. 进洞冻结加固施工方案- -日期： / 轨道交通11号线济阳路站盾构进洞冻结加固施工方案 史志明 审定：中煤第设公司分公司二一年九月十九日目录一、编制总说明21.1、施组方案的选择依据和设计规、技术标准21.2、冻结方案编制依据21.3、工程概况2二、冻结方案与冻结参数42.1.冻结方案的确定4三、施工工序与工期安排93.1施工工序93.2预计工期83.3、具体工期安排（单个进洞加固计划表见附表）9四、劳动组织、配套计划94.1施工平面布置94.2劳动力配备计划94.3 设备与材料供应计划10五、盾构进洞115.1冻结效果的监测与完成的参数指标115.2盾构进洞流程12六、破壁与盾构穿越冻结区的保证措施137、冻胀与融沉控制措施137.1、冻胀对周围环境的影响与控制137.2、融沉控制和环境保护措施147.3、其他控制技术措施147.4、冻结保温措施：157.5环境设施保护措施15八、监测168.1监测容168.2 温度传感器布置监测说明168.3 地面管线沉降监测16九、确保工程质量的主要技术要求与措施169.1、盾构穿越冻结区保证措施169.2、冻结工程质量的主要措施179.3、冻结孔施工方面的具体要求与措施179.4、确保冷冻站正常运转的安全技术措施17十、安全质量技术措施与质量管理体系1810.1质量保证体系1810.2抓好前期施工准备工作搞好工艺协调2110.3认真做好工程技术质量管理的基础工作2110.4施工安全保障措施2110.5周边环境与公共设施保护措施23十一、应急预备方案23一、编制总说明1.1、施组方案的选择依据和设计规、技术标准（1） 矿山井巷工程施工与验收规（GBJ213-90）。（2） 煤矿井巷工程质量检验评定标准（MT5009-94）。（3） 钢结构设计规GB50017-2003。（4） 地基基础设计规GB50007-2002。（5） 建筑结构荷载规GB50009-2001。（6） 建筑抗震设计规GB50011-2001。（7） 地下铁道设计规GB50157-2003。（8） 轨道交通10号线5标工程地质勘察报告。（9） 旁通道冻结法技术规程，DG/TJ08-902-2006 J10851-2006。（10） 甲方提供的工程地质资料，工广平面布置，工作井结构等相关资料；隧道上、下行线衬砌圆环布置图（11） 井巷工程设计规与其他相关国家、市安全文明施工规。1.2、冻结方案编制依据为保障盾构顺利进洞，并根据地面工况条件（盾构进洞位置所在地面为原已建轨道交通风井，地面不具备施工条件），采用工作面水平冻结方案； 冻结施工方案着重从以下几个方面进行了考虑：1. 保障冻土墙的厚度、强度与封水性能可满足盾构进洞时土体的稳定要求。2. 外圈冻结孔深度应包裹住整个盾构机，确保盾构进洞的安全。3. 在保障强度的前提下，尽量减少冻土墙体积，以减小冻结对周围环境的影响，对可能受影响的构筑物采取有效的保护措施。4. 冻结帷幕技术性能必须满足盾构进洞施工的安全和质量要求。5. 冻结方案应符合现场实际条件的施工可行性和良好的可操作性。6. 施工方案应在满足工程要求工期的条件下具备优化能力。7. 施工方案与措施必须满足城市环保与节能要求。8. 减少冻胀与融沉的危害。1.3、工程概况轨道交通11号线江边风井济阳路站区间工程采用盾构法施工隧道，盾构机本体长8.5米，地面标高+4.5米，隧道中心埋深-12.577米。本工程济阳路路站西端头井盾构出洞口处的地基已采用高压旋喷桩进行加固。原加固情况见图一。图一由于一些不可预见性问题，盾构进洞开样孔9个，开始其中有一个出现出水出砂现象，后期其他探孔也出现漏水漏沙现象，鉴于工期等现场的其它工况条件，为确保盾构进洞的安全，对其采取冻结法进行封水堵漏加固土体的措施，再进行破洞门割除钢筋，进行盾构推进进洞。该段地层地质条件复杂，盾构进洞段穿越的土层主要为：层灰色淤泥质粘土、流塑，较均匀，含云母、有机质与贝壳碎屑，夹少量粉性土，局部为淤泥质粉质粘土，高压缩性。1j灰色粘质粉土，湿，中密，欠均匀，含云母、有机质，偶见贝壳碎屑，夹少量粘性土，中压缩性。其中1j层为微承压水层，盾构进洞时有涌砂涌水的风险。为保证盾构机进洞安全，防止泥砂与地下水涌入工作井，与保护地面建构筑物的安全；盾构进洞地基冻结加固拟采用冻结盾构机全长水平冻结加固方法施工。鉴于洞门已进行过高压旋喷加固，只对盾构机外圈进行冻结，冻结完成后盾构机推进到地连墙槽壁，对盾构机外围与盾构机盾尾管片进行注浆，利用冻结壁封闭外部水力来源，然后破槽壁盾构进洞。二、冻结方案与冻结参数2.1.冻结方案的确定根据盾构施工所处地层与地面环境、地面没有施工场地，地面不具备冻结施工条件。盾构进洞地基加固拟采用端头井水平冻结加固方法施工。详见施工示意图二。图二2.1.1冻土墙厚度h的确定 设冻土墙平均温度为-10，冻土抗压强度压=3.6MPa，抗拉强度拉=1.8MPa，抗剪强度剪=1.6MPa。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的作用。该进洞口冻结加固体，其承受的荷载、计算模型与冻结管布置的示意图如图1所示：计算水土压力： 洞口的中心埋深为17.077m，当开洞直径为6.7m时，开洞口的底缘深度为20.427m。则按重液公式计算得到水土压力为：P=0.013H=0.266MPa 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2m。表1运用日本计算理论的数据与结果冻土平均温度冻土弯拉强度 水土压力 P加固体开挖直径D系 数 安全系数 k计算加固体厚度 h-101.8Mpa0.266MPa6.7m1.22.02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表2运用我国建筑结构静力计算理论计算数据与结果水土压力 P加固体开挖直径 D冻土泊松比计算加固体h计算得加固体最大弯拉应力max冻土弯拉强度-10安全系数 k0.266MPa6.7m0.352m0.94MPa1.8MPa1.91max-10剪切验算加固体厚度沿槽壁开洞口周边验算加固体剪切应力表3 剪切应力验算数据与结果水土压力P加固体开挖直径D加固体厚度h最大剪切应力冻土抗剪强度-10安全系数Kmax=0.221MPa-10=1.6Mpa0.266Mpa6.7m2max-107.3根据以上计算结果并结合我公司类似工程冻结施工经验与现场实际情况（该洞门已进行过高压旋喷加固，不再考虑加固强度要求，仅考虑进洞止水），冻土墙厚度h 盾构进洞冻结壁厚度取2.0m（利用注浆将盾构机与外圈冻结壁连接成一体，进行封水，然后进行破除洞门槽壁，盾构进洞），外圈维护冻结帷幕厚度取1.6m。2.2冻结围与冻结孔的布置鉴于盾构进洞对加固体强度与密封性要求很高，以与实际现场施工情况和条件（施工场地的原因），采用水平冻结方案。主要技术参数：冻结体为洞口处冻结板块厚2.0m，直径10m（利用注浆将盾构机与外圈冻结壁连接成一体，进行封水，然后进行破处洞门盾构进洞）。只设置外圈冻结孔，冻结孔数：水平冻结孔：32个，冻结孔深度为10.0米；测温孔4个，孔深：外圈进入土层9M。冻结管管材选择：冻结孔选用898mm20#低碳无缝钢管；测温孔选用898mm20#低碳无缝钢管。2.2.1主要冻结施工参数的确定（1） 积极期盐水温度-25-30。（2） 冻结孔偏斜率1%。（3）盾构进洞加固冻结孔最大终孔间距Lmax=lmax+2H=1.0m。（4）盾构进洞加固冻土平均发展速度v=28mm/d。（5）盾构进洞加固冻土墙交圈时间T=Lmax/2v=20天。（6）盾构进洞加固冻土墙达到设计强度的时间为30天。（考虑到水泥加固土体的水泥水化热，可能冻结时间要比原始土层要长一些）。（7）冷凝温度 +35。根据以上参数选定，当冻结孔最大间距处交圈时，冻土墙与槽壁完全胶结。2.2.2、冻结孔设计（1）冻结孔布置盾构进洞每个洞圈共布置水平冻结孔32个；见如下：施工示意图三施工示意图三（2）冻结孔施工冻结管、测温管和供液管规格冻结管选用898mm20#低碳钢无缝钢管，采用丝扣连接加焊接；测温管采用898mm无缝钢管。打钻设备选型水平冻结孔施工，选用MD-60A型钻机进行施工，冻结管连接采用丝扣加焊接或管箍焊接方式。钻孔使用灯光测斜，冻结孔终孔偏斜控制在1%以。选用BW-250/50型泥浆泵台，电机功率14.5KW。水平冻结孔施工方法：水平冻结孔施工较复杂，工序为：定位开孔与孔口管安装孔口装置安装钻孔测量封闭孔底部打压试验。具体如下：（1）定位开孔与孔口管安装：根据设计在隧道定好各孔位置。根据孔位在槽壁上定位开孔，首先注意槽壁主筋干涉时，调整孔位，用开孔器（配金刚石钻头取芯）按设计角度开孔，开孔直径130，当开到深度300时停止钻进，安装孔口管；孔口管的安装方法为：首先将孔口处凿平，安好四个膨胀螺丝，而后在孔口管的鱼鳞扣上缠好麻丝或棉丝等密封物，将孔口管砸进去，用膨胀螺丝上紧，上紧后，再去掉螺母，装上DN125闸阀，再将闸阀打开，用开孔器从闸阀开孔，开孔直径为110，一直将槽壁开穿，这时，如地层的水砂流量大，就与时关好闸门。（2）孔口装置安装：用螺丝将孔口装置装在闸阀上，注意加好密封垫片。详见如下示意图。由于外圈钻孔长度太长，无法采用打倾斜孔的方法来满足设计冻结厚度，故外圈冻结孔施工时需破坏端头井部分结构。施工中当第一个孔开通后，没有涌水涌砂，可继续开孔施工，但继续开孔仍要装孔口装置，防止突发涌水涌砂现象出现；若涌水涌砂较厉害，还应当进行注水泥浆（或双液浆）止水与地层补浆。（3）钻孔：按设计要求调整好钻机位置，并固定好，将钻头装入孔口装置，在孔口装置上接上1.5寸阀门，并将盘根轻压在盘根盒，首先采用干式钻进，当钻进费劲不进尺时，从钻机上进行注水钻进，同时打开小阀门，观察出水、出砂情况，利用阀门的开关控制出浆量，保证地面安全，不出现沉降。钻机选用MD-60A型锚杆钻机，钻机扭矩3000NM，推力25KN。 （4）封闭孔底部：用丝堵封闭好孔底部，具体方法是，利用接长杆将丝堵上到孔的底部，利用反扣在卸扣的同时，将丝堵上紧。（5）打压试验：封闭好孔口用手压泵打水到孔，至压力达到0.8MPa时，停止打压，关好闸门，经试压30min压力下降不超过0.05MPa,再延续15min压力保持不变为合格。（6）管漏：设计在管漏发生时的处理方法是：逐根提出孔管子，并用泥浆泵逐个焊缝打压，找出泄漏焊缝与