隧道内排管冻结法于盾构二次接收中的应用

摘要：本文以天津地铁3号线某区间工程盾构于重要保护性建筑下方接收为例，介绍了富水粉砂地层端头土层水平加固以及盾构首次接收失败后的一种处理措施—隧道内排管冻结，并系统阐述了二次接收过程。为类似工程提供了借鉴。

关键词：土层水平加固；盾构接收；冻结法；排管冻结；中铁一号

AbstractThis article makes an example that shield arrival under a key building in an engineering of Tianjin Metro Line 3，introduced end soil horizontal reinforcement used in water rich sand stratum and a treatment measures used for first failed shield arrival—Pipes Freezing Method in tunnel.And then Systematically expounded the secondary receiving process. Provide a reference for similar projects.

Keywordssoil horizontal reinforcement；shield arrival；Freezing method；Pipes Freezing Method；CREC001

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

我国城市地铁的建设发展迅猛，而起步较晚，随着地铁建设盾构法的广泛应用，盾构机下穿并于高风险建（构）筑物下方或临近高风险建（构）筑物进行接收的现象日趋频繁。在地面不具备加固条件的情况下，往往只有通过洞内水平方向进行端头地层加固。天津地铁为典型的软土地层，并且区间内保护性建筑物众多，地面不具备加固条件时采用洞内水平加固措施存在较高施工风险，往往需进行盾构二次接收。

一、工程概况

1、设计概况

天津地铁3号线某区间左线全长478.015m，共398环管片（管片环宽1.2m），区间隧道接收段平面为R=800m圆曲线，隧道纵坡为2‰下坡，覆土厚度21.6m。采用“中铁一号”φ6390复合式土压平衡盾构机施工。接收段位于重要保护建筑物下方，接收段平面布置如图1所示。

图1盾构接收段平面布置图

2、地质情况

接收段地层自上而下分别为①1杂填土、②1粉质粘土、②5淤泥质粉质粘土、④2粉土、⑤1粉质粘土、⑥1粉质粘土、⑥2粉土、⑥4粉砂、⑦1粉质粘土、⑦4粉砂、⑦9粉砂。地层含水量丰富，土体自稳性差。接收段隧道轮廓地质情况如图2所示。

图2接收段隧道轮廓地质剖面图

3、地面环境

盾构接收端头位于城市道路下方，地面有一6层混凝土框架结构建筑，筏板基础，半地下室，地下室地坪距离地面2米，为天津市重点保护风貌建筑，现为办公使用，建于1934年，附楼为地面1层砖混结构，现为商铺。

二、端头加固

1、加固方法

接收端头受地面条件限制，采用洞内水平注浆和水平冻结相结合的加固方案。

2、水平注浆加固

加固长度按照盾构机长度加2.4m计算，水平注浆加固长度为11.5m，注浆加固范围为盾构隧道范围及周边3m。注浆孔共布置A、B、C、D四圈，底部设置2排斜向补强孔，共计83孔。

3、水平冻结加固

冻结孔按水平角度布置，按直径8m、5.4m、2.8m共布置3圈，中心孔1个，共计54孔，冻结管长度内圈为3m，外圈为11m（地连墙外侧）。

4、明洞制作

为保证盾构接收地面建筑物的安全，采用明洞法进行盾构接收。明洞依托接收车站侧墙及结构中板施工，尺寸（净空）为：长10.4m，宽9.75～10.46m，高9.15m，侧墙厚600mm。

三、首次盾构接收失败概述

由于工期原因限制，接收明洞作为应急回填措施，在洞门探孔无地下水流后决定采用盾构常规接收方式。盾尾进入冻结杯口后向管片壁后大量压注水泥水玻璃注双液浆，填充冻结壁与管片之间的缝隙，以形成止水环箍，封闭盾尾后方地下水。注浆完成后检查注浆效果，发现有地下水流入刀盘，第一次注浆没有封住盾尾后方地下水。继续注双液浆及聚氨酯，注浆点位集中于冻结杯口位置，并于中盾预留注浆孔注入盾尾油脂封堵，仍无法封住地下水，地面及大楼发送沉降，最终盾构首次接收失败

冻结管拔管3天后，洞门位置冻土表面有解冻现象，为保证冻结土体的稳定及地面建筑物安全，采用泵送混凝土封闭洞门并于接收明洞内回填M2.5水泥砂浆，继续外圈冻结管积极冻结，7日后从中盾预留注浆孔检查冻结体质量，70厘米长的钢钎用手轻松推入，说明盾壳外的冻结壁已经融化。冻结法地层加固失败，需重新考虑加固措施处理地层，以完成盾构接收。

四、地层二次加固

1、盾壳保温

隧道内于盾尾壳体铺设1层50mm厚保温板，并于盾尾内放置2T工业冰块进行降温，保温板铺设后盾尾测温有一定降低，但7日后基本达到稳定，此时温度最高为上部（4号点）3.1℃，最低为下部（1号点）-5.8℃，以后测温基本无变化。盾尾测点温度点布置及温度变化曲线如图3所示。

图3盾壳测温点布置及温度变化曲线图

2、隧道内冻结排管保温

增加盾尾壳体保温后冻土温度有所下降，但是不能满足盾构接收要求，通过对地下水Cl-检测后证明冻结失败与Cl-含量无关。采用冻结法在盾尾增加冻结排管，加强保温效果，冻结排管布置如图4所示。累计冻结23天后所有测点温度为负值，达到冻结效果。

图4冻结排管布置示意图

3、排管冻结加固效果评估

（1）盾尾冻土温度监测

排管冻结第9天后于盾构尾刷位置吊装孔内布设测温点，测温点深入管片壁后10cm。使用电子测温仪进行测温，23天后所有温度达到负值，温度最高为1、11点，均为-1.4℃，温度最低点为7点，为-15.2℃。测温点布置及测温点温度变化如图5所示。

图5盾尾土体测温点布置及温度变化图

（2）洞门冻土温度监测

排管冻结8日后于洞门范围施作测温孔4个（5、7、10、2），深度2.5m，每孔布设2个测温点，深度分别为2.0m、1.0m。排管冻结11日后再次施作2个（1、11），23天后经测温各测点温度全部达到负值，洞门冻土温度最高点为10点，2m位置为-1.9℃，1m位置为-0.3℃，温度最低点为7点，2m位置为-13.9℃，1m位置为-6.7℃。洞门测温布置及温度变化如图6所示。

图6洞门测温点布置及温度变化曲线图

（3）探孔检查

于洞门范围施作探水孔13个（外圈6个用以测温，掌子面范围7个），外圈孔深2.5m，掌子面孔深度1.3m（至刀盘位置），探孔施工完毕后安装球阀，未发生渗漏水情况。探孔布置如图7所示。

图7探孔布置示意图

（4）中盾位置冻结效果检查

排管冻结11天后打开中盾位置左右侧两个球阀（9点、3点位置），已无流水、流泥现象，于球阀内布设测温孔监测冻土温度，测温点砸入土体10cm，测取温度均为负值，左侧温度为-0.3℃，右侧为-0.9℃。

4、大楼基础注浆加固

分别于接收车站负一层及负二层对应的粉质粘土层布置2排水平注浆孔对大楼基础进行注浆控制沉降，水平注浆孔最近距离大楼基础底板3m，注浆孔间距1.2m，深入大楼基础21m。采用后退式进行注浆，注浆材料以1：1水泥水玻璃双液浆为主，通过共计48孔的注浆后大楼沉降趋于稳定。

通过对冻结排管冻结效果的评估，所有温度监测数据均为负值，探水后未发生渗漏现象，且大楼沉降已稳定，排管冻结已达到止水效果，具备盾构二次接收条件。

五、盾构二次接收施工步骤

1、洞门破除

破除方法：通过于明洞内施工竖井的方式进行洞门破除，洞门破除分两次进行，首次破除50cm，第二次破除剩余50cm至内层钢筋。

2、洞门钢筋割除

洞门混凝土破除完成后，立即组织人员割除洞门钢筋。按照边破边割的方法从下往上割除地下连续墙外层钢筋及接缝钢板，钢筋割除时间控制在12h之内。

3、刀盘清理

由于冻结时间过长，盾构处于停机状态，刀盘存在被冻住可能，在洞门钢筋割除完毕后，立即组织人员清理刀盘内渣土及周边冻土。

4、转动刀盘

刀盘清理完毕后转动盾构刀盘。

5、盾构试推进

刀盘转动后盾构向前推进，推进完成200～400mm，盾构脱困后暂停推进，进行冻结排管拆除。由于盾构长时间停机及大量的二次注浆造成盾构机握裹，无法推进，加外助力千斤顶后仍无法推动。将盾尾铰接油缸拆除后先使盾构中前体脱困，向前推进20mm，再使用30mm厚度钢板进行盾尾连接，使整机脱困。

6、冻结排管拆除

整套冻结系统的拆除于20h内完成，包括拆除、水平运输及垂直运输。

7、明洞回填

试推进后向明洞竖井内回填惰性浆液，回填过程中保持刀盘转动。

8、密闭门封闭

惰性浆液回填完毕后关闭明洞盖板上的预留密闭门，确保密封性能良好，防止地下水再次流失。

9、盾构推进

1～8项工作完成后盾构正式向前推进。盾构掘进时适当提高刀盘转速，掘进速度控制在每分钟5mm以内，以速度控制推力，往刀盘内添加泡沫剂，减少刀具磨损。

10、接收明洞破除

每环管片安装完成后，打通管片吊装孔，往管片背后注入水泥水玻璃双液浆，注入量为3.5方，是理论用量的1.5倍。398环和399环在地连墙和洞门钢环内，双液浆注入量5.0方，是理论用量的2倍。通过对洞口连续10环管片的大量注浆，确认不漏水后开始破除明洞混凝土，清理明洞内剩余砂浆，完成盾构接收。

11、外圈冻结管拔除

明洞破除过程中维持外圈冻结管冻结，待明洞破除完成，洞门封闭后方进行外圈冻结管拔除。

结束语

本文所论述的盾构接收失败原因诸多，本身冻结法及水平加固措施存在较高不确定风险，意识到施工风险后将明洞回填作为应急辅助措施而采取常规接收方式是盾构首次接收失败的主要原因，虽然通过一些列的工程措施完成了盾构接收并确保了地面建筑安全，但工程施工施工中应警钟长鸣，做到系统把握、细节控制，严防类似风险的再次出现。

参考文献

【1】郑世兴.盾构机水平冻结法进洞技术，建筑施工，2009.11月第31卷第11期

【2】谭伟姿.盾构施工二次进洞施工工艺初探，天津建设科技 2010.NO.2

【3】张凤祥，傅德明，杨国祥，等.《盾构隧道施工手册》［ M ］.北京：人民交通出版社，2005

【4】刘典基，陈馈，盾构始发中水平冻结法的应用，建筑机械化2008(08)

【5】孙振川.城市地铁盾构法隧道软土地段端头地层加固技术，西部探矿工程，总第89期，2003年地10期。

杨金庞，（1984-），男，云南腾冲人，2008年毕业于四川大学土木工程专业，本科，助理工程师，主要从事城市地铁盾构施工技术工作。