点的盾构隧道施工提高参考。

1人工冻结法简介

冻结技术是利用人工制冷技术,使地层中的水结冰,把天然岩土变成冻土,增加其强度和稳定性,隔绝地下水与地下工程的联系,以便在冻结壁的保护下进行地下工程掘砌施工的特殊施工技术。其实质是利用人工制冷临时改变岩土性质以固结地层。

2冻结法在地铁施工中的应用

2.1地铁区间隧道盾构进出

工作井的土体加固隧道盾构进出工作井时将面临较大的水压和土压变化,可能出现土体坍塌和涌水。若用冻结技术加固,则可靠快捷。

2.2盾构隧道的地下或海底对接土体的加固

城市地铁和越江隧道往往由于条件限制,无法从地面开凿工作井,此时,两对头掘进的盾构隧道,其对接区采用冻结技术加固,不仅可使土体强度提高,还可起到阻水作用。日本大阪东南部的排水隧道,直径6.5m,长8.5km,分5个工区掘进,采用地下或海下对接,由于不开凿地面立井,成功应用冻结技术加固,保证了工程顺利完成,并降低成本13%。

2.3地铁泵房、旁通道和急转弯部位的冻结加固

根据现代城市地铁安全设计的要求,间距1km左右时,需在并排区间隧道间设立泵站,此外,地铁工程还有一些旁通道和急转弯部位。在这些区域采用盾构法施工往往较困难,而且很不经济。日本、美国、英国等国在这些部位常采用冻结法对周围土体加固,然后用矿山法掘进。在上海地铁1号线思南路旁通道施工前虽然采用了旋喷法加固,但是施工时仍然发生了3次涌砂现象,后来采用冻结技术加固,效果很好;宁海西路下行泵站中采用冻结加固,经加固后的土体满足强度和抗渗要求。

3工程案例分析

S市市轨道交通5号线某盾构区间左线隧道全长1677。361m，采用直径为6440mm土压平衡盾构进行施工。盾构隧道沿途下穿河流、立交桥桩基、桥梁等建构筑物、管线及312国道后接至中间风井。中间风井场地区域地层分布如图1所示。

图1中间风井端头区域示意图(单位:m)

4冻结加固与钢套筒联合施工技术

4.1钢套筒设计

钢套筒过渡环的长度设置为800mm，与洞门钢环之间采用烧焊形式连接，以保证其密封性。在过渡环上注浆球阀2寸呈360°等分布置，共12个，油脂管球阀1寸呈360°等分布置，共12个，2寸和1寸球阀之间呈交叉布置，用于检查洞门密封质量。钢套筒后端盖为平面盖，材料是厚度为30mm的Q235A钢板，平面环板加焊4道厚30mm、高500mm的钢板筋板，井字形焊接在后端盖上。筒体中部右上角设置600mm×600mm进料口，在每段钢套筒底部预留3个2寸带球阀注排浆管，共6个等间距布置，一旦盾构机有栽头趋势，即可在下部注双液浆回顶。

4.2盾构施工过程

4.2.1钢套筒施工流程及关键环节

施工过程中，筒体间密封采用两种方式:1)连接法兰间采用8mm厚环形橡胶密封垫，在螺栓紧固力的作用下夹紧橡胶板起到第一层密封的作用;2)筒体连接处内壁上采用涂抹20mm厚快速水泥层来起到内侧密封的作用。密封后要注意检查各部连接处，尤其是对于钢套筒的上下半圆和节与节部分之间联结的检查，还要检查过渡连接板与洞门环板之间的焊接。钢套筒安装完成后要进行压力密封性检查。在筒体下方设置200mm的检查孔。从加水孔向钢套筒内加水，至加满水后，检查压力，并对各个连接部分进行检查，观察洞门连接板、钢套筒环向与纵向连接位置、钢套筒与反力架的连接处有无漏水现象。

4.2.2盾构接收段的推进施工

1)土仓压力保持0。24MPa以上推进，以阻挡地层水压力，防止土仓涌入地层水，螺旋机喷涌。

2)推进速度控制在3cm/min，不宜过大，否则扭矩增大，影响加固体整体性。

3)管片拼装过程中，刀盘开启0。3rpm旋转，防止冻结。掘进完成第1403环后，从管片1400环往小里程方向，连续5环，进行整环环箍施工，封堵后方来水。第二阶段掘进(盾尾位于第1404环～1408环)，盾构位于冷冻加固区，待洞门破除完毕，钢套筒填充完毕，再启动盾构机。

4.3接收施工段地表沉降规律

隧道轴线上方地表沉降发展规律如图2所示。阶段I中(盾尾位于1402环)，地表最大沉降发生在盾尾正上方，沉降量约为12mm;盾尾前方地表沉降随着距洞门距离的减小而减小，距离洞门4m区域地表出现隆起，最大隆起约为2mm，这主要是冷冻加固时土体冻胀引起的;阶段II中，盾构完成1407环施工，盾尾处地表沉降约为12mm;阶段III完成1413环施工，距离洞门4m范围之外未加固区域地表沉降大于10mm，距离洞门4m范围内地表沉降呈现显著减小。监测结果表明冻结加固能有效控制地层沉降，另外施工中及时采用双液浆二次补浆对控制洞门区域水土流失也起到了较好的作用。由于土体冻胀，加固范围地表出现隆起，最大隆起量为2mm。随着盾尾逐渐接近洞门加固范围，地表变形由隆起逐渐变化为沉降，当盾尾完全进入加固区域后，地表沉降发展逐渐趋于稳定。距离洞门4m处地表最大沉降约为8mm，距离洞门2m处最大沉降约为4mm。并且套筒和洞门连接处无漏水漏砂，表明联合工法对富水地层变形控制较好。

图2地表沉降

5结论

本文以S市轨道交通5号线某区间中间风井盾构接收工程为背景，设计采用冻结法与钢套筒法联合接收施工技术，以降低盾构接收施工洞门渗漏等风险，提高安全性。盾构接收施工全程都应注意钢套筒的保压性及止水性是否满足施工要求，应密切关注其密封性能，监测压力大小保证密封性，时刻观察是否有漏水漏砂。接收施工段监测的地表沉降数据表明冷冻加固以及钢套筒内接收对地层变形有较好的控制效果。

参考文献:

［1］陆鹏程．钢套筒结构安全性分析及其在盾构接收中的工程应用［J］．中国市政工程，2017(6):69-73．

［2］伍伟林，朱宏海，邹育，等．盾构钢套筒始发和接收关键技术研究［J］．隧道建设，2017，37(7):872-877．