地铁隧道盾构出洞口液氮竖直冻结加固技术

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1、地铁隧道盾构出洞口液氮竖直冻结加固技术 摘要：上海轨道交通13号线世博园区专用交通联络线工程淡水路站—马当路站区间隧道下行线盾构出洞口采用液氮竖直冻结加固。介绍了液氮冻结壁及冻结孔的设计、液氮冻结施工流程、冻结效果和拔除冻结管的过程。关键词：地铁隧道；盾构出洞土体加固；液氮冻结 1工程概况     上海轨道交通13号线世博园区专用交通联络线工程淡水路站—马当路站区间隧道下行线，盾构从马当路车站出发。马当路车站位于马当路与建国东路交叉口，地处市中心繁华地段；车站基坑开挖深度约为22m，采用地下连续墙进行基坑围护。Ω6.34m盾构在马当路

2、端头井处出洞，洞门直径6.7m，洞门中心标-14.083m；端头井底板面标高-18.808m，地面标高+3.2m。     盾构出洞洞门口已进行高压旋喷加固，加固区域为：盾构上边缘3.5m；下外边缘3m；左右外边缘3m；出洞轴线方向加固宽度为6m。由于马当路端头井盾构出洞范围下部位于微含承压水的⑤1-2层灰色粉质黏土中，为使盾构机安全始发，决定采用“单排孔液氮快速冻结”的竖直冻结法补充加固洞门区域的施工方案。出洞口的土层主要为④层灰色淤泥质黏土、⑤1-1层灰色黏土和⑤1-2层灰色粉质黏土。2单排孔液氮快速冻结方案     在盾构出洞口

3、周围土层中布置单排垂直冻结孔，对车站底板面标高以下3m至隧道洞门圈以上3.5m（共13.8m）的范围进行冻结加固，在洞门外侧形成一道与工作井地下连续墙紧贴的封闭冻土墙，起到防止冻结加固区外的泥砂和地下水，特别是洞圈以下微承压水进入盾构出洞口的作用。3冻结施工3.1施工顺序     液氮冻结加固地层的主要施工顺序为：施工准备→冻结孔施工，同时安装冻结制冷系统→安装检测系统→液氮冻结→探孔检验→凿除洞门→盾构顶进至洞门→拔除冻结管→盾构正常顶进→融沉注浆。液氮冻结主要参数见表1，冻结孔布置见图1。3.2施工情况     1）设计冻结孔12

4、个，实际钻孔13个，在D6和D7之间补1个冻结孔B1（因D6处的地下连续墙外鼓）。     2）液氮竖直冻结工程于2009年4月27日开钻，5月4日钻孔全部结束。     3）液氮冻结管安装时，每根冻结管作为1组。冻结管内下双供液管，1根作为去路（深25m），1根作为回路（深11.2m）。在每组冻结管的液氮去、回路出口处设测温装置，控制进出口处液氮温度约-85℃。每1组输入口上都安装DN25低温截止阀，用来控制液氮的流量。     4）液氮冻结系统由液氮循环干管（去路干管）、液氮控制阀门、冻结器等组成。整个管路连接完成，对从槽车出来的

5、供液不锈钢软管、液氮循环干管、供液管、排气管等采用聚乙烯材料进行保温。     5）冻结时，采用液氮槽车，液氮通过输送干管送到工作面，通过液氮控制阀门后进入冻结器，最后通过回路排气管引出端头井地面，然后排出。     6）5月5日开始正式液氮冻结，截止5月15日积极冻结共计10d。液氮量实际使用每天3车，每车约16t，共计使用液氮约485t。3.3主要冻结施工参数     设计要求的主要冻结施工参数和实测数据见表2。3.4冻结效果     5月14日，在盾构出洞圈范围内以“米”字形施工了9个探孔（T1～T9，见图2），孔深为进入外部土

6、层50～100mm，此时无泥水流出。各探孔测得的温度见图2。     通过测温孔、探孔测温确定，冻结壁厚度＞1100mm，达到设计要求，冻结壁与连续墙完全胶接，凿除洞门无泥水流出，满足盾构出洞条件。3.5拔除冻结管     5月16日约21∶00盾构机刀盘靠上冻土，22∶00开始拔除冻结管。拔管时，先在盐水箱中安装总功率为80kW的电热管；用电热管加热盐水至90℃，以单个冻结孔分别循环热盐水，一般循环15～20min即可，然后用25t吊车拔除冻结管（拔管后用水泥砂浆对冻结孔进行封孔）。     5月17日11∶00，13根冻结管全部顺

7、利拔除，确保盾构安全出洞。4结语     上海轨道交通13号线世博园区专用交通联络线工程淡水路站—马当路站区间隧道马当路站下行线盾构出洞，针对地层情况，采用了局部冻结方式，形成“上小下大”的塔形冻结壁，达到了预期效果。液氮冻结速度快、效果显著，对工期要求紧、抢险或者局部堵水等地下工程有较明显优势；但液氮冻结地层平均温度较低，盾构机出洞穿越冻结区时须连续作业，不能停顿。 文章来源：《中国市政工程》原作者：黄见峰，徐兵壮