盾構(gòu)始發(fā)端土體冷凍施工技術(shù)

1、盾構(gòu)始發(fā)端土體冷凍施工技術(shù)摘要：盾構(gòu)始發(fā)是盾構(gòu)施工過程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)，盾構(gòu)始發(fā)的端土體的穩(wěn)定性是不容忽視的問題。盾構(gòu)始發(fā)段為基巖孔隙裂隙水賦存于第三系膠結(jié)不良的砂巖、砂礫巖中，因粘土巖阻隔作用表現(xiàn)為多層含水層，該含水層水量較豐富，其補(bǔ)給、排泄均為地下徑流。始發(fā)期間經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，始發(fā)段水頭維持在23m左右，盾構(gòu)始發(fā)過程中，可能會(huì)出現(xiàn)涌水、涌砂的危險(xiǎn)情況。為了進(jìn)一步減少洞門破除過程的高風(fēng)險(xiǎn)，采用局部?jī)鼋Y(jié)工藝，預(yù)計(jì)形成2.0m厚的凍土墻，可以有效封水及對(duì)原有加固土體進(jìn)一步的補(bǔ)強(qiáng)作用。關(guān)鍵詞：盾構(gòu)；加固區(qū)；端土體；冷凍引言： 盾構(gòu)法施工工序分為：盾構(gòu)始發(fā)，盾構(gòu)掘進(jìn)，盾構(gòu)到達(dá)三方面，其中盾構(gòu)始發(fā)和到達(dá)是這個(gè)施

2、工工法中尤為重要的兩個(gè)環(huán)節(jié)。盾構(gòu)機(jī)的正常始發(fā)就是能否進(jìn)行后續(xù)工作的關(guān)鍵。*工程采用復(fù)合式泥水盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行河底部的穿越工作，下面針對(duì)*工程的特例對(duì)盾構(gòu)始發(fā)，采用局部?jī)鼋Y(jié)法，有效保障盾構(gòu)始發(fā)的情況，淺談一下盾構(gòu)始發(fā)過程中端土體冷凍法施工。1、 工程概述1.1*工程簡(jiǎn)介*工程主體工程由南北岸渠道，退水洞、進(jìn)口建筑物、過河隧洞、出口建筑物及防護(hù)堤等部分組成。過河隧洞采用泥水盾構(gòu)法進(jìn)行施工?？傞L(zhǎng)4250m，包括過河隧洞和*隧洞段兩部分組成，雙洞并行布置，隧洞軸線間距為28m。1.2地質(zhì)情況河床及漫灘地下水為孔隙水和基巖孔隙裂隙水?；鶐r孔隙裂隙水賦存于第三系膠結(jié)不良的砂巖、砂礫巖中，因粘土巖阻隔作用表現(xiàn)為多

3、層含水層，該含水層水量較豐富，其補(bǔ)給、排泄均為地下徑流?，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量降水井的正常水位為90m高程，盾構(gòu)機(jī)的中心高程為67m，洞門中心的就是有23m的水頭,相當(dāng)是2.3bar多的壓力。1.3盾構(gòu)端土體的加固及破除情況盾構(gòu)始發(fā)的前方的加固情況如下：素混凝土墻80cm、高噴加固區(qū)11m及高噴加固區(qū)外3m處設(shè)置灰漿墻作擋水帷幕, 自凝灰漿墻為圓環(huán)呈跑道形布置，墻厚80cm（見圖1-1）。盾構(gòu)機(jī)始發(fā)要經(jīng)過，豎井洞門處預(yù)埋鋼環(huán)， 80cm豎井內(nèi)襯（在前期施工中已經(jīng)破除），150cm地連墻，隨后進(jìn)入加固區(qū)。為確保此次盾構(gòu)始發(fā)的安全，在進(jìn)行始發(fā)前對(duì)掌子面進(jìn)行鉆機(jī)取芯工作。通過取芯的結(jié)果，可以判斷高噴加固效果不

4、是很理想，取芯也說明了一個(gè)問題，在40米的埋深下，地質(zhì)情況多為粉細(xì)砂，而且含水量比較豐富，在這樣高的水頭下，盾構(gòu)始發(fā)過程中（在未進(jìn)行加固和處理的情況下），可能會(huì)出現(xiàn)涌水、涌砂的危險(xiǎn)情況。為了進(jìn)一步減少洞門破除過程的高風(fēng)險(xiǎn)，所以對(duì)洞門始發(fā)前80cm素混凝土墻與豎井洞門混凝土之間進(jìn)行冷凍法施工，預(yù)計(jì)形成2.0m厚的凍土墻，進(jìn)行封水及對(duì)原有加固土體進(jìn)一步的補(bǔ)強(qiáng)作用，同樣在盾構(gòu)始發(fā)過程中降低風(fēng)險(xiǎn)，增加始發(fā)的安全性。圖1-1： 端土體加固區(qū)及豎井結(jié)構(gòu)示意圖2、凍結(jié)孔施工2.1垂直凍結(jié)孔布置凍結(jié)孔布置設(shè)計(jì)：根據(jù)凍結(jié)壁設(shè)計(jì)原則和凍結(jié)壁厚度要求，結(jié)合上述幾方面因素，設(shè)2排垂直凍結(jié)孔，排距為 1m，總數(shù)41個(gè)。

5、其中內(nèi)排孔布置圈半徑11.7m、20個(gè)孔、開孔間距0.8m，距素砼擋墻0.4m；外排孔布置圈半徑12.7m、19個(gè)孔、兩端頭增加 2個(gè)孔,開孔間距0.86m，。內(nèi)、外兩排孔插花均布（梅花型布置）（見圖2-1） 圖2-1：凍結(jié)孔及測(cè)溫孔平面布置見2.2管材選擇及設(shè)備選型凍結(jié)管、測(cè)溫管和供液管規(guī)格：凍結(jié)管選用159×6mm 20#低碳鋼無縫鋼管，采用外管箍焊接連接；供液管采用60mm×5mm塑料軟管；測(cè)溫管采用89×4mm無縫鋼管。打鉆設(shè)備選型：打鉆選用XY-200型鉆機(jī)2臺(tái)，ZZ-300型鉆機(jī)1臺(tái)，選用BW-250/50型泥漿泵3臺(tái)，電機(jī)功率15KW。2.3凍結(jié)孔斜

6、度控制凍結(jié)孔偏值控制要求：凍結(jié)段內(nèi)，內(nèi)排凍結(jié)孔外偏值不大于300mm、相臨孔間距不大于1150mm；外排孔內(nèi)偏值不大于300mm、相臨孔間距不大于1200mm。凍結(jié)孔偏斜應(yīng)同時(shí)滿足上述兩方面要求。在鉆孔初期，采用的是燈光測(cè)斜，在紙上面來把相應(yīng)點(diǎn)位偏離中心線的距離測(cè)出來，再利用相似三角形的原理，把紙上面的距離轉(zhuǎn)換到實(shí)際的距離。控制孔斜的方法是在鉆機(jī)調(diào)平的前提下，用加重管進(jìn)行垂直的控制；后期施工采用比較先進(jìn)的陀螺儀測(cè)斜，可以有效的控制凍結(jié)孔的斜度。 實(shí)際鉆孔過程中凍結(jié)孔偏斜率10。2.4 冷凍孔施工過程中所出現(xiàn)情況及處理 在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題，就是XY-200型鉆機(jī)，雖然成孔率是比較高，不過在掃孔

7、過程中出現(xiàn)了埋鉆現(xiàn)象，這對(duì)于打冷凍孔十分不利。然而在下放凍結(jié)管的過程還會(huì)出現(xiàn)塌孔和下放困難的情況。在鉆孔初期，成功下放冷凍管的凍結(jié)孔都是ZZ-300型鉆機(jī)所打的凍結(jié)孔。分析出現(xiàn)這種情況的原因是，河床及漫灘地下結(jié)構(gòu)多為砂層和小型鉆機(jī)的扭矩比較小，進(jìn)漿管比較小，壁膨潤(rùn)土的流量比較小，在進(jìn)行泥漿循環(huán)的過程中，從泥漿中帶出的砂比較少。雖說成孔了，但成孔的質(zhì)量不高；還有一種可能是出現(xiàn)鉆孔傾斜的情況。為了解決這些問題帶來冷凍孔進(jìn)度緩慢的情況，采取了以下措施。在原有取芯機(jī)的基礎(chǔ)上，加大了取芯機(jī)的開孔直徑，由原來215mm調(diào)整為現(xiàn)在245mm。又調(diào)來一臺(tái)功率比較大的鉆機(jī)，同時(shí)把部分鉆機(jī)的鉆頭調(diào)整為215mm，

8、在此基礎(chǔ)上把冷凍管的直徑由原來的159mm調(diào)整為現(xiàn)在133mm。ZZ-300鉆機(jī)可以加大旋轉(zhuǎn)的扭矩，泥漿的進(jìn)漿量也增大了，這樣可以對(duì)鉆孔進(jìn)行有效的護(hù)壁，還可以把凍結(jié)孔中泥沙循環(huán)到地表，在地表到泥漿池途中增加了振動(dòng)篩，有效過濾泥漿從鉆孔中循環(huán)出來的泥沙，這樣可以更好的防止塌孔現(xiàn)象，采用先進(jìn)陀螺儀測(cè)斜，則可以更準(zhǔn)確的控制鉆孔的情況，若出現(xiàn)冷凍孔傾斜的現(xiàn)象及時(shí)糾正。3、凍結(jié)方案 冷凍系統(tǒng)是由鹽水系統(tǒng)、氟系統(tǒng)，清水系統(tǒng)三個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成。其原理是利用是冷卻水循環(huán)系統(tǒng)對(duì)氟系統(tǒng)進(jìn)行降溫，然而氟系統(tǒng)對(duì)鹽水進(jìn)行降溫，冷鹽水對(duì)土體進(jìn)行凍結(jié)。主要技術(shù)參數(shù)如下：鹽水溫度：-28-30；蒸發(fā)溫度：-33-35；凍結(jié)區(qū)原始地

9、層溫度：+22。冷卻水溫度：23；冷凝溫度：35。凍結(jié)孔總長(zhǎng)度：1968m ,其中凍結(jié)長(zhǎng)度：738m。測(cè)溫孔總長(zhǎng)度：96m。凍結(jié)需冷量：冷量損失系數(shù)：1.2；總需冷量： Q=k··d·H·n·q式中：k -凍結(jié)站冷量損失系數(shù)，取1.2d-凍結(jié)管外直徑，米H-凍結(jié)深度，米 n-凍結(jié)孔數(shù)量，個(gè)q-凍結(jié)管散熱系數(shù)或單位熱度量，取300千卡/米2·時(shí)非凍結(jié)段冷損按50%計(jì)則：Q=1.2×3.14×0.159×39×(18+30×0.5)×300 =23.2(萬大卡/小時(shí))冷凍機(jī)油選用

10、N46冷凍機(jī)油；制冷劑選用氟立昂R-22；冷媒劑選用氯化鈣溶液。鹽水系統(tǒng)氟系統(tǒng)清水系統(tǒng)鹽水泵鹽水箱閘閥3臺(tái)壓縮機(jī)冷卻塔清水泵去路回路圖3-1：冷凍機(jī)聯(lián)接示意圖4、局部?jī)鼋Y(jié)工藝采用局部?jī)鼋Y(jié)工藝可以有效防止凍脹和融沉現(xiàn)象對(duì)工程的不利影響、減少制冷量和有效地保護(hù)環(huán)境，從冷凍工期上可以減少冷凍時(shí)間，可以有效地減少直線工期。局部?jī)鼋Y(jié)管結(jié)構(gòu)情況（見圖4-1）。凍結(jié)體分為凍結(jié)區(qū)和非凍結(jié)，中間用隔板分隔開，管中采用套管進(jìn)行局部冷凍，凍結(jié)板塊有效厚度2.0m（加上素砼擋墻厚0.8m，則擋墻總厚度為2.8m），（弧）長(zhǎng)15.6m，高18m。凍結(jié)孔深度：48m。其中凍結(jié)段長(zhǎng)度為18m（標(biāo)高：75.5m57.5m）。

11、經(jīng)過兩個(gè)月的局部冷凍施工，掌子面處于干燥狀態(tài)，表面無明顯滲水現(xiàn)象，洞門內(nèi)溫度接近零度左右，基本上已經(jīng)達(dá)到破除洞門工作的要求。圖4-1 局部?jī)鼋Y(jié)孔結(jié)構(gòu)示意圖5、凍結(jié)管起拔方案在盾構(gòu)始發(fā)之前、洞門破壁后，所有位于盾構(gòu)推進(jìn)輪廓內(nèi)的凍結(jié)管需拔除，24個(gè)小時(shí)可全部完成。利用人工局部解凍的方案，進(jìn)行拔管，具體方法如下：利用熱鹽水在凍結(jié)器里循環(huán)，使凍結(jié)管周圍的凍土融化達(dá)到50mm80mm時(shí)，開始拔管。鹽水加熱：用一只1m3左右的鹽水箱儲(chǔ)存鹽水，用18組5kw的電熱絲進(jìn)行加熱鹽水。鹽水循環(huán)：利用流量為50m3/h以上鹽水泵循環(huán)鹽水，先用4050的鹽水循環(huán)10分鐘左右，即可進(jìn)行邊循環(huán)邊試拔。用兩個(gè)10噸的千斤頂進(jìn)行試拔，拔起0.5m左右時(shí)，便可停止循環(huán)熱鹽水，用壓風(fēng)將管內(nèi)鹽水排出。然后用20T吊車快速拔出凍結(jié)管。拔管注意凍結(jié)管與掛鉤要成一線，凍結(jié)管不能蹩勁，拔管時(shí)要常轉(zhuǎn)動(dòng)凍結(jié)管，凍結(jié)管不能硬拔，如拔不動(dòng)時(shí)，要繼續(xù)循環(huán)熱鹽水解凍，直至拔起凍結(jié)管。圖5-1熱鹽水循環(huán)及吹鹽水系統(tǒng)圖。圖5-1熱鹽水循環(huán)及吹鹽水系統(tǒng)圖6、結(jié)論