鞏 磊

（中鐵十七局集團上海軌道交通工程有限公司，江蘇 蘇州 215028）

1 工程簡介

該站為無錫地鐵軌道交通2號線與3號線換乘站，該位置主要地層④2粉砂夾粉土、⑥1黏土、⑥2粉質(zhì)黏土，④2粉砂夾粉土層含水量大，且為微承壓水層掘進過程中土體易失穩(wěn)，可能造成地下空洞，且洞門位置距離2號線位置較近，冷凍加固區(qū)域位于既有2號線的側(cè)下方，2號線處于運營狀態(tài)。進洞加固區(qū)域距離2號線軌道面距離為1 265 mm。該南端頭井對應(yīng)的地面現(xiàn)已通車，交通繁忙；該處隧道軌行區(qū)軌面標高-11.045 m，距離負二層板頂560 mm。冷凍區(qū)域見圖1所示。

圖1 水平加固區(qū)與運營2號線關(guān)系圖

2 盾構(gòu)接收前準備

2.1 測量準備

2.1.1 洞門復(fù)測

工作井已按設(shè)計要求完成并通過驗收，其標高、軸線、結(jié)構(gòu)強度等各項技術(shù)參數(shù)符合設(shè)計和規(guī)范要求并能滿足盾構(gòu)施工各階段受力要求（端頭井結(jié)構(gòu)尺寸和洞門中心已復(fù)核且符合設(shè)計要求）并通過驗收。

洞門復(fù)測情況：該站南端頭井場地滿足條件后，測量人員對該站南端頭井洞門鋼環(huán)進行復(fù)核，復(fù)測結(jié)果洞門偏差如表1所示，各項偏差指標滿足盾構(gòu)施工要求。

表1 洞門中心標高復(fù)測

根據(jù)實測的洞門中心三維坐標和設(shè)計三維坐標比較可知：沿盾構(gòu)推進方向偏左15 mm，偏上29 mm，滿足盾構(gòu)接收要求。

2.1.2 區(qū)間隧道測量復(fù)核及井下控制點布設(shè)

1）區(qū)間最后一次聯(lián)系測量完成施工測量工作并完成報驗，測量結(jié)果為：平面最大較差為16.5 mm，小于±28.1 mm，高程最大較差為-0.6 mm，小于±5 mm，最遠定向坐標。在穿越冷凍區(qū)前100環(huán)，我項目對該區(qū)間右線401-700環(huán)管片中線偏差進行了檢查，檢查結(jié)果顯示隧道軸線和高程滿足設(shè)計要求。在盾構(gòu)推進過程中，項目測量人員實時跟進，及時糾偏。

2）井下控制點布設(shè)由項目專業(yè)測量人員指導(dǎo)進行盾構(gòu)接收控制點的布設(shè)及復(fù)測，為盾構(gòu)進洞基座軸線等進行放樣，為盾構(gòu)進洞姿態(tài)控制及接收架的安裝提供了條件。并由監(jiān)理及相關(guān)單位復(fù)核。

2.2 盾構(gòu)穿越冷凍區(qū)前準備

2.2.1 凍結(jié)壁厚度及平均溫度驗算

本端頭凍結(jié)加固工程自2018年4月15日開始凍結(jié)，至2018年5月23日，現(xiàn)已凍結(jié)39天，目前處于維持凍結(jié)階段。每天都對測溫孔進行檢查，最后一期監(jiān)測報表如下頁表2所示。

2.2.2 凍結(jié)壁發(fā)展速度及凍結(jié)壁厚度

根據(jù)每天測溫結(jié)果計算，凍結(jié)圓柱半徑計算依據(jù)公式：

式中：t1為回路鹽水溫度；r為測溫孔離凍結(jié)管的距離；r1為凍結(jié)管內(nèi)半徑；t為測溫孔溫度。

根據(jù)最不利原則，測溫孔C5中，測點C5-6溫度最高為-5.6℃，根據(jù)公式算的最小凍結(jié)圓柱半徑為1.3 m，最小凍結(jié)壁厚度為2.4 m，超過設(shè)計凍結(jié)壁厚度1.65 m，滿足設(shè)計要求。內(nèi)外圈交接示意如圖2和圖3所示。

圖2 凍結(jié)壁交圈外端示意圖

圖3 凍結(jié)壁交圈內(nèi)端示意圖

2.2.3 凍結(jié)壁的平均溫度

凍土平均溫度根據(jù)成冰公式計算；利用《建井工程手冊》凍結(jié)施工成冰公式計算凍結(jié)帷幕的平均溫度，見公式：

式中：toc為按零度邊界線計算的凍結(jié)壁平均溫度；tc為凍結(jié)壁平均溫度；tb為鹽水溫度；l為凍結(jié)孔間距；E為凍結(jié)壁厚度；tn為測點溫度。

由表2各測點溫度所示，測點C5-6溫度最高，為-5.6℃，故對該點溫度進行計算，代入成冰公式算得的凍土壁平均溫度為-10.8℃，達到凍土壁設(shè)計平均溫度-10.0℃要求。

2.2.4 洞門水平探孔情況

對該站南端頭井進行洞門水平探孔施工，共設(shè)置9個探孔，探孔深度均在1.2 m左右。施工完成后，在監(jiān)理單位的檢查監(jiān)督下我部完成對洞門水平探孔的檢查，洞門探孔未出現(xiàn)滲水情況、無滴漏，測得探孔界面溫度，測點最高溫度為-22.7℃，最低溫度為-27.7℃,滿足探孔溫度要求，說明端頭冷凍加固止水措施達到了預(yù)期的效果和目的。洞門止水效果完全滿足盾構(gòu)接收要求。

2.2.5 洞門鑿除階段

1）門鑿除之前，實施洞門水平探孔，探孔深度控制在2 m左右，以芯樣完整，孔內(nèi)干燥無水、無未凍結(jié)土體為標準。測量凍結(jié)壁與地墻交界處溫度，確保凍結(jié)壁與連續(xù)墻是否完全膠結(jié)。測點平均溫度小于-5℃時方可開始槽壁破除。

2）推進班組：799掘進時，刀盤進入加固區(qū)，推進速度1 cm（速度一定要慢），緩慢減少土壓，控制在100～130 kPa，保持24 h值班制度，確保刀盤一直處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。

階段一：刀盤到達加固區(qū)時，對洞門進行分段50 cm破除。

階段二：洞門50 cm破除完成后，對內(nèi)圈冷凍管進行拔除。

階段三：盾構(gòu)機推進，使盾構(gòu)機刀盤到達洞門，最后使盾構(gòu)機刀盤位于加固區(qū)杯底30 cm。

階段四：鑿除剩余的50 cm地墻。

3 盾構(gòu)穿越冷凍區(qū)

3.1 盾構(gòu)到達段掘進

1）盾構(gòu)機進入到達段后，首先減小推力、降低推進速度和刀盤轉(zhuǎn)速，控制出土量并時刻監(jiān)視土倉壓力值，避免較大的地表隆陷。

2）編制盾構(gòu)機接收作業(yè)指導(dǎo)書，從接收前18環(huán)開始，將每一環(huán)推進內(nèi)容細化，責任到人，現(xiàn)場施工時嚴格按照作業(yè)指導(dǎo)書操作。

第800環(huán)千斤頂行程到達858 mm，盾構(gòu)機刀盤頂上加固區(qū)土體（見圖4）。

圖4 800環(huán)掘進拼裝完成后盾構(gòu)機位置示意圖

第806環(huán)的推進與拼裝，待內(nèi)圈冷凍管割除后，再進行806環(huán)推進（見圖5）。

圖5 806環(huán)掘進拼裝完成后盾構(gòu)機位置示意圖

第810環(huán)掘進720 mm時刀尖到達地下連續(xù)墻（見圖6）。

圖6 810環(huán)掘進拼裝完成后盾構(gòu)機位置示意圖

3）當?shù)侗P出加固區(qū)時，管片注漿若未能及時填充環(huán)形間隙，容易形成后部來水的風險；針對此風險，項目部擬定了精細化的盾體注漿步驟，杜絕因環(huán)形間隙未有效填充所造成的事故。一是到達段盾構(gòu)機刀盤進入加固區(qū)至刀盤破除洞門，同步注漿每環(huán)5～6 m3，注漿壓力控制在0.25～0.35 MPa。漿液類型為水泥漿，配合比如表3所示。二是盾構(gòu)機掘進至刀尖距離凍結(jié)帷幕1 m停機。通過盾構(gòu)機中盾注漿孔打設(shè)2環(huán)聚氨酯環(huán)箍。三是刀盤靠近地墻后停機。通過脫出盾尾的后2環(huán)打設(shè)雙液漿環(huán)箍；注漿時從下往上對稱注入，以注漿量和注漿壓力雙指標控制，平均每孔注入0.35 m3，注漿壓力不能大于0.45 MPa。漿液類型為雙液漿，配合比為：水泥和水玻璃的溶液體積比為1∶1,其中水泥漿液水灰比為1∶1，水玻璃溶液采用B35水玻璃加2倍體積水稀釋。

表3 同步注漿漿液配合比

在洞門混凝土鑿除并清理后，盾構(gòu)應(yīng)盡快推進并拼裝管片，盡量縮短盾構(gòu)到達時間。推進時需要求監(jiān)測單位加強地面變形沉降的監(jiān)測，并及時反饋上報到項目技術(shù)部。盾構(gòu)到達前必須建立井內(nèi)、指揮室、盾構(gòu)機操作室的通訊聯(lián)系。能實時控制整個到達過程。本次接收未出現(xiàn)漏水、漏砂等現(xiàn)象，接收過程較為順利，按時完成了預(yù)期節(jié)點。

3.2 盾構(gòu)穿越冷凍區(qū)注意事項

1）刀盤進入加固區(qū)后，一定要確保刀盤保持勻速旋轉(zhuǎn)。加強值班。隧道內(nèi)儲備鹽水，防止刀盤被凍結(jié)。盾構(gòu)機每隔半小時向前推進5 cm，必要時不間斷地從中盾上的預(yù)留孔注入聚氨酯，以將盾體與冷凍土體盡量隔開。防止盾構(gòu)機本體被凍土凍結(jié)。

2）5月23日～5月30日期間嚴禁盾構(gòu)人員請假。要求責任落實到位，保證盾構(gòu)順利接收。

3）802-815環(huán)為多孔管片。盾構(gòu)機接收完成，采用管片注漿孔進行融沉注漿。

4）內(nèi)圈凍結(jié)管拔除，因為凍結(jié)管為整根管，拔斷可能性較底。但不排除漏拔現(xiàn)象，應(yīng)確保凍結(jié)管拔除干凈。

5）盾構(gòu)機進出洞時，做好測量工作，控制好盾構(gòu)機姿態(tài)，保證盾構(gòu)機姿態(tài)在軸線范圍內(nèi)。防止刀盤碰觸外圈凍結(jié)管，造成凍結(jié)管損壞，鹽水泄露?？紤]凍結(jié)管施工時偏鉆等因素，盾構(gòu)機進入加固土體前，姿態(tài)應(yīng)適當下調(diào)。

6）盾構(gòu)機進行第798環(huán)推進時，推進速度一定要慢，并安排專人密切關(guān)注鹽水箱液位變化情況，發(fā)現(xiàn)鹽水液位下降，應(yīng)立即通知駕駛室停止推進，并逐一檢查外圈凍結(jié)管情況，查出斷裂的凍結(jié)管，并采取措施將其拔出，更換短的凍結(jié)管。

7）進出洞時，加強對地面和2號線車站的監(jiān)測，及時反饋信息。

8）盾構(gòu)機刀盤進入加固后，對刀盤前和土倉內(nèi)注入混合鹽水，鹽水比例25%。

9）冷凍班組項目經(jīng)理、技術(shù)負責人、操作人員現(xiàn)場值班。

10）盾構(gòu)接收完成2天后方可停止凍結(jié)；停凍后2天內(nèi)完成洞門圈外水平凍結(jié)管、測溫管割除、封堵。先排干管內(nèi)鹽水，再割除水平凍結(jié)管，割除深度不得小于60 mm，割除完成后割除位置采用直徑不小于直徑8 mm鋼筋進行錨固，采用微膨脹水泥（或強度不低于M10的水泥砂漿）充填凍結(jié)管深度不小于2 m，并且預(yù)埋注漿管在封孔后及時進行注漿堵漏。

11）負環(huán)下部的凍結(jié)孔不能處理的，孔口管不拆除，只割除外露凍結(jié)軟管。等后期做井接頭時，在再作處理。井接頭大小應(yīng)保證將凍結(jié)管全部包裹在內(nèi)。

4 結(jié)論

通過對盾構(gòu)穿越冷凍區(qū)接收要點的案例分析，利用凍結(jié)法加固洞門可以有效地降低盾構(gòu)進洞風險，尤其對地下水豐富、地質(zhì)情況差及環(huán)境復(fù)雜的工程較為適用。該工程對盾構(gòu)接收前、掘進段及盾構(gòu)進洞的分析，為后續(xù)的無錫地鐵隧道盾構(gòu)進洞接收提供了一些經(jīng)驗和參考。