杭州地铁1号线滨江站右线盾构出洞盐水冻结方案.docx
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杭州地铁1号线滨江站右线盾构出洞盐水冻结方案
杭州地铁1号线滨江站
右线盾构出洞盐水冻结
方案
中煤第五建设公司上海分公司
二OO八年六月
1．工程概况
滨江站～富春路站区间为杭州地铁1号线工程穿越钱塘江全地下区间，里程范围为K5+880.3～K8+835.859，区间左线长为2.946km,区间右线总长为2.956km。
本区间隧道始于滨江站（江南大道～江陵路路口），沿江陵路向西北方向前行，过丹枫路、滨盛路、规化支路，至江南风井进洞，随后盾构机江南风井出洞继续向西北推进，过闻涛路，穿越南岸江堤和钱塘江，过江后穿越北岸江堤和之江路，再推进至江北风井进洞，盾构机在江北风井出洞后继续向西北沿婺江路推进至富春路站进洞，整条隧道完成。
江南风井位于江陵路～闻涛路路口，江北风井位于之江路～婺江路路口，区间隧道采用2台盾构机先后从滨江站始发，穿越江南、江北风井后抵达富春路站。
滨江站盾构始发区域先期已进行了深层搅拌桩和夹心旋喷施工。
由于一些不可预见性问题，右线隧道出洞开样孔中，其中有出现出水出砂现象，鉴于工期等现场的其他工况条件，为确保盾构出洞的安全，现拟采取盐水冻结法进行封水堵漏加固土体的措施，在进行破洞门割除钢筋，进行盾构推出洞。
拟冻结加固深度为19.25m。
2．施工方案及工艺
根据资料提供，左线隧道盾构先进行出洞推进，待盾构推进50环后，再进行右线隧道盾构出洞推进；左线隧道盾构出洞采用液氮冻结处理加固土体，右线隧道推进工期比较宽余，拟采用盐水冻结加固处理盾构出洞口的土体的方案。
根据上述施工条件结合我公司多年冻结施工经验，拟采用盐水螺杆机组垂直局部冻结方案；还根据其它施工情况和施工工期的安排，采用盐水机组冻结方案能满足工期和封水加固的要求。
为保证盾构顺利出洞，并确保安全施工的情况下，设计盐水冻结方案进行盾构出洞段的封水加固。
3.冻结封水处理方案设计
3.1冻结帷幕设计
设计在盾构出洞段加固土体前打设两排垂直冻结孔的方案，将盾构出洞段搅拌加固和高压旋喷加固的漏水通道冻结封闭。
根据出洞段的水文地质资料，及我公司多年施工经验，设计板块的冻土墙平均温度为-10℃，该土层冻土各参数取值为抗压强度σ压=3.5Mpa,抗拉强度σ拉=2Mpa，抗剪强度τ剪=1.6Mpa。
3.2冻土墙厚度h的确定
该盾构出洞口冻结加固体，其承受的荷载、计算模型及冻结管布置的示意图如图1所示：
（1）计算水土压力：
洞口的中心埋深为12.865m（计算取埋深最深的盾构出洞口处隧道中心标高），当处理洞直径为6.7m时，处理洞口的底缘深度为16.215m。
则按重液公式计算得到水土压力为：
P=0.013H=0.210Mpa
图1冻土洞加固体、荷计算模型及冻结管布置示意图
（2）假定加固体为整体板块而承受水压力，运用日本计算理论计算加固体的厚度：
，计算的冻土墙厚度为1.68m.
表1运用日本计算理论的数据及结果
冻土平均温度℃
冻土弯拉强度σ
水土压力
P
加固体开挖内直径D
系数
β
完全系数
k
计算加固体厚度h
-10℃
2MPa
0.21MPa
6.7m
1.2
2.0
1.68m
（3）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
表2运用运用我国建筑结构静力计算理论计算数据结果
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
k
0.21MPa
6.7m
0.35
1.68m
1.04MPa
2MPa
1.92
σmax《σ-10℃
（4）剪切验算加固体厚度
沿盾构处理切口周边验算加固体剪切应力
表3剪切应力验算数据及结果
水土压力
P
加固体开挖内直径D
计算加固体
h
最大剪切应力τ
冻土抗剪强度
τ-10℃
安全系数
k
0.21MPa
6.7m
1.68m
τmax=0.209MPa
τ-10℃=1.6MPa
7.6
τmax《τ-10℃
根据以上计算结果并结合我公司类似工程冻结施工经验，冻土墙厚度h
盾构切口处理冻结壁厚度取1.7m
3.3冻结孔的布置：
为了封好水，并根据要求，对已知的漏水点进行布孔冻结，设计冻结孔的布置见下图（冻结孔布置图）。
采用全深冻结双排水平冻结孔，冻结管选用直径127*5mm20#低碳钢无缝钢管；冻结孔数23个，冻结孔间距为0.8m，排间距为0.7m，设计最大终孔间距为1.2m，距槽壁之间的距离为0.3m，冻结孔深为19.25m，采用局部冻结方案即地表以下6.7m不冻，冻结范围为6.7～19.25m。
右线隧道
右线隧道
3.4制冷设计
3.4.1冻结参数确定
（1）设计盐水温度为-25℃～-30℃。
（2）冻结孔单孔流量不小于5
/h
（3）冻结孔终孔间距Lmax≤1200mm，冻土发展速度取25/d，冻结帷幕交圈时间为24天，达到设计厚度时间为35天。
（4）积极冻结达到开挖时间为35天，维护冻结时间为7天。
（5）测温孔3个，深度为9.1～19.25m，布置在内测和外侧，不布置在盾构进行区域内。
具体位置视现场情况而定。
3.4.2需冷量和冷冻机选型
冻结需冷量由下式计算：
Q=1.3*π*d*H*K
式中：
H－冻结长度
d－冻结管直径
K－冻结管散热系数；300Kcal/h*
将上述参数带入公式得：
Q=44946Kcal/h
选用YSLGF300Ⅱ型螺杆机组一台套，设计单台机组工况制冷量为87500Kcal/h，单台电机功率110KW。
3.4.3冻结系统辅助设备
（1）盐水循环泵选用IS125-100～200型1台，单台流量200
/h，电机功率45KW。
（2）冷却水循环选用S125-100～200C型1台，单台流量120
/h，电机功率18KW。
（3）冷却塔选用NBL-50型2台，补充新鲜水10
/h。
3.4.4管路选择
（1）冻结管选用φ127*4.5mm,20#低碳无缝钢管。
（2）测温孔管选用φ45*3.5mm20#低碳无缝钢管。
（3）供液管选用
”钢管，采用焊接连接。
（4）盐水干管和集配液圈选用φ159*6mm无缝钢管。
（5）冷却水管选用φ127*4.5mm供水钢管。
3.4.5用电负荷：
用电负荷约220kw/h。
3.4.6其它
（1）冷冻机油选用N46冷冻机油。
（2）制冷剂选用氟利昂R-22.
（3）冷媒剂选用氯化钙溶液。
3.5冻结孔施工
（1）钻孔工程量：
单个出洞垂直冻结孔总长832.2m，两个总计1664.4m；单个出洞垂直测温孔总长86.6m,两个总计173.2m。
（2）冻结管、测温管和供液管规格
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
”焊管；测温管采用φ50*3无缝钢管。
（3）打钻设备选型
打钻选用XY-1C型钻机2台，电机功率22KW，钻孔使用灯光测斜，选用BW-160/50型泥浆泵2台，电机功率14.5KW。
（4）局部冻结工艺
采用局部冻结工艺可以有效的防止冻胀和融沉现象，对工程的不利影响、减少
制冷量和有效的保护环境。
局部冻结器加工示意图见图。
（5）打压试验：
封闭好孔口用手压泵打水到孔内，至压力达到0.8MPa时，停止打压，关好闸门，观测压力变化情况，30分钟内压力无变化合格。
4盾构破槽壁出洞冻结应具备的条件
（1）冻结系统各孔组之间、盐水去回路温差不大于-1.2℃。
盐水总去、回路
温差不大于2℃
（2）单孔、组盐水流量≥5
/h
（3）积极冻结7天盐水降至-18℃以下，积极冻结15天盐水温度下降至-24℃，冻结系统正常运转期间、盐水温度降至-25℃～-30℃以下；冻结管无盐水漏失。
（4）积极冻结时间要达到设计天数或以上。
（5）选择合理测温孔测点温度，计算冻结壁厚度及平均温度达到设计值，即实际冻结厚度≥1.7m,冻土平均温度≤-10℃。
（6）打探孔无水，且探孔内温度在0℃以下已结冰。
（7）经验收通过后，方可将洞门混凝土全部凿除、盾构机出洞。
5拔冻结管措施
5.1拔管方案
利用人工局部解冻的方案，进行拔管，具体方法如下：
利用热盐水在冻结器里循环，使冻结管周围的冻土融化达到50mm～100mm时，开始拔管。
（1）盐水加热
用一只2
左右的盐水箱储存盐水，，用15～45kw的电热丝进行加热盐水。
（2）盐水循环
利用流量为10
/h盐水泵循环盐水，先利用30～40℃的盐水循环5分钟左右，然后60℃～80℃的盐水循环达30分钟左右，当回路盐水温度上升到25～30℃时，即可进行边循环边试拔。
5.2冻结管起拔
（1）起拔
用两个10吨的千斤顶进行试拔，拔起0.5m左右时，便可以停止循环热盐水，用压风将管内盐水排出。
然后用吊车快速拔出冻结管。
拔管注意冻结管与挂钩要成一线，冻结管不能蹩劲，拔管时要常转动冻结管，冻结管不能硬拔，如拔不动时，要继续循环热盐水解冻，直至拔起冻结管道设计长度。
见如下拔管示意图。
（2）拔管顺序
Ⅰ、拔管要在盾构机进入破开的槽壁内，且安装好密封装置后进行，盾构头部距冻土墙不小于0.2m，以防影响拔管。
Ⅱ、依次先拔第一、第二、第三排盾构行进区的冻结管，不需完全解冻。
将板块隧道内冻结管拔至隧道顶板以上0.5m左右，并作二次准备。
Ⅲ、在隧道范围内所有的冻结管全部拔出盾构顶板以上后，盾构方可以开始推进，防止盾构推进系统损坏冻结管。
Ⅳ、待盾构全部出洞后，再拔起盾构行进区以外的冻结管。
Ⅴ、最后每拔完一根冻结管要及时进行填充，在隧道顶板以下充填黄砂，隧道顶板以上填充水泥浆，并添加适量的速凝剂，使其快速凝固，防止盾构在推进过程中泥浆从孔中串出。
6工期：
（1）准备2天
（2）钻孔20天
（3）冻结器安装2天
（4）积极冻结35天
（5）维护冻结7天
（6）施工总工期66天
7施工人员组织
工种
钻工
焊工
制冷工
电工
材料员
管理人员
人数
12
3
12
2
2
4
合计
35人
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