冻结法在某盾构隧道进洞施工中的应用分析

孟俊

（上海公路桥梁（集团）有限公司，上海市200000）

冻结法在某盾构隧道进洞施工中的应用分析

孟俊

（上海公路桥梁（集团）有限公司，上海市200000）

上海某盾构隧道工程进洞施工地质和周边环境复杂，施工技术风险高，该工程上下行线地基加固采取了不同的水泥系和冻结法相结合的综合加固方式。针对上下行线分别介绍施工过程中主要技术要点，对过程中发现的问题进行了对比分析，进行了经验总结。

盾构进洞；地基加固；冻结法；水泥系；漏水漏沙；盾构冻结

0 引言

在盾构施工过程中，盾构进出洞是一道高风险的施工工序，冻结法以其特有的优势在该类工程中得到了很大的发展。本工程上下行线均属于特殊地段盾构进洞施工，由于条件限制，两条单线采取了不同的水泥系和冻结法结合方式，施工中控制的侧重也有所不同，特别是针对下行线突发情况还采取了特别的处理措施[1-5]。

1 概况

1.1 工程地质及环境情况

本工程进洞端头井紧邻新泾港河，上行线距河流最近处15 m，下行线距防汛墙最近约10 m。洞门中心标高为-13.93 m，河底标高-1.00 m地面标高约+4.71 m。盾构进洞处地层为④2灰色粉质粘土夹砂质粉土、⑤1灰色粉质粘土、⑤2灰色砂质粉土，下卧层为⑥暗绿、草黄色粉质粘土层，本场区第⑤2为微承压水层。

1.2 地基加固情况

（1）水泥系地基加固

上行线采用三轴搅拌桩加固，加固横向宽度13.2 m，纵向长度9.4 m，桩深24.7 m，搅拌桩加固区与地下连续墙间约0.6 m空隙处采用三重管高压旋喷桩的方法完成，深度比搅拌桩加固区深0.5 m；下行线由于洞门与河流距离小，无法进行三轴搅拌桩，全部采用旋喷桩进行加固，加固横向宽度13.2 m，纵向长度5 m，桩深24.7 m。

（2）冻结法地基加固

上行线由于采用三轴搅拌桩强加固长度10 m，冻结法只采取外圈辅助封水，考虑搅拌桩强度冻结壁维护厚度取1.6 m，长度为进入槽壁后地层7.0 m；下行线由于地面环境受限，旋喷桩加固长度只有5 m，考虑④2、⑤2砂性土进洞风险，外圈维护冻结壁厚度取2.0 m，长度进入槽壁后地层11 m；盾构进洞破洞门迎头面冻结壁厚度取进入槽壁后地层1.5 m。

（3）另外为降低风险和排除浅层沙层影响，在冻结法施工前，上下行线各布置了4口降水井（2口为共用）作为应急措施。

2 盾构进洞施工控制措施

2.1 盾构推进情况

上行线盾构进洞施工比较顺利，基本上按照正常的盾构进洞流程完成，而且进洞过程中几乎没有任何的漏水漏沙现场，说明地基加固完全达到了预期的效果，而下行线在推进过程中则出现了异常情况，造成了险情，主要情况如下：

（1）盾构机在最初进入冰冻加固区前两环（816环、817环），盾构推进参数没有明显变化，但是818～821环（切口到达旋喷桩区域之前）推进过程中，前方遇到类似淤泥状土，土压力无法保持，盾构机切口突然下沉，盾构姿态无法保持的现象，通过采取下部加装千斤顶等措施才将盾构高程基本维持在可控状态，盾构得以进入旋喷桩加固区域。

（2）盾构机在推进824～826环过程中，盾构机全部位于冻结帷幕内，盾构推进阻力极大。根据盾构机参数及后续加装千斤顶汇总，总推力从30 000 k N上升至最大约46 700 k N（见图1），出现盾构机推不动的状况，加装千斤顶之后的推进速度也十分缓慢，平均速度约在5 mm/m in。

2.2 突发情况原因分析

（1）地基加固效果分析

根据进洞前对地基的检验和在洞门钻探测孔，证明了本次的地基加固达到了设计效果，进洞实施过程中也对冻结温度进行了实时监测，监测显示在拔出洞门冻结管的过程中温度有规律地变化，整个盾构进洞实时过程中，冻结体情况稳定，排除了地基加固失效的可能。

（2）盾构机姿态突变原因分析

下行线盾构机推进至冰冻加固区第二环，刀盘扭矩急剧降低，由2 000 k N·m急剧下降为1 200～1 400 k N·m，螺闸门发生喷涌，经分析原因在于盾构机前方的砂土受到了扰动，而由于周边水流通道均被冻结土体封闭，造成该区域内水压力短时间来不及消散，形成了液化土。

（3）盾构总推力过大原因分析

a.在盾构机全部位于冰冻加固区域内时，盾构同步注浆乌龟壳恰好穿越旋喷桩加固区，因此盾构推进总推力急剧增大。

b.由于盾构机发生严重的磕头现象，造成盾构机纠偏困难，数据显示的总推力也有部分是无用功。

2.3 主要控制措施

（1）防止漏水漏沙

a.地基加固作为盾构进洞成败的决定性因素，必须要确保施工质量严格受控，进洞前在洞门钻样洞进行观察，确认加固效果满足进洞要求；

b.沿着盾构壳体均匀布置4个预留注浆孔，在加固区内推进时，可在壳体外注入聚氨酯，一方面起止水作用将外部水封堵在盾尾后，防止形成水流通道，另一方面可以减少盾构壳体被冻结的可能性，减小推进难度；

图1 下行线盾构机进洞段总推力变化情况

c.盾尾进入加固区之后，在脱出盾尾的管片进行壁后的双液浆二次注浆，隔断加固区与外界的渗漏通道，减小了盾尾后的承压水沿着盾构进入洞门的风险；

d.在洞门加装两道弹簧钢板，中间放入海绵条，提高洞门密封能力。

（2）防止盾构冻结

a.尽量缩短盾构停止推进的时间，盾构连锁解除，保证在盾构推进和拼装管片时，刀盘保持转动状态；

b.若扭矩启动时过大，可在刀盘前加入少量盐水，将盐水在土仓内搅拌均匀，可以有效缓解刀盘启动时扭矩过大的现象。

（3）盾构推进参数设置

土压力设定分为2个阶段，第一阶段在盾尾进入加固区之前，进行低压推进，土压力设定为0.15 MPa左右，保持这个土压力可以与盾尾后承压水压力保持平衡；第二阶段，盾尾全部进入水泥土加固区，在盾尾后一环管片进行双液浆压注之后，此时切口已经在水泥土加固体内，土压力设定至0.05 MPa，直至推进结束。

（4）严格控制盾构姿态

在盾构机进入加固区前50 m开始进行盾构姿态的调整，根据设计轴线进行拟推进段的轴线预测，在盾构进入加固区之前，坡度一般保持在± 2‰以内，同时将盾构整体高程适当提高2 c m左右，确保盾构机在加固区内的姿态满足设计要求。

（5）突发情况处理措施

a.将螺旋机闸门闭紧，同时注意观察土压力情况，发现压力变小时，盾构闷推，保证土压力，确保盾构不再继续磕头。

b.本盾构机千斤顶为2根1 068 k N的千斤顶组成一组，将盾构下部四组千斤顶更换为3根1 068 k N千斤顶为一组，更换4组千斤顶，增加下部推力400 t。

c.千斤顶改造完成后重新推进前，在刀盘正前方注膨润土浆液（尽可能增加稠度）以增加刀盘正前方的土压力，这样有助于盾构切口抬起。

3 实施效果

（1）上下行盾构进洞整个施工过程中，没有发生大的漏水漏沙现象，地面沉降控制情况较好，特别是防汛墙的沉降也控制在要求范围之内；

（2）下行线由于盾构磕头严重，盾构推进高程超出规范要求，通过在管片上黏贴纠偏楔子和拼装控制等措施，最终确保了成型隧道轴线控制在规范要求范围内，但是由于纠偏过激，也造成了两环管片出现了局部碎裂，对隧道质量造成了一定的影响。

4 结语

（1）总体来讲，本工程进洞施工地基加固处理达到了预期的效果，证明了采取水泥土、冰冻法等综合加固方式的良好适用性。

（2）在上下行线的进洞实施过程中，我们对冻结帷幕的温度进行了实时监测，监测结果显示，内圈冻结管拔除和洞门凿除时，筒体温度有一定波动外，在整个盾构进洞推进施工过程中，筒体帷幕温度保持稳定，止水效果良好，进一步验证了冻结法加固的可靠性。

（3）通过对本文上下行线盾构进洞工况和过程的综合分析，可以发现上行线进洞实施比较顺利，几乎未遇到特殊困难；而在下行线推进过程中遇到了盾构姿态突变，推力过大等异常情况，下行线整个进洞历时较长，虽然冻结效果好，未发生漏水漏沙，但是也造成了盾构推进的困难，过程中形成较大的风险。对此，我提出以下两点体会，供同行参考：

a.上行线搅拌桩施工加固区域能够加长，增加了盾构进洞的土体稳定性和一定的止水效果，冻结法加固长度也适合，因此上行线能够顺利完成进洞。个人建议在类似工况下，有条件要采用类似的综合加固型式。

b.冻结法在盾构进洞施工的作用类似双刃剑，要充分发挥好它的加固止水能力，但是也要避免由于过度冻结给盾构推进施工带来的不利影响，如刀盘冻结和本工程遇到的总推力增大等问题。本工程下行线由于场地条件限制，水泥土加固范围有限，因此设计单位通过加长冰冻法的冻结范围来弥补水泥土加固的不足，而冰冻加固过长是可能导致本次盾构进洞时推进困难的主要原因。本人在此建议，遇到类似工况，冰冻加固长度要适宜，既满足止水，又不至于影响盾构推进。

[1]周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.

[2]周文波.盾构进出洞施工风险及防治[A].地下工程建设与环境和谐发展——第四届中国国际隧道工程研讨会文集[C].上海:同济大学出版社,2009.

[3]上海隧道工程股份有限公司.地下工程施工与风险防范技术[M].上海:同济大学出版社,2007.

[4]王杰.盾构进出洞水泥土加固后水平冻结温度场研究[D].江苏南京:南京林业大学,2012.

[5]胡耀辉.盾构在⑤2微承压水层中进出洞及推进的关键施工技术研究分析[D].上海:同济大学,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，工程师，从事施工管理工作。