盾构进出洞施工冰冻法地基加固施工工艺

盾构进出洞施工冰冻法地基加固施工工艺

王力宋福中

宏润建设集团股份有限公司浙江宁波3157000

摘要：冰冻法地基加固是通过临时改变土层特性使之变成具有一定强度与隔水作用的冻土，在冻土帷幕的保护下进行盾构进出洞施工的工艺。主要由冷却水循环系统（设备降温）和盐水循环系统（交换地热）组成。其冰冻的基本原理是：在地面上打设一定数目的冻结孔并下放冻结管，利用冷冻机组将一定配比的盐水溶液降温，然后通过盐水泵将低温盐水送入冻结管内，流动的低温盐水将地热带出地面，再经过冷冻机组进入冻结管内，如此不断循环进行热交换便会形成以冻结管为中心的冻土圆柱，冻土圆柱不断扩展直至与相邻冻结圆柱搭接，最终受冻土体就成为具有一定强度和厚度的冻土墙或冻土帷幕，达到土体加固的目的。

引言：青草沙工程长江原水过江管工作井2#盾构出洞施工中，出洞段隧道轴线距地面33m，况且地处长兴岛，地下水较为丰富，经勘测承压水头较高，若采用常规地基加固方法流砂现象发生的概率较大。最终综合多方因素决定出洞段地基加固采用冰冻法地基加固，冻土墙的设计厚度为4.40m，冻结深度为24.50~42.50m，宽度为14.4m，积极冻结45天后，最终顺利出洞。

本文将介绍青草沙工程原水过江管工作井2#盾构西线出洞施工冰冻法地基加固的施工流程（具体的设计参数不做详细介绍）。

关键词：设备冻结孔施工测温孔施工

一、设备准备

（1）钻孔设备

XY-4型钻机2台；经纬仪；φ160mm金刚钻机；BW-200/50型泥浆泵2台。

2、冷冻与冷却设备

YSLGF231M1型低温盐水机组2套，TBSJ050.1型低温盐水机组2套，IS125-100-200盐水循环泵2台，盐水箱一个（容积3.4m3），R22冷冻剂，氯化钙；IS150-125-315冷却水循环泵2台（1台备用），DBNL3-100型冷却塔2台。

（2）管路设备

盐水干管和集、配液管均选用φ219×7mm钢管，集、配液管与羊角连接选用耐压不小于1MPa的2寸夹布胶管。

二、冻结孔与测温孔的施工

一般情况下第一排冻结孔距外井壁的距离为300~400mm，但是本工程中由于受500mm厚导墙的影响，将第一排冻结孔的距离定为800mm，并保持1%的倾斜度，这样在洞圈范围内第一排冻结孔距井壁的距离为340~500mm，基本满足常规要求。

因此每排冻结孔距地下连续墙外壁的距离分别为800mm（17个）、1300mm（16个）、2500mm（15个）、3700mm（14个），排内冻结孔间距为800mm。

地面上布置5个测温孔，深度为42.5m。冻结管采用φ127×5mm低碳钢无缝钢管，内衬管对焊连接；水平方向在洞口范围内布置14个深度为1m的测温孔。测温管采用φ40×2mmPVC上水管，采用管箍连接。

（1）钻孔与下管工作

首先按冻结孔设计位置固定钻机，用φ160mm取芯钻开孔，正常钻进时用三翼钻头钻进。为了保证钻孔精度，开孔段钻进是关键，钻进前5m钻孔时，要反复校核钻杆垂直度、调整钻机位置，并采用减压钻进。

每钻完一个孔后进行下管工作：先将第一根管的底部焊接密封，然后将之与其它钢管焊接下放。此阶段应保证钢管底部，钢管之间的焊接效果，保证有充足的密封性，下放完毕后用木塞等封堵管口，以免异物掉进冻结管，进行下一个冻结孔的钻孔下管施工。

（2）测斜与测漏工作

下好冻结管后，采用经纬仪灯光测斜法测斜，钻孔的偏斜率控制在1%以内，若超过此数值则在相邻位置重新钻孔下管。

为了保证冻结管的密封效果，测斜工作完毕后需进行打压侧漏工作：先向冻结管里加水（水面距管口10cm左右），然后密闭焊接带有阀门和压力表的侧漏管，并通过阀门向冻结管内打气加压至1.0~1.2MPa，20分钟后气压稳定则为密封合格，如果气压不合格时需拔出该冻结管，进行重新焊接、下管、测漏工作，直至密封性达标。

测温孔的施工同冻结孔的施工，深度为42.5m。

（3）供液管的施工

冻结管施工完毕后在冻结管内下入一长一短两根盐水供液管。长管深度为42.5m，为进液管；短管深度为24.5m，为出液管。施工时将短管底部切除一部分以增大回液面积，并将冻结管管口焊接密封。供液管采用φ38×2.5mm焊接钢管。

因此有效冻结范围为距管底向上18m内。

（4）管路连接

所有供液管下放完毕后进行管路连接工作。整个系统的管路分为去、回两路（φ219×7mm钢管），冻结管之间采用串并联的方式连接，两个孔串联成一组，并根据组数在去回路上布置相应数目的进出液孔，各组并联与去、回路连接。管路连接简图如下所示：

（5）冻结效果检测标准

待所有管路连接完毕、设备调试正常后则可开始进行积极冻结，冻结期间最低盐水温度为-28~-30℃，并要求冻结7天达到-20℃以下，一般的冻结期为30天，本次施工由于特殊原因冻结期定为45天。积极冻结期完成后通过测温孔温度演算判断是否达到设计要求，如果满足要求则进行进拔管出洞的相关施工。