1、淺談水平凍結(jié)法地基加固施工技術(shù)在盾構(gòu)進洞中的應用 關(guān)鍵詞：隧道，水平凍結(jié)，地基加固，盾構(gòu)進洞上海市軌道交通10號線10.8標是上海市軌道交通10號線一期工程的重要組成局部。該工程由高安路車站、華山路車站、11號線淮海路車站、凱旋路車站、宋園路車站、高安路站華山路站區(qū)間、華山路站凱旋路站區(qū)間、凱旋路站宋園路站區(qū)間、宋園路站古北路站區(qū)間等五站四區(qū)間組成。4段區(qū)間隧道總長為6987.452m。其中高安路站華山路站區(qū)間隧道長955.926m，由2臺Φ6340土壓平衡式盾構(gòu)先后分別從高安路車站西端頭井出洞，沿淮海中路向東推進，途經(jīng)吳興路、宛平路、余慶路，至華山路站東端頭井進洞，華山路進洞

2、上行線地基加固采用攪拌樁和高壓旋噴樁加固，下行線地基加固采用水平凍結(jié)加固，該區(qū)間于2021年3月開工，至2021年1月13日隧道實現(xiàn)貫穿。一、周邊環(huán)境狀況華山路車站位于上海市中心鬧市區(qū)的華山路和淮海西路交叉口處，該車站東端頭井下行線一側(cè)地下連續(xù)墻外2m處有一備用電纜線，中心線附近處有一根的Φ700上水管悶頭。此外，在距離地下連續(xù)墻4m外有很多管線，依次為Φ300上水管、Φ300煤氣、Φ500煤氣。二、地基加固方式的選擇華山路東端頭井上、下行線進洞地基加固原設(shè)計為Φ850攪拌樁和Φ650高壓旋噴樁加固

3、，加固范圍為縱向由端頭井外井壁向外3.5m，橫向以隧道向左、右兩側(cè)各延伸3m，深度為隧道向上、下各延伸3m。其中深層攪拌樁加固范圍為3m，旋噴樁加固范圍為車站地連墻和攪拌樁之間的50cm夾層。由于下行線洞門距離Φ300上水管、電車架空線桿、消防栓、圍墻距離較近，如需實施攪拌樁和高壓旋噴樁加固，須對加固區(qū)內(nèi)的管線、構(gòu)筑物和加固施工要求范圍內(nèi)的管線和障礙物進行搬遷。鑒于華山路站東端頭井是在淮海路地面道路半側(cè)封閉、地下管線和地面架空線改道的根底上建成的，已對周邊道路機動車通行造成相當大的壓力，如按原設(shè)計方案實施攪拌樁和高壓旋噴樁加固，勢必要求對端頭井外Φ300上水管、

4、電車架空線桿、消防龍頭、圍墻等進行二次搬遷、對淮海路再封閉一根車道，這將直接導致10.8標總工期延后5個月，并會影響10號線一期工程全線的總工期，也將使10.8標交通組織費用大大增加，同時也將造成周邊道路車輛通行癱瘓，嚴重影響周邊人民群眾的日常出行和生活。經(jīng)建設(shè)方、施工方、監(jiān)理方、設(shè)計方和徐匯區(qū)有關(guān)部門、街道、交警、管線、公交等單位的多方研究和分析，一致認為華山路站東端頭井下行線地基加固不宜采用原設(shè)計方案，建議采用井下水平凍結(jié)法地基加固施工方案。經(jīng)原設(shè)計院變更設(shè)計后，華山路東端頭井下行線進洞地基加固修改為工作井內(nèi)鉆孔水平凍結(jié)加固。三、水平凍結(jié)法地基加固施工地質(zhì)土層是影響地基加固和盾構(gòu)進洞的主要

5、因素之一。根據(jù)地質(zhì)資料，本工程華山路站東端頭井加固區(qū)主要涉及的土層為：1雜填土層、褐黃灰黃色粉質(zhì)粘土、灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、灰色淤泥質(zhì)粘土層、1-1灰色粘土層。從地質(zhì)條件看，對實施水平凍結(jié)地基加固較為有利。工作井內(nèi)鉆孔水平凍結(jié)加固施工主要由：水平凍結(jié)孔的鉆孔、凍結(jié)管的安裝；凍結(jié)站的安裝、調(diào)試；實施凍結(jié)等三個步驟組成。2.1水平凍結(jié)孔的鉆孔、凍結(jié)管的安裝1凍結(jié)孔、測溫孔、泄壓孔的布置根據(jù)凍結(jié)帷幕設(shè)計，凍結(jié)孔按近水平角度布置。圓柱體加固區(qū)凍結(jié)孔沿槽壁開洞口φ7.5m圓形布置，開孔間距為0.76m弧長，凍結(jié)孔數(shù)31個，凍結(jié)孔1#31#長度為6m。板塊加固區(qū)凍結(jié)孔沿槽壁開洞口&p

6、hi;5.1m、φ2.7m圓形布置，開孔間距為1.14m1.21m弧長，凍結(jié)孔數(shù)21個，凍結(jié)孔長度為3.2m；開洞口中心布設(shè)1個凍結(jié)孔，凍結(jié)孔長度為3.2m。測溫孔共布置11個其中4個布置在盾構(gòu)半徑上R=3.17m，深度為3米，主要是測量凍結(jié)帷幕范圍不同部位的溫度開展狀況，以便綜合采用相應控制措施，確保施工的平安。泄壓孔為9個，深度為6米，主要用于凍結(jié)期間釋放土體凍脹壓力。2凍結(jié)孔施工凍結(jié)孔鉆孔施工工序為：定位開孔及孔口管安裝→孔口密封裝置安裝→鉆孔→測量→打壓試驗。凍結(jié)孔定位、鉆孔質(zhì)量是凍結(jié)法施工的首要環(huán)

7、節(jié)。在鉆孔前應嚴格按設(shè)計要求在工作井槽壁上正確定位和開孔。開孔后，應及時安裝孔口管、旁通閥、孔口密封裝置，確保安裝牢固、無滲漏水現(xiàn)象。鉆孔時應嚴格按照設(shè)計要求調(diào)整好鉆機方位角和俯仰角，并固定好。首先采用無泥漿鉆進，當鉆進不進尺時，調(diào)整施工工藝進行泥漿鉆進，同時翻開孔口裝置上旁通閥門，觀察出水、出砂情況。鉆孔期間，應用經(jīng)緯儀結(jié)合燈光對每個成孔進行測斜，偏斜率控制在1%以內(nèi)，不宜內(nèi)偏，最大終孔間距不大于150mm。施工完畢后，對成孔管內(nèi)注水進行凍結(jié)管密封試驗，試驗壓力控制在0.8MPa，30分鐘內(nèi)壓力無變化為合格。2.2凍結(jié)站的安裝、調(diào)試為確保凍結(jié)加固的效果，選取的冷凍設(shè)備和備用冷凍設(shè)備的冷卻水量

8、、制冷劑、冷媒等必須滿足凍結(jié)加固的要求。考慮到凍結(jié)法施工是必須連續(xù)凍結(jié)的過程，如設(shè)備、管路等原因造成長時間停運，將引起土層的融沉，引起周邊地下管線、建筑物和構(gòu)筑物的變形。因此，冷凍設(shè)備和設(shè)施的安裝、調(diào)試、施工臨時用電必須確保冷凍期間設(shè)備能持續(xù)正常的運轉(zhuǎn)。冷凍管安裝時必須按設(shè)計要求進行布設(shè)和連接，管路的連接接頭必須做到密封、牢固，并通過試壓試驗。冷凍管進出回路上應有測溫裝置。冷卻水存儲容器完好、不滲漏，應有水位顯示裝置和保溫設(shè)施。冷凍設(shè)備質(zhì)量應合格，設(shè)備安裝后應能有效運轉(zhuǎn)，并應到達設(shè)備出廠標定的冷卻水量。冷卻循環(huán)回路均應設(shè)置保溫隔熱措施。在冷凍設(shè)備安裝、調(diào)試合格后，施工單位可對土體進行凍結(jié)加固。

9、凍結(jié)期間，應注意觀察冷卻池水位，以確定凍結(jié)管、連接管、冷卻系統(tǒng)是否有滲漏。檢查、記錄凍結(jié)器去回路鹽水溫度、冷凍機吸排氣溫度、冷卻循環(huán)水進出水溫度、鹽水泵工作壓力、制冷系統(tǒng)冷凝壓力、制冷系統(tǒng)汽化壓力和凍結(jié)帷幕溫度場的監(jiān)測等，確定冷凍設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況和凍結(jié)壁厚度的開展情況。檢查每個泄壓孔的壓力，定時釋放凍脹壓力。凍結(jié)期間還應加強對凍結(jié)區(qū)域地面建構(gòu)筑物、地面道路、地下管線和深沉土體變形的跟蹤監(jiān)測，必要時采取相應的保護措施。華山路站東端頭井下行線水平凍結(jié)地基加固于2021年11月12日開始，使用一臺冷凍機凍結(jié)加固，至11月19日第7天鹽水進、回路溫度分別為28.5和26.5，以后始終穩(wěn)定在28以下，鹽水

10、進路和回路溫差小于2。至2021年12月25日盾構(gòu)進洞止，連續(xù)實施凍結(jié)34天。凍結(jié)期間，冷凍設(shè)備運轉(zhuǎn)正常，冷卻水無滲漏現(xiàn)象。經(jīng)實地查看，洞門外表已結(jié)霜。據(jù)沉降監(jiān)測報告顯示，地面沉降及各管線沉降位移變化值較小。洞門砼鑿除前，在洞門上不同部位所開的9個探孔，均無滲漏水和泥沙流出等現(xiàn)象。由于采用了水平凍結(jié)法地基加固，也給盾構(gòu)進洞施工增加了一定的風險性。主要風險如下：1.盾構(gòu)進洞區(qū)域凍結(jié)管過早拔除，凍結(jié)土體自然解凍，凍結(jié)效果降低，會造成土體融沉、洞門滲漏水，給周邊環(huán)境和盾構(gòu)進洞帶來不利影響。2.凍結(jié)管拔管時造成斷管，且不能及時取出斷管，影響盾構(gòu)進洞。3.盾構(gòu)進洞段推進時，刀盤被凍住，導致盾構(gòu)無法進洞。

11、4.盾構(gòu)進洞后，加固區(qū)域后期融沉，導致周邊地下管線、道路、建筑物變形。5.其它突發(fā)事件的發(fā)生。1盾構(gòu)進洞期間對凍結(jié)區(qū)的溫度控制在通過測溫孔測定、計算確定凍結(jié)已到達設(shè)計要求后，方可進行盾構(gòu)進洞施工。為了保證盾構(gòu)能夠順利推進，盾構(gòu)外周的實際凍土溫度控制在0-5之間為宜，以能保證水呈固態(tài)，且盾構(gòu)總推力不至于過大。2洞門開設(shè)探孔，探查凍結(jié)效果在確認凍結(jié)帷幕到達設(shè)計厚度及強度厚后，可在洞門上開設(shè)假設(shè)干探孔，以判斷凍土與槽壁的膠結(jié)情況。探孔的布置應在兩測溫孔之間，探孔進入凍土內(nèi)深度控制在1015cm。測溫時應采用高精度的溫度計或測溫儀進行量測，各探孔實測溫度必須低于5。同時，可通過探孔探查凍結(jié)土體的凍結(jié)效

12、果和是否有滲漏水和泥沙流出現(xiàn)象。3凍結(jié)管拔管和洞門的鑿除盾構(gòu)刀盤進入外圈圓柱體凍結(jié)加固區(qū)后，在刀盤距離內(nèi)圈板塊凍結(jié)加固區(qū)1m時，通過探孔探查分析，確認凍土帷幕與槽壁膠結(jié)良好后，即可對內(nèi)圈板塊凍結(jié)加固區(qū)實施拔管。拔管時應從板塊凍結(jié)加固區(qū)的外圈向內(nèi)圈逐圈拔除凍結(jié)管，拔除外圈凍結(jié)管時，內(nèi)圈凍結(jié)管應維持凍結(jié)。拔管前，應先對待拔凍結(jié)孔實施局部解凍后再進行拔除。拔除每圈凍結(jié)管時，要間隔拔除，未拔除的相鄰凍結(jié)孔應維持凍結(jié)。直到全部拔除板塊上的所有凍結(jié)管。凍結(jié)管拔除時應防止損壞外圈圓柱體凍結(jié)加固區(qū)的凍結(jié)管和其它施凍的凍結(jié)管，并做好維持凍結(jié)工作。如遇凍結(jié)管拔斷，應及時套管鉆孔取出凍結(jié)管。整個拔管工作應及時完成，

13、不應拖延。拔管結(jié)束后，應及時對洞門進行鑿除，以防凍結(jié)帷幕融化，影響其強度。4盾構(gòu)穿越凍結(jié)區(qū)域的控制措施為了預防盾構(gòu)機穿越凍結(jié)區(qū)域推進時刀盤被"凍住"的現(xiàn)象，首先應將盾構(gòu)刀盤系統(tǒng)與其他系統(tǒng)解鎖，確保在凍結(jié)區(qū)域推進期間刀盤始終保持旋轉(zhuǎn)，而不被凍住。其次，嚴格控制推進速度、控制刀盤切割土體的進刀量，以防刀盤切入凍結(jié)土體過深而被卡住，從而導致刀盤被凍住。其三，推進期間對正面凍土注鹽水，有利于刀盤切割土體。其四，現(xiàn)場應配備處置盾構(gòu)被"凍住"的應急設(shè)施，如對盾構(gòu)機正面土體噴蒸汽和加注熱鹽水等相應解凍設(shè)備和物資等。5盾構(gòu)進洞后的融沉注漿盾構(gòu)進洞后，應根據(jù)環(huán)境監(jiān)測情況利

14、用工作井壁上的凍脹泄壓孔和隧道內(nèi)進洞段管片上的注漿孔進洞區(qū)域管片上可多設(shè)置一些注漿孔及時進行跟蹤注漿，控制融沉；根據(jù)以往經(jīng)驗，融沉注漿總量一般為凍土體積的15%左右。其次，實施局部強制解凍，利用洞口周邊井壁上的凍結(jié)管和冷凍循環(huán)的鹽水來作為傳遞熱量的媒體,對凍土進行加熱，使凍土在短時間內(nèi)融化。解凍原那么是先上部后下部。相鄰的兩個凍結(jié)孔不能同時解凍，可采取跳躍式解凍法。在解凍的同時應加強對地面建構(gòu)筑物、地面道路、地下管線和深沉土體變形的實時監(jiān)測和隧道進洞段的后前沉降監(jiān)測，及時對凍土進行補充注漿，以控制上部管線、建筑物等的沉降和隧道自身的沉降。6落實應急預案的各項準備在盾構(gòu)進洞期間，成立應急預案領(lǐng)導小組，對搶險工作進行總體協(xié)調(diào)指揮，以做到萬無一失。盾構(gòu)進洞現(xiàn)場應備有足夠搶險物資，即各種規(guī)格的砂袋、棉被、速凝水泥、注漿泵、堵漏劑、泡沫條、海綿等物資，對滲水點及時封堵。加強對洞門鑿除后的保溫措施，