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1、上海市轨道交通13号线世博园站-长清路站区间隧道盾构进洞冻结加固方案上海市轨道交通13号线世博园站长清路站区间隧道工程盾构进洞冻结加固方案编制： 审核： 审定： 中煤特殊凿井集团有限责任公司上海第十二项目部2008年8月第29 页目 录1.工程概况21.1工程简介21.2地层条件32.冻结壁结构设计42.1设计依据及设计工况42.1.1.设计依据42.1.2设计工况42.2 荷载计算52.3冻结孔布置63.冻结施工83.1主要技术参数（单洞）83.2主要冻结施工设备83.3冻结站安装83.4用电负荷93.5 其它94 垂直冻结孔的布置及施工104.1垂直冻结孔布置（单洞）104.2冻结孔施工1
2、04.3局部冻结工艺105施工工序、工期安排及劳动力配备125.1施工工序125.2工期计划125.3劳动配备126融沉控制136.1注浆材料136.2 融沉注浆136.3 隧道内注浆156.4 地面注浆157盾构进洞的条件178拔冻结管措施188.1拔管方案188.2冻结管起拔189破壁及盾构穿越冻结区的保证措施199.1破壁保证措施199.2盾构穿越冻结区保证措施2010确保工程质量的主要技术要求与措施2010.1冻结工程质量的主要措施2010.2冻结孔施工方面的具体要求及措施2011应急预备方案2111.1应急措施2111.2应急指挥网络图21附图1 盾构进洞冻结组织结构网络图23附图2
3、 安全管理网络图24附图3 质量管理网络图25附图4 质量保证体系26附图5 钻孔质量控制程序图27附图6 冻结质量控制28附图7291.工程概况1.1工程简介上海市轨道交通13号线世博段工程，包括卢浦大桥站、世博园站、长清路站3个车站；世博园站长清路站区间始于世博园站南端头井（里程K22+150.849），穿越措施井，至长清路站站首，于长清路站北端头井（里程K22+933.680）进洞。区间线路全长约782.831m（单线）。隧道最小平面曲线半径R=799.932m，基本呈南北走向。最大坡度26.206，隧道中心标高-17.142-8.513，左线里程K22+589.722 K22+660.
4、658过盾构措施井。采用盾构法隧道施工，拟采用土压平衡式盾构机，隧道外径为6200mm，内径为5500mm，装配式衬砌管片通缝拼装；衬砌块宽度1200mm，厚350mm，衬砌管片砼设计强度为C55，抗渗等级S10。端头井已经过旋喷、搅拌加固，如图1，端头井旋喷、搅拌加固示意图。本工程主要是采用冻结法将措施井盾构进洞端头井以及长清路站盾构进洞端头井加固区搅拌桩与地墙间的30cm空隙完全胶结，确保盾构安全顺利进洞。 图1 端头井加固示意图1.2地层条件盾构进洞施工时隧道主要埋置于1层灰色粘土、2灰色砂质粉土。如图1所示。其中第土层呈如软塑流塑状态，土质较软弱，灵敏度高，施工时易产生流砂等不良地质现
5、象。根据工程及地质条件，本工程区间风井的盾构进洞拟采用冻结法加固施工，为减少冻结需冻量和控制土体冻胀、融沉，设计采用局部冻结加固地层方式施工。2.冻结壁结构设计2.1设计依据及设计工况2.1.1.设计依据1矿山井巷工程施工及验收规范（GBJ-213-1990）；2煤矿井巷工程质量检验评定标准（MT500994）；3钢结构设计规范（GB50017-2003）；4圆隧道旁通道冻结法技术规程上海市工程建设规范（DG/TJ08-902-2006）。2.1.2设计工况盾构进洞：盾构进洞是指盾构机在区间隧道推进完成后，由正常段隧道进入措施井和长清路站的过程。盾构进洞过程中，需预先对工作井基坑连续墙外侧一定
6、范围内的含水地层进行加固，使之具有封水性。这样盾构机在连续墙凿除后可保证不会出现地层涌砂出水、坍塌等问题。2.2 荷载计算盾构进洞洞口采取板状冻结方式加固。冻结加固体在盾构进洞破壁时起到抵御水土压力，防止土层塌落和泥水涌入工作井。该出洞口冻结加固体，其承受的荷载,为安全起见计算模型采用最深处24.438m处的土压荷载，如此工况计算满足设计要求，则其他工况均应满足，计算模型如图1所示。图1冻土加固体、荷载、计算模型示意图应用重液理论计算水土压力，其出洞口的水土压力为：P 0.013H式中：P 计算点的水土压力（Mpa）； H 计算点深度（m）。 以洞门的下部底缘处为荷载计算点，则深度为24.43
7、8m 。则计算得到水土压力为： P 0.3MPa 说明：水土压力也可按照朗金土压力理论计算，因物理力学指标不全面，在设计计算时按重液理论进行计算，该理论是一种常用的安全计算方法。冻土平均温度为-10，冻土抗拉强度拉=1.8MPa，冻土抗剪强度剪=1.6MPa。冻结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 ,计算得冻土墙厚度为1.83m。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-10水土压力P加固体开挖内直径D系数 安全系数k计算加固体厚度 h-101.8Mpa0.3MPa6.7m1.21.51.83m计算的冻结壁1.83米厚度是在没有
8、深层搅拌加固时所需的厚度，但由于盾构进洞端头井采用深层搅拌，冻结加固主要的目的是将搅拌桩与地墙间的30cm空隙完全胶结，达到止水效果，所以取冻结壁厚度为1.2m。2.3冻结孔布置冻结孔平面、剖面布置如图2、3所示。图2 冻结孔平面图 图3 冻结孔剖面图各盾构进洞冻结孔布置尺寸均按照：孔间距0.8m，排间距0.6m，冻结壁有效厚度为3.0米，采用局部垂直冻结法。冻结孔深度根据每个端头井盾构中心标高而不同，其中措施井盾构进洞冻结孔深度为：27.438米；长清路端头井盾构进洞冻结深度为：26.452米。每个加固区域冻结深度均为：12.7米，冻结孔数量均为31个、布置方式均为梅花型。共布置测温孔3个，
9、深度和冻结孔相同。3.冻结施工3.1主要技术参数（单洞）（1） 冻结体（进洞）：冻结板块厚1.2m，宽12.8m，高12.7m。（2） 孔数：冻结孔31个；测温孔3个。（3） 孔深：措施井进洞27.438m，长清路进洞26.452m；（4） 盐水温度：-25-30；蒸发温度：-33-35；（5）冷量损失系数：1.2；冷却水温度：23；冷凝温度：35。（6）单洞冻结所需的制冷量：Q=1.23.14qNHd=4.2万大卡/小时。选用W-YSGF300II螺杆机组 1台。 3.2主要冻结施工设备序号设备名称数量型号设备功率（KW）1螺杆机组1台W-YSGF300II1102盐水泵1台IS200-12
10、5-315A303清水泵1台IS200-125-315C304冷却塔2台KST-8043.3冻结站安装盐水系统氟系统清水系统盐水泵盐水箱闸阀螺杆压缩机冷却塔清水泵去路回路冻结站布置在进洞或出洞口，占地约80平方米，冷冻机联接示意见图4。图4 冻结站安装示意图3.4用电负荷总用电负荷约400kw/h。在考虑线路电压损失较大的情况下，选用电压750/450V. YC3150235低压橡套电缆一根，电压750/450V. YC3150250低压橡套电缆三根。3.5 其它（1） 冷冻机油选用N46冷冻机油；（2） 制冷剂选用氟立昂R-22；（3） 冷媒剂选用氯化钙溶液。4 垂直冻结孔的布置及施工4.1
11、垂直冻结孔布置（单洞）冻结孔平面布置如图2，板块部分冻结孔布置2排，孔距0.8m，冻结孔总数31个，梅花布置，采用垂直局部冻结方案。第一排孔数16个，距槽壁0.3m。第二排孔数15个，第一排孔与第二排排距0.6 m。4.2冻结孔施工（1）冻结管、测温管和供液管规格：冻结管选用1274.5mm20#低碳钢无缝钢管，采用外管箍焊接连接；供液管采用45mm无缝钢管；测温管采用45mm无缝钢管。（2）打钻设备选型：打钻选用XY-2型钻机三台，电机功率22.0KW，钻孔使用灯光测斜，选用BW-250/50型泥浆泵三台，电机功率14.5KW。4.3局部冻结工艺采用局部冻结工艺可以有效防止冻胀和融沉现象对工
12、程的不利影响、减少制冷量和有效地保护环境。局部冻结孔加工工艺见图5。图5 局部冻结孔结构示意图主要冻结施工参数一览表面序号参 数 名 称单位措施井长清路备 注1冻结孔深度m27.43826.4522冻土墙设计厚度m1.21.23冻土墙平均温度-10-104积极冻结时间天2525从开冻至可以盾构进（出）洞5冻结孔数个31626冻结孔（总）长度m85317508冻结孔开孔间距m0.80.89冻结孔与槽壁间距m0.30.310冻结孔偏斜率%1111设计最低盐水温度-30-30冻结7天盐水温度达到-20以下12单孔盐水流量m3/h6613冻结管规格mm1274.51274.520#低碳钢无缝钢管14测
13、温孔总数个33483mm15冷冻机W-YSLGF300型台1116钻机XY-2型台3317最大用电量Kw/冻结站200200每个冻结站18用水量m3/h2020新鲜水补充5施工工序、工期安排及劳动力配备5.1施工工序根据盾构进洞风井的工期进行具体安排4个盾构进出洞的施工顺序，计划先进行最早一个盾构进洞的钻孔施工，钻孔完毕既进行冻结施工，其他各洞可在第一个钻孔完毕后继续进行钻孔施工，再根据盾构具体的进出洞时间进行冻结施工。通过测温孔观测计算，确定冻土墙交圈并达到设计强度且冻土与槽壁完全胶结后，盾构进洞时，盾构机离冻土墙2-3m左右时，将隧道内冻结管拔至隧道顶板0.3m处；盾构出洞时，盾构机靠近槽壁后，进行完全破壁。盾构进洞后，方可进行冻结管拔除并注黄砂。5.2工期计划根据盾构进洞冰冻法实测，群孔冻结内部冻土平均发展速度均
