复兴路盾构进出洞冻结施工方案

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1、复兴路盾构进出洞地层冻结加固施工方案北京中煤矿山工程有限公司2002年9月17一、工程概况复兴路隧道用盾构法施工。盾构出洞口直径φ11.22m。在盾构出洞处,洞口中心标高为-10.11m。工作井附近自然地坪标高约为+3.8m。为了避免在盾构机进出洞时扰动地层，造成涌水、出砂，拟对盾构进出洞口附近的地层进行冻结加固。按地层资料，盾构进出洞口位置主要为淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土，局部夹有薄层粉砂。土层的含水量最大达54.5%，稳定性差，暴露时易扰动，产生液化流动，在盾构进出洞时，必需对附近地层进行加固处理。局部可能有粉砂层，要求地层加固体有好的隔水性能，尤其

2、是加固体与连续墙之间不应存在间隙，这也是地层加固的难点所在。二、方案设计根据盾构进洞和出洞特点，以及过去类似工程的施工经验，对盾构进出洞冻结加固分别采取不同的布孔施工方案。出洞主要解决技术问题有：1、在组装盾构期间和打开预留钢筋混凝土洞门时，应确保迎头稳定，防止涌砂涌水。2、出洞时，隧道端部应力复杂，易产生大的扰动和地层变位，地层冻结主要提高围岩土层强度和稳定性，确保盾构安全出洞。进入正常隧道的盾构法施工。进洞主要解决的问题和出洞大致相同，但又有其特殊性：1、进洞时，盾构平衡压力发生急剧变化，前方地层刚度和阻力急剧降低，和出洞相比，隧道端部应力更复杂，更

3、易产生大的扰动和地层变位，地层冻结首先提高前方岩土层强度和稳定性，方便打开地连墙洞门，确保为盾构安全进洞。从而完成区间盾构法施工。2、进洞之前，有条件布置水平冻结布孔。出洞冻结方案：17采取垂直孔冻结方案。在盾构隧道端部，即盾构洞口处，在地面向下布置垂直钻孔，深度进入隧道底板3m。对隧道端部四周的软土进行地层冻结。当盾构进行安装和打开洞门时。冻土帷幕作为洞口的封盖，和连续墙闭合在一起，防止安装期间水土涌入工作井。盾构安装调试结束，准备出洞时，迅速拔除冻结管，利用冻土融化还原的有效时间，控制水土压力和地层变位，确保盾构体安全出洞。见设计图一进洞冻结方案：采

4、取垂直孔和水平孔相结合的方法。盾构接近洞口时，为了降低地层扰动，首先利用水平孔和垂直孔在盾构前方的隧道四周加固地层，提高地层强度，降低地层变位，并为盾构进洞导向。其次按预留洞口进洞之前，需要先开凿地连墙洞门，为了防止进洞时涌水涌砂，采用垂直冻结孔在洞门设置端部封盖，方便洞门打开。当盾构迎头到达冻土时，将冷冻管拔起至隧道拱顶以上，继续冻结。在两帮、拱顶垂直孔、拱底水平孔的地层维护冻结的前提下，确保盾构安全进洞。见设计图二。2.1、出洞冻土墙厚度计算。冻土墙强度设计采用日本计算公式，冻土墙按周遍固定圆板考虑。冻土的强度取值，参考上海和日本类似土层的试验结果和

5、设计取值，原则上考虑较大的安全储备。1)荷载计算冻土墙外侧受土层侧压力作用。按静止侧压力系数计算，取土工资料提供的最大值0.64。取上覆土层的平均容重为γ=18.5kN/m3，超载qn=30kPa。按洞口下缘埋深H=19.52m计算得冻土墙所受最大静止土压力为:17Ps=0.25MPa。2)冻土墙尺寸按受均布法向荷载的圆板计算冻土墙的承载能力。a、按日本设计公式计算厚度。日本关于加固体厚度h的计算公式为：图1冻土墙的结构形式计算得冻土墙厚度为2.48m。(计算参数及结果参见表1)。表1按日本计算公式的参数取值与计算结果冻土平均温度T(℃)冻土抗折强度σ(

6、MPa)荷载P(MPa)开挖直径D(m)常系数B安全系数k冻土墙厚度h(m)-81.20.2511.221．3.52.48根据上述计算并参考工艺要求，取冻土墙有效厚度3.2m。b、冻土墙的抗剪验算沿工作井开洞口周边冻土墙承受的剪力最大，为取冻土墙厚度为3.2m，计算得剪应力为0.493Ma，安全系数为4.56,满足设计要求，(计算参数与计算结果见表2)。表2剪切强度验算表荷载P(MPa)开挖直径D(m)冻土墙厚h(m)计算最大剪应力ττMax(MPa)冻土剪切强度τ(MPa)安全系数k170.2511.223.200.21914.56根据上述计算，最后设

7、计冻土墙的最小厚度为3.2m。c、冻土墙深度与宽度根据最近盾构进出洞冻结施工经验，冻土墙与盾构出洞口四周的工作井地连墙搭接宽度大于2m就足够了，所以，设计取冻土墙宽度为15.22m。考虑盾构出洞口下方水土压力较大，适当加大冻土墙与地连墙的搭接宽度，冻结深度取22.32m。另外，为了减小土层冻胀对地表及工作井的不利影响，采取局部冻结方式，局部冻结范围为深5m～22.32m。2.2、进洞冻土结构设计1)荷载计算冻土墙外侧受土层侧压力作用。按静止侧压力系数计算，取土工资料提供的最大值0.64。取上覆土层的平均容重为γ=18.5kN/m3，地面超载qn=30kP

8、a。按洞口下缘埋深H=19.52m计算得冻土墙所受最大主动土压力为:Ps=0.2