天津地铁3号线盾构接收水平冻结关键技术研究

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翻新时间：2015-07-31

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天津地铁3号线盾构接收水平冻结关键技术研究

[摘要] 在不具备地面加固条件下，为确保天津地铁3号线盾构顺利到达天津站，对盾构到达位置地层采用水平冻结加固措施。结合本工程特点，基于盾构到达冻结技术施工要点，详细设计、分析了水平冻结方案和施工工艺，确保了盾构的安全到达，能够为类似工程提供参考。

[关键词] 天津地铁；盾构到达；水平冻结；加固；施工技术

1 接收冻结技术要点

根据以往地铁隧道盾构接收工程施工的经验，并结合本工程的具体特点，提出以下盾构接收技术要点：

（1）为保证盾构接收的安全、可靠，在盾构推进至槽壁之前，开始冻结孔的施工及积极冻结。通过检测确认冻结帷幕达到设计强度、厚度，并与槽壁完全胶结后，再进行槽壁破除；

（2）必要时利用J200型金刚石钻头在到达洞口附近管片注浆孔，进行融沉注浆。在车站楼板下2米位置施工一排冻胀泄压孔兼做融沉注浆孔；

（3）利用管片上预留的注浆孔进行跟踪注浆（到达区域的管片增加注浆孔），以减少融沉；另可利用卸压孔进行融沉注浆；

（4）冻结施工前，采用水平注浆增加土体的自稳能力，同时较少冻胀以及融沉。

2 水平冻结方案设计

2.1 工法及工序设计

2.2 荷载计算

综合考虑工程地面环境、地质状况，对于平均温度为-10℃的冻土，冻土强度指标取抗拉强度1.8MPa，抗剪强度1.6MPa，设计的冻结加固帷幕如下图3所示。

计算区域取隧道洞中线上方至地面、下取40m，从隧道纵向中点往两头方向各取30m，自地下连续墙沿隧道轴线方向取50m，整个计算区域为60×45×50m。坐标原点位于隧道中心，z轴与隧道轴线平行， y轴为竖直方向。根据施工组织设计，本数值计算考虑隧道接收最不利的情况，即地下连续墙开口洞体全部开挖，3.0m厚的板块加固体承受水土压力。如果在这种情况下冻土帷幕满足强度要求，则实际情况下冻土帷幕的强度必然得到保证。

2.3 冻土加固尺寸计算

2）冻结加固体厚度计算假定加固体为整体板块而承受水土压力，运用日本计算理论计算加固体的厚度（），计算结果如下表3所示：

3 水平冻结施工工艺

3.1 冻结施工

1）冻结孔施工根据冻结帷幕设计，冻结孔按近水平角度布置。圆柱体冻结孔沿开洞口φ7.5m圆形布置，开孔间距为0.76m（弧长），冻结孔数31个，冻结孔1#～31#长度为11m（不包括冻圈混凝土厚度）。圆柱体水平冻结孔示意图4。

2）冻结孔施工按设计要求调整好钻机方位角和俯仰角位置，并固定好，在孔口装置上安装旁通阀，固定密封装置，安装示意图如下图5所示。首先采用无泥浆钻进，当钻进不进尺时，调整施工工艺进行泥浆钻进，同时打开孔口装置上旁通阀门，观察出水、出砂情况。钻机选用MD-50型锚杆钻机，钻机扭矩2000N・M，推力17KN。

1）拔管施工工艺第一次破槽壁0.5米结束后，通过探孔分析，冻土帷幕与槽壁胶结良好后，盾构进入圈冻结管约1米停止，即可拔管。拔管工艺要求为：拔盾构到达洞口内的三圈孔，先拔第三圈的同时第二圈、第一圈孔继续冷冻；第三圈孔拔完后开始拔第二圈孔，拔第二圈孔时要间隔拔除，未拔除的相临孔继续冷冻；拔第一圈孔时要间隔拔除，未拔除的相临孔继续冷冻。

3.3 控制冻胀和融沉

2）跟踪注浆控制融沉根据以往经验，融沉注浆总量一般为冻土体积的15%左右，经计算该区域注浆体积约为30m3，跟踪注浆控制融沉的方法为[6]：①盾构到达后利用冻胀泄压孔进行跟踪注浆，控制融沉；②利用管片上注浆孔（到达区域管片上多设置一些注浆孔）进行跟踪注浆，减少融沉。

4 结论

通过天津地铁3号线盾构到达施工结果表明，在不具备地面加固的条件下，采用预期制定的水平冻结方案进行施工，有效确保了盾构的安全到达。