工艺工法qc黑龙江冻结法在富水砂层地质条件下盾构开仓中的应用

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1、冻结法在富水砂层地质条件下盾构开仓中的应用xx地铁项目部xx摘要本文根据xx地铁一号线xx东站站～南直路站区间盾构开仓成功实践，针对富水砂层地质条件下盾构施工特点，在开仓之前采用人工冻结加固土层施工技术，以测温数据指导施工，确保加固体强度及密水效果满足盾构开仓施工要求，实现盾构开仓安全、质量目标。简要内容：1、工程概况；2、水文地质；3、施工方案选择；4、施工设计；5、体会与结论关键词城市地铁富水砂层土层冻结加固盾构开仓1、工程概况xx东站站～南直路站区间位于xx市道外区桦树街道路下方，区间全长514.943m，采用两台德国产维尔特土压平衡盾构机进行施工，该盾构机外径6.28m，主机长度9.6

2、m，重300t。在前期试掘进施工过程，渣土改良效果较差，盾构机始发掘进39m时，刀盘扭矩较大，螺旋机出渣不连续，渣土温度高，土仓加水、加泡沫充分搅拌后，只有污水从螺旋机内流出，从换刀仓门预留球阀插入钢筋1000mm，均为较密实的砂土，由此判断刀盘及土仓均已结饼，需开仓进行清理。为避免在开仓过程中，刀盘前方水砂通过仓门涌入隧道内造成盾构机淹没、地表塌陷等一系列灾难性事故，经多方论证，决定采用人工冻结对刀盘前侧土层进行加固，常压进场清理的方案。2、工程地质特征xx东站站～南直路站区间地处松花江河漫滩地区，开仓位置隧道顶部埋深9.8m，隧底埋深15.8m，地下水位埋深2.5m，盾构区间穿越的地层主要

3、为稍密的2层粉砂和中密的3层中砂，局部为中密的3T2层粉砂。3层中砂、3T2层粉砂呈中-低压缩性，具有一定承载力，但极易扰动，扰动后强度将会明显降低；而且3层中砂层为微承压含水层，水头高度5.3m～5.6m富水性好，开挖面极不稳定。3、施工方案的选择3.1冻结方案选择综合考虑富水砂层地层易流失特性，为确保加固体有足够强度及密水性，采用垂直钻孔冷冻加固刀盘前方及两侧土体，并采取降水井辅助降水的加固方法，即在盾构机刀盘及掌子面前方利用垂直冻结孔加固地层，使掌子面左右两侧、上部和前方范围内土体冻结，形成“∩”状冷冻加固体，冻结体形成后，启动降水井将水位降至盾体以下后常压进仓作业，如下图所示。第6页共

4、6页盾体土仓刀盘冻结加固区降水井3.2施工机具选择考虑环境影响等各方面因素，钻孔选用YGL-100型钻机一台，BW-250/50型泥浆泵2台，冻结管选用φ127×4.5mm20#低碳无缝钢管，采用外管箍焊接连接；供液管采用φ48mm焊管；测温管采用φ48×3mm无缝钢管，冷冻机组选用设备功率为220KW的W-YSGF300II型螺杆机组2台。4、施工设计4.1、冻结参数设计（1）荷载计算加固体所承受荷载、计算模型如图1所示，为安全起见，其所承受荷载按照模型最深处16.0m计算。应用重液理论计算水土压力，其始发端洞口的水土压力为：P=0.013H（1）P——计算点的水土压力（Mpa）；H——计算

5、点深度（m）。隧道轴线标高为107m，隧道直径为6.28m时，开洞口的底缘深度为15.84取16.0m。则计算得到水土压力为：P≈0.208MPa第6页共6页图1冻结加固体荷载计算模型（2）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其计算公式为：（2）式中各符号取值如下表所示：计算得冻土墙厚度为1.43m运用日本计算理论的数据及结果表1冻土平均温度℃冻土弯拉强度σ-10℃水土压力P加固体开挖内直径D系数β安全系数k计算加固体厚度h-101.8Mpa0.208MPa6.28m1.21.51.43m为安全起见，加固体厚度取2.0m，冻土深度超过盾构机刀盘边缘

6、3.0m，采用剪切力验算加固体厚度，刀盘周边验算加固体剪切应力。其计算公式为:（3）剪切应力验算数据及结果表2水土压力P加固体开挖内直径D冻土抗剪强度τ-10℃加固体厚度h剪切应力τ0.208Mpa6.28m1.5Mpa2.0m0.16Mpa<<[τ]-10℃(安全)第6页共6页运用我国建筑结构静力计算理论公式进行验算，圆板中心所受最大弯曲应力计算公式为：（4）运用我国建筑结构静力计算理论计算数据及结果表3水土压力P加固体开挖内直径D冻土泊松比μ计算加固体厚度h计算得加固体最大弯拉应力σmax冻土弯拉强度σ-10℃安全系数k0.208MPa6.28m0.352.00.644MPa1.8MPa2

7、.79当加固体厚度为2.0m，安全系数为2.79，满足要求。（3）冻结孔布置根据理论计算，为保证加固体厚度，冻结孔需布置3排，孔距0.8m，梅花形布置，A型孔1排，共计8个，位于盾构机正上方，孔深9.3m，即孔底距盾构机顶部0.5m；B型孔2排，共计29个，冻结孔距刀盘800mm，孔深19m，低于盾构机底部3m；刀盘左右两侧各设置3个冻结孔，孔深19m；同时设置2个测温孔T1、T2，深19m冻结孔