1、地铁隧道盾构接收,端头井冻结加固封水及盾构水中进洞施工工艺流程,1,1 概述2 钻孔及冻结加固施工方法3 盾构进洞破除槽壁及液氮环形管的安装4 端头井泥、水回填5 冻结管拔除6 盾构进洞推进施工7 洞圈封堵、井内清理或环形管液氮冻结8 监测9 地层融沉注浆,目 录,2,1.1 地铁隧道盾构接收：冻结加固及水中进洞施工工艺流程1.2 地质概况,1 概述,3,1 概述,1.1地铁隧道盾构接收工艺流程： 该方法主要适用于具有承压水的含水地层中盾构进洞接收（盾构进洞时，承压水沿着盾构机外壳与槽壁之间的空隙进入接收井）。盾构进洞流程：地基加固洞圈放样基座(发射架)安装水平探孔进洞条件验收洞门混凝土凿除环
2、形冻结管安装环形冻结管保护及后续混凝土凿除井内水土回填冻结管拔除及冻结孔回填盾构进洞隧道内进洞段注浆充填井内清理开挖弧形钢板焊接洞圈密封。 冻结加固及水中进洞施工工艺流程（见下页流程图）,4,施工前的准备工作,钻孔施工,积极冻结完成,冻结系统安装,洞门槽壁凿除,洞圈开槽安装环形液氮冻结管,盾构机推进进站施工,停冻拔除全部冻结管,洞圈管片后注浆封水或环形管液氮冻结,端头井内泥水清理，盾构机接收完成,开 机 冻 结,工 程 监 测,拔除盾构机顶进范围内的冻结管及双液浆封孔,端头井泥、水回填,盾构机基座（底座）安装,洞圈止水装置安装,融沉注浆,施工工艺流程图,盾构机推进到达冻结位置,5,1 概述,1
3、.2地质概况 新浦路站到达端盾构中心埋深12.45米，洞门处主要地层为-2b4淤泥质粉质粘土粉质粘土、-2c-d2-3粉砂粉土，隧道底部距-3d2粉细砂承压水层底部为2.33.8米，承压水层厚度为1.43.3米。 （详见下页柱状图图）,6,7,2 钻孔及冻结加固施工方法,进行人工地层冻结，根据冻结管的布置形式，有垂直冻结、水平冻结，全深冻结、局部冻结之分。针对工程特点和现场条件的要求，将分别选择采用不同的施工方法。 （1）地面环境满足冻结施工条件时，采用地面垂直钻孔进行冻结叫垂直冻结加固；对钻孔全深进行冻结叫全深冻结，对钻孔部分孔段进行冻结叫局部冻结。 （2）地面环境（有管线、道路、建构筑物等
4、地面没有施工场地）不具备冻结施工条件时，采用工作井（端头井）内水平钻孔进行冻结叫水平冻结加固。 （3）盾构进出洞冻结加固采取的方法多为垂直局部冻结、垂直局部冻结+水平冻结和水平冻结三种。该处采用垂直冻结。,8,2.1为保障盾构顺利进出洞，施工方案考虑要点,1 、保障冻结壁的厚度及封水性能必须满足盾构到达时土体的安全质量要求。 2、在破开预留钢筋混凝土洞门时，防止涌砂涌水发生，保证盾构能够安全、顺利到达。 3、 在保障安全的前提下，尽量减少冻结壁体积，以减轻冻胀融沉对周围地面环境的影响，对可能受影响的构筑物采取有效的保护措 施。 4、 施工方案应符合现场实际条件，具有良好的施工可行性和可操作性，
5、满足安全施工、文明施工、环境保护及节能要求。 5、 施工方案应在满足工程要求工期的条件下具备优化能力。 6、 施工方案应科学合理，施工计划安排合理完整，劳动力安排、施工机具设备配备充足合理。,9,按照冻土帷幕平均温度-10，冻土强度指标取单轴抗压强度3.6MPa，抗弯强度2.0MPa，抗剪强度1.6MPa。进出洞口冻土帷幕厚度的确定一般为1.83m不等，保证洞门槽壁凿除后，冻结壁能够安全承担水土压力而不被破坏（一般运用日本计算理论计算加固体的厚度和我国建筑结构静力理论公式计算加固体的厚度并进行安全系数验算）。该工程洞门已进行了搅拌桩加固，垂直冻结只考虑冻结封水，不承担侧向水土压力。,2.2冻结
6、帷幕厚度确定,10,2.3 冻结孔及测温孔布置,冻结孔的布置采用垂直局部冻结方案，冻结孔平面布置如下图，板块部分冻结孔布置2排，孔距0.8m，冻结孔总数31个，梅花布置。第一排孔数16个，距槽壁0.4m。第二排孔数15个，第一排孔与第二排排距0.7 m。冻结孔深度17.8米，冻结深度为11.7米，冻结宽度为12.8米。 垂直冻结孔冻结管选用1274.5mm20#低碳钢无缝管； 测温孔布置共布置测温孔3个，深度和冻结孔相同，采用503mm无缝钢管。详见下图。,11,垂直冻结孔平面布置图,12,盾构进洞垂直冻结孔剖面布置图,13,2.4 冻结制冷设计计算,冻结孔终孔间距Lmax1000mm，冻结帷
7、幕交圈时间为25天，可进行洞门破壁施工。积极冻结期盐水温度为-25-30。维护冻结期温度为-25-30。冻结需冷量计算：Q=1.3dHK =4.2万kcal/h 。选用W-YSLGF300型螺杆机组一台套，设计工况制冷量为8.75104 Kcal/h，电机功率110KW。另备用一台。单台机组总用电负荷约250kw/h。,14,2.5 冻结加固主要技术要求,(1) 冻结孔开孔位置误差不大于50mm，在施工受限时可适当调整孔位或调整钻孔角度，但要保证不超过最大孔间距，内排孔冻结段距地连墙不超过400mm。(2) 冻结孔终孔最大允许间距为1000mm。(3) 冻结孔钻进深度不小于设计值，不大于设计0
8、.5m。不能循环盐水的管头长度不得大于150mm。(4) 冻结管耐压不低于1.0MPa，并且不低于冻结工作面盐水压力的1.5倍。冻结管接头抗拉强度不低于母管的80%。(5) 施工冻结孔时的土体流失量不得大于冻结孔体积，否则应及时进行注浆控制地层沉降。(6) 施工成孔后，必须进行打压试验，并满足设计打压要求。(7) 设计积极冻结时间为25天。要求冻结孔单孔流量35m3/h；积极冻结7天盐水温度降至-20以下；冻结15天盐水温度降至-24以下；开挖时盐水温度降至-28-30，去、回路盐水温差不大于2。如盐水温度和盐水流量达不到设计要求，应延长积极冻结时间。(8) 开挖区冻结孔布置圈冻结壁与地连墙交
9、界处温度不高于5，其他部位冻结壁平均温度为10及以下。(9) 积极冻结时，在冻结区附近200m范围内不得采取降水措施。在冻结区内土层中不得有集中水流。(10) 在洞门凿除及盾构到达前冰冻土体应有良好的自立性，并确保在凿除洞门过程中正面冰冻土体不产生渗水现象。(11) 洞门分层凿除时间过长时要在凿除面上敷设保温层，保温层采用阻燃(或难燃)的软质塑料泡沫软板，厚度40mm，导热系数不大于0.04W/Mk。,15,2.6冻结孔施工,垂直冻结孔施工，选用XY-2型钻机2台进行施工，冻结管连接采用管箍焊接方式。钻孔使用灯光测斜，冻结孔终孔偏斜控制在1%。,16,单个洞门冻结施工主要技术参数,17,2.7
10、 冷冻站安装,冻结站设置在冻结站设置在地面上，占地面积约70平方米。站内设备主要包括冷冻机、盐水箱、盐水泵、清水泵、冷却塔及配电控制柜等。设备安装按设备使用说明书的要求进行，冻结设备采用双套，其中一套备用（见下图）。,18,冻结站安装示意图,19,2.8 积极冻结与维护冻结,冷冻站设备安装完毕，进行调试和试运转后，进入积极冻结期。根据实测温度数据判断冻土帷幕交圈并达到设计厚度，然后再进行探孔检测，确认冻土帷幕与槽壁完全交结后方可进行最后一层砼的完全破壁。积极冻结期是冷冻机开始开机冻结到冻结土体厚度和强度达到设计值所用的时间。温度变化是：高降低平衡。维护冻结期是冻结土体达到设计要求后开始破槽壁到
11、盾构机进出洞完成冷冻机停机所用的时间。温度变化是：低略升高平衡。,20,3 盾构进洞破除槽壁及液氮环形管的安装,3.1破除洞门槽壁应具备下列条件冻结壁达到设计的厚度、强度及封水效果。盾构机推进到达距离冻结壁约1米左右停推。盾构机接收基座（底座）安装完毕。全部破除洞门槽壁（一般分两次破除）。,21,3 盾构进洞破除槽壁及液氮环形管的安装,3.2 安装液氮环形管（一般两环） 凿除连续墙70cm后，在地连墙中间开凿20cm宽*10cm深的环形槽，两环液氮管路埋设其中，管路材质采用323mm不锈钢管，环形管在地面预制，中心圈径6.80m。井内垂直冻结管应采用1根605mm无缝钢管作为固定管, 隔4-5
12、m焊接一道22mm螺纹钢，螺纹钢长度50cm，固定进、出液管。60mm无缝钢管间隔4-5m用钢筋焊接与连续墙固定，引出到地面。液氮管路用12#铁丝及扎丝同螺纹钢进行捆绑连接固定。槽壁内的液氮冻结管安装完毕后，使用双快水泥进行表面保护处理。安装后及时进行试验，保证冻结管在后序施工中不受破坏，确保填土后能正常使用。 安装工作由专业冻结队实施，冻结管的开槽工作由洞门凿除队伍进行，在凿除70cm地下连续墙的过程中进行。冻结管的相对位置详见：液氮冻结管安装位置示意图，采用“两进两出，一主一备”的原则。,22,3.3 液氮冻结监测 为准确掌握冻结温度场变化情况，在安装液氮冻结管时设置测温点（不少于6个），
13、测温点沿液氮冻结管环形面位置上均布，其测温数据将作为水中进洞是否满足井内抽水的依据。同时测温计和测温线做好固定防护，避免在填土和清土的过程中损坏。(1) 垂直冻结25天时，可凿除连续墙70cm安装好环形液氮冻结管，液氮供用槽车设置在地面，利用324不锈钢管将液氮接至冻结工作面，进行冻结。,23,液氮冻结管安装示意图,24,25,4 端头井泥、水回填,（1）井内盾构基座及液氮环形管安装完成、槽壁凿除结束。（2）洞圈止水装置（止水钢板两道内加止水海绵）安装完成。（3）待上述工作完成后后，进行井内回填。为确保井内清理时隧道注浆效果，在盾构进洞前需在井内回填一定高度的泥土。井内泥土回填高度为洞圈往上3
14、4m，考虑盾构进洞时穿越搅拌桩加固体。故待井内全部回填后，冻结停止施工，拔除进洞圈范围内的冻结管，并及时对拔出后的冻结孔用双液浆回填密实。为避免井外地下水通过洞圈渗入井内，回填后在井内回灌水，保持回填土含水量。 端头井内下部回填泥土时，要边回填边夯实，泥土回填高度达到要求后，端头井上部用清水回灌到地表水承压水位高度（根据地质勘查报告，确定承压水位）。,26,回填土示意图,5 冻结管拔除,5.1 盾构进洞垂直冻结管拔除 盾构机在隧道内推进，头部距冻土墙约0.5米时，开始拔除盾构机进洞洞圈内的全部冻结管，冻结管采取一次全拔出，冻结孔内的冻结管拔出后及时用双液水泥浆进行充填封孔，防止上部未冻地层进入
15、井内。其它冻结管停止冻结。 在隧道范围内所有垂直冻结管全部拔出后，盾构机方可开始推进，防止盾构机推进时损坏冻结管。,27,5.2 拔管方法,利用人工局部解冻的方案，进行拔管，具体方法如下：利用热盐水在冻结器里循环，使冻结管周围的冻土融化达到50mm100mm时，开始拔管。(1) 盐水加热 用一只2m3左右的盐水箱储存盐水，用1545kw的电热丝进行加热盐水。(2) 盐水循环 利用流量为10m3/h盐水泵循环盐水，先用3040的盐水循环5分钟左右，然后盐水温度逐步升高到5070的盐水循环达30分钟左右，当回路盐水温度上升到2530时，即可进行边循环边试拔。 (4) 冻结管起拔 用两个10吨的千斤
16、顶进行试拔，拔起0.5m左右时，便可停止循环热盐水，用压风将管内盐水排出。然后用吊车快速拔出冻结管。拔管注意冻结管与挂钩要成一线，冻结管不能蹩劲，拔管时要常转动冻结管，冻结管不能硬拔，如拔不动时，要继续循环热盐水解冻，直至拔起冻结管到设计长度。见如下拔管示意图。,28,热盐水循环拔管示意图,29,垂直孔管吊拔系统示意图,30,6 盾构进洞推进施工,6.1盾构进洞推进施工 在隧道范围内所有垂直冻结管全部拔出后，盾构机方可开始推进。根据该端头井加固特点（槽壁外搅拌桩已加固6米），当盾构机推进到盾尾第一环管片完全进入搅拌桩加固体内时停止推进，开始施工第一道止水环箍（止水环箍为双液水泥浆），继续推进，
17、当盾构机推进到盾尾约0.51米左右在洞圈止水装置内时，进行第二道止水环箍施工，同时对该6米搅拌桩加固体范围内管片后进行二次双液注浆封水，盾构机推进进入隧道约两环管片，停止推进，对槽壁及管片间的空隙先注单液浆，再利用双液注浆充填封堵止水。进洞推进时同步注浆可采用双液浆、也可采用原同步注浆浆液，但应加入一定量的水泥，提高浆液强度。,31,6.2 盾构进洞掘进施工技术要求,待井内水土回填、冻结管拔除封堵结束后，可开始盾构进洞工作。（1）盾构进洞时，先核准里程，及时调整盾构姿态，安排好管片排列。在地连墙前（进洞）、含地连墙内安排35环增设注浆孔的管片，利于洞圈注浆效果，减小洞门封堵风险。（2）待增设注
18、浆孔管片进入地连墙，并脱出盾尾后，及时通过注浆孔压注单液浆和双液浆（单液浆和双液浆跳孔压注）。（3）盾构机进井后，地连墙外管片注浆孔也应全孔压注单液浆。（4）脱出内衬墙管片采用特制的背覆钢板环管片。（5）背覆钢板环管片脱出盾尾后，暂停掘进。先进行进洞段注浆加固，密实充填建筑空隙（特别是结构区域内）。（6）待注浆浆液达到一定强度后，开始进行井内水土清理。清理到洞圈顶部时，边清理边用弧形钢板将洞圈和背覆钢板环管片满焊连接，确保洞圈密封可靠安全。（7）盾构进洞过程中，应用槽钢对进洞环往前15环进行拉接。槽钢拉条应在上、下、左、右设置4条。避免和减小因盾构正面掘进压力释放后，成型隧道管片间间隙（主要是
19、环缝）变化，影响隧道防水性、井接头施工和成型隧道的稳定性,32,7 洞圈封堵、井内清理或环形管液氮冻结,7.1井内清理及洞圈封堵（1）洞圈封堵前期以注浆为主，待注浆达到一定强度后再进行回填土的开挖。待开挖至隧道顶部后，边开挖边用弧形钢板与背覆钢板环管片焊接进行洞圈的封堵。（2）回填土开挖前要进行抽水试验，确定洞口槽壁与管片之间的空隙封堵完成，无水渗漏到井内时，方可抽水进行回填土开挖。否则继续进行封堵注浆（也可采用聚氨酯注浆封水）或进行环形管液氮冻结（一般不采用）,33,洞口渗漏封堵示意图,34,7.2 环形管液氮冻结,当注浆封水达不到预期效果时进行液氮冻结封水(1) 制冷设计环形液氮冻结管采用
20、323mm不锈钢管。液氮冻结的关键环节为温度控制，根据以往液氮冻结的经验，液氮储罐出口的温度控制在-150-170，压力控制在0.10MPa0.15MPa为宜，冻结管出口温度控制在-50-70，压力控制在0.05MPa0.1MPa为宜，压力调节可使用液氮储罐上的散热板，温度调节使用每组回路中截止阀。(2) 冻结时间根据以往工程的施工经验，液氮冻结在水中的发展速度为5cm/d。根据环形管的布设情况，环形管同管片距离为23cm，冻结帷幕发展半径为30cm，可有效封闭洞门口与盾构机的间隙。按冻土的发展速度为5cm/天，距此推算冻结时间为6天，再通过测温孔的测温判断，方可进行后继施工。(3) 液氮需用
21、量积极冻结时每环每小时需液氮约1000Kg，则积极冻结6天液氮量为：1000246=144000Kg。维护冻结进洞时暂按3天计算，每环每小时需液氮约800 Kg，则维护冻结3天液氮量为：800243=57600Kg。液氮总共消耗量：144000+57600=201600Kg。,35,8、监测,根据施工的要求，结合工程特点和周围环境情况，地面环境监测实施以下内容。冻结监测建筑物的沉降监测管线的沉降、位移监测土体的沉降监测盾构进洞监测,36,9 地层融沉注浆,注浆施工，由于该处已进行搅拌桩加固，融沉注浆可利用隧道内管片上预留的注浆孔进行。 注浆材料：注浆材料采用水泥单液浆或水泥水玻璃双液浆。水泥水玻璃双液浆比为：水泥浆与水玻璃溶液体积比为1：1。水泥浆水灰比为1：0.8。 注浆压力为0.40.5MPA。注浆施工过程的监测：控制地面沉降变形是注浆的目的。因此，解冻过程中，要加强地面变形监测、冻土温度监测、冻结壁后水土压力监测。以上综合监测数据是注浆参数调整的依据。,37,谢 谢！,38,
