盾构端头垂直冻结加固方案.docx

1、盾构端头垂直冻结加固方案1工程概况1.1工程简介江苏地铁3号线D3-TA02标土建五工区，位于江苏省江苏市建邺区，线路出东青石站后沿既有泰山路东北方向前行，经过一对R=350的反曲线调整后转入黄山路，下穿相子桥后到达应天路站。出应天路站后沿南湖路前行，下穿幸福河及金虹桥桥后到达省第二中医院站。施工范围：东青石站、东青石站应天路站区间、应天路站、应天路站省第二中医院站区间。两段区间隧道均采用盾构法隧道施工，隧道长度约4km。1.2盾构端头加固形式设计盾构始发、接收端头井加固采用旋喷桩配合搅拌桩加固方式+双排垂直冻结孔（省第二中医院站北端头井无垂直冻结孔）进行补强加固形。搅拌桩采用850600mm

2、三轴搅拌桩加固，盾构加固长度912m，加固宽度为盾构隧道结构外侧3m，搅拌桩及旋喷桩竖向加固范围为隧道结构上下各3m范围，有效加固长度12.6m；搅拌桩与围护间500mm空隙采用单排800400三重管旋喷桩加固，与围护结构进行旋喷桩包角处理。盾构施工总体筹划如下图所示。图1.2-1 盾构施工总体筹划图1.3工程地质及水文地质1.3.1地形地貌工程处于长江漫滩平原地貌单元，区间沿线地势平坦。1.3.2工程地质条件（1）东青石站北端头根据详勘报告，其中盾构通过的地层主要为-4d2粉细砂层，上部有-3d3-4粉砂层及-2b4淤泥质粉质粘土层。其地质剖面图如下图1.3-1所示。图1.3-1东青石站北端

3、头地质剖面图（2）应天路站南端头根据详勘报告，其中盾构通过的地层主要为-3d3-4粉砂层及-4d2粉细砂层，其地质剖面图如下图1.3-2所示。图1.3-2应天路站南端头地质剖面图（3）应天路站北端头根据详勘报告，其中盾构通过的地层主要为-3d3-4粉砂层及-4d2粉细砂层，其地质剖面图如下图1.3-3所示。图1.3-3应天路站北端头地质剖面图1.3.3水文地质拟建场区的孔隙潜水、承压水和基岩裂隙水三种类型。（1）孔隙潜水潜水主要赋存于层填土、新近沉积粘性土层中。其中，人工填土层由粉质粘土夹碎石、碎砖混填，其透水性不均匀，该土层的大孔隙往往成为地下水的赋存空间。全新世沉积软弱粘性土-2b4淤泥质

4、粉质粘土饱含地下水，但富水性弱，透水性弱。（2）承压水-3d3-4层粉砂与下伏-4d2层粉细砂、-5d1层中细砂、-5e层中粗砂混卵砾石连通，构成孔隙水含水层组。因上覆有微透水的淤泥质粉质粘土作为相对隔水层，该含水层具有承压性。（3）基岩裂隙水基岩主要为泥岩，上部强风化岩层风化裂隙发育，富含少量地下水，但场地基岩埋藏较深，基岩裂隙水对拟建工程实际影响较小。1.3.4气候条件江苏地区属北亚热带季风气候区，四季分明，雨水充沛，光能资源充足，年平均温度为15.7，最高气温43（1934年7月13日），最低气温-16.9（1955年1月6日），最热月平均温度28.1，最冷月平均温度-2.1。年平均降雨

5、117天，降雨量1106.5mm，最大平均湿度81%。最大风速19.8m/s。土壤最大冻结深度-0.09m。夏季主导风向为东南、东风，冬季主导风为向东北、东风。地震烈度7度。无霜期237天。每年6月下旬到7月中旬为梅雨季节。多年平均蒸发量在1000mm左右，69月蒸发量占总蒸发量的一半左右，年际变化也较大，从多年资料分析，本区蒸发量略小于降水量。历年来，经常出现突发性暴雨，造成秦淮河水位猛涨，发生洪涝灾害。建国以来，特大洪水出现过6次，分别为1949年、1954年、1969年、1991年、2003、2007年。2007年7月7日江苏江宁区降雨量超过了300mm，突破百年来的最大降水量。1.3.

6、5区间端头概况图1.3-4应天路站南端头现场布置图1.3-5应天路站北端头现场布置图1.3-6东青石站北端头现场布置各端头场地情况相似，场地宽阔，施工时注意冷冻管的保护，并做好应急措施即可保证工程顺利开展。1.4垂直冻结设计1.4.1冻结帷幕设计由于进、出洞施工前洞门处地基采用三轴搅拌桩及高压旋喷加固，结合工程地质条件及同类工程施工经验，本工程进出洞均采用地面垂直冻结法进行辅助地基加固，加固目的主要考虑旋喷桩加搅拌桩的加固体与洞门槽壁的间隙封水，加固范围为自地面至盾构向下3m，盾构左右各3m，冻结壁厚度为1.8m。选用冻结法加固土体具有冻结壁均匀性好，与洞门槽壁之间结合严密，强度高，封水性好，

7、安全可靠的优点，极适于本工程地质条件的土体加固，冻结加固范围示意图见1.4-1。图1.4-1 垂直冻结加固冻结壁平、剖面示意图1.4.2冻结孔的布置(单个洞门)采取两排孔冻结方式，每个洞门布置29个冻结孔，梅花布置，采用垂直冻结方案，第一排孔数15个，距地墙0.4m,孔间距0.80m；第二排孔数14个，孔间距0.80m，与第一排排距为0.8m。冷冻管选用898mm的20#低碳无缝钢管。1.4.3测温孔布置单个洞门共布置2个测温孔。目的主要是测量冻结帷幕范围不同部位的温度发展状况，以便综合采用相应控制措施，确保施工的安全。测温孔管材选用453mm低碳无缝钢管。图1.4-2单个洞门垂直冻结孔、测温

8、孔布置平面图表1.4-1 主要冻结施工参数一览表序号参数名称单位参数备 注东青石站北端头应天路站南端头应天路站北端头省第二中医院站南端头1冻结单孔深度m19.21619.03619.2562冻结帷幕设计厚度m1.83冻结帷幕平均温度-104积极冻结时间天355冻结孔（总）数个29单个洞门6冻结孔（总）长度m595.696590.116596.9367冻结孔开孔间距m0.808冻结孔与槽壁间距m0.49冻结孔偏斜率mm20010设计最低盐水温度-28-30冻结7天盐水温度达到-18以下11单孔盐水流量m3/h5712冻结管规格mm89820#低碳钢无缝钢管13测温孔总数个2（单洞）453mm14

9、冷冻机150WDEDD台2单个洞门15XY-2型钻机台116最大用电量kw2202编制依据2.1编制依据（1）江苏地铁3号线D3-TA02标土建五工区区间隧道盾构接收及始发垂直冻结加固招标文件；（2）江苏地铁3号线D3-TA02标土建五工区区间地质勘察报告；（3）江苏地铁3号线D3-TA02标土建五工区区间 第一分册 端头加固图；（4）煤矿井巷工程施工规范（GB50511-2010）；（5）建筑基坑工程技术规范（附条文说明）（YB9258-1997）；（6）煤矿井巷工程质量验收规范（GB50213-2010）；（7）地基处理技术规范（DGTJ08-40-2010）；（8）建筑地基处理技术规范（

10、JGJ79-2012）；（9）建筑地基基础工程施工质量验收标准（GB50202-2018）；（10）地下铁道工程施工质量验收标准两册（GB/T50299-2018）；（11）盾构法隧道施工及验收规范（GB50446-2017）；（12）施工现场临时用电安全技术规范(附条文说明）（JGJ46-2005）（13）住建部（2018）37号令 危险性较大的分部分项工程安全管理规定；（14）住房和城乡建设部办公厅关于实施危险性较大的分部分项工程安全管理规定有关问题的通知（建办质（2018）31号）；（15）中铁X工程局集团有限公司施工技术管理办法、项目管理手册（第二版）；（16）参考旁通道冻结法技术规程

11、DG/TJ08-902-2006，X市工程建设规范（17）我单位多年从类似工程的施工经验。（18）江苏地铁2号线D3-TA02标盾构区间实施性施工组织设计。（19）国家或江苏市现行有关施工及验收规范、规程、质量技术标准等方面的规定；2.2编制原则（1）严格执行基本建设程序，认真贯彻国家关于基本建设方面的有关方针、政策和规定；（2）在充分研究设计图纸、施工资料及认真勘察工地现场的基础上，采用先进合理、安全可靠、经济可行的施工方案；（3）确保建设单位对工期、质量、安全方面的要求，根据工程特点部署施工机构，采用优化的施工方案，合理安排各专业施工方法和工序的连接，确保按期完成施工计划；（4）充分考虑环

12、境保护、文明施工等要求，确保施工顺利展开；（5）充分考虑和研究工程特点和难点，紧密围绕施工主线，配足配强现场管理机构和施工队伍，投入先进、配套的施工机械设备，均衡、高效组织施工生产，确保工程目标的实现。3施工进度计划3.1工期安排冻结加固根据盾构始发及接收时间，结合冻结孔及积极冻结时间，保证在始发或接收前冻结效果达到设计要求。通常情况下提前两个月开始冻结孔施工能够达到要求。根据以往同类地层冻结有关经验，冻土平均发展速度均约为25mm/d，则冻结壁达到设计强度要求冻结时间约为35天。表3.1-1单个洞门施工进度计划依据工期计划，东青石站北端头冷冻开始时间预计为2019年8月4日，冻结完成时间20

13、19年10月4日，应天路站南端头冷冻开始时间约为2020年2月11日，冻结完成时间2020年4月11日，应天路站北端头冷冻开始时间约为2020年6月1日，冻结完成时间2020年8月1日。3.2工期保证措施3.2.1工期保证的管理措施（1）建立精干、务实、高效的项目领导班子配备责任心强、业务精、技术好、组织能力强的项目领导班子，全权负责本工程的施工和管理，实行值班经理制，保证管理到位，及时使得工程施工全过程处于受控状态，确保工程按期优质完工。（2）主动协调，争取早开工以保障工期 积极与总包方和各施工单位沟通协商，解决施工场地等问题。成立以项目经理为首的接口协调管理小组，设专人负责与相关的其他施工

14、单位、设计部门、业主等相关单位的协调配合工作。（3）加强组织管理保障工期成立项目经理部。项目经理部的主要施工负责人和管理人员均由参加过类似工程施工的人员组成，以充分利用丰富的施工经验组织施工。项目经理部全面负责施工的统筹、协调和控制工作，抓好工序衔接和关键工序。每天由工程技术部门召开各作业班组计划会，落实当日计划完成情况及确定第二天工作计划。每周组织召开周进度计划大会，项目经理参加，落实当周计划完成情况及确定下周工作计划，重大问题及时报公司组织协调实施。全面落实经济承包责任制与分阶段保工期奖，将职工的经济收入与生产质量、进度、安全直接挂钩，调动职工的劳动积极性与创造性。（4）强化资源调配保障工

15、期 精心组织、周密安排，提前做好材料与机械设备及其配件租用和购买合同的签订工作，保证材料设备提前到位，避免停工待料。生产计划中必须附有详细的劳动力、材料、机具设备的供应计划，且必须保证满足进度计划实现的要求。根据每天的进出料和用料记录等详细资料，制定物资采购计划，使材料与设备供应满足进度计划的均衡性要求。检查和调节好施工中劳动力、机具和物资供应的不平衡情况。（5）强化施工现场管理，保证施工井然有序严格坚持落实每周工地施工协调会制度，作好每日工程进度安排，确保各项计划的落实。实行奖罚机制，对项目的主要管理者实行工期风险抵押制度，制定工期奖罚措施；制定各工序的操作规程和质量标准，强化施工现场管理，

16、做到文明施工，努力实现施工作业，施工管理标准化、科学化，使施工生产有条不紊。3.2.2工期保证的技术措施（1）做好各项工作的衔接对各项工作制约条件进行充分的分析，提前做好各阶段的准备工作，尽可能安排工序的交叉和平行作业。（2）采取措施，确保工期加强与总包方及其他有关部门的协调力度并积极配合，以保证洞门加固施工。（3）进行风险预测，提高应变能力制定风险预防与规避措施，提高抗风险的能力，保证施工安全，减少突发事件对施工进度的影响，提高风险时期的应变能力。（4）加强技术管理提前做好图纸会审交底工作，及时与设计单位联系解决，避免耽误施工。根据施工总进度的安排，编制施工生产计划，建立生产分析会议制度，组

17、织有关人员学习招标文件、技术规范与施工监理程序，准确掌握施工要求的标准与程序；提前做好各分项工程的施工方案与材料试验，及时申报开工，及时提交竣工验收。搞好工程的统筹、计划工作，制定阶段目标，科学合理安排施工工序。所配备的人员都是两班制,具有一天二十四小时工作的能力.夜间施工期间,搞好照明工作,保证工人有良好的工作环境。为防止冻结孔受雨水浸泡，冻结孔高出地面不小于200mm，冻结区域场地做好排水系统，场地水泥硬化，必要时用雨布对冻结孔进行覆盖，这样既可保温，又可以做到防雨。3.3人员及设备投入3.3.1所需人员打钻 10人冻结 10人（含4名管理人员）总计20人3.3.2主要冻结加固材料清单表3

18、.3-1 冻结施工主要设备及材料用量表（单洞）编号项目单位数量备注一主要设备1120WDEDD冷冻机台2一用一备2IS125-100-200盐水泵台2一用一备3IS125-100-200C清水泵台2一用一备5测斜仪台16测温仪台17NBL-50冷却塔台28XY-2型钻机台19电焊机台2二主要材料1898 mm无缝钢管M20#低碳钢21596 mm无缝钢管M1503403 mm钢管M25004高压胶管M500耐压0.8Mpa5冷冻机油KG400N466氟利昂R22KG8007氯化钙T308159阀门只691275mmM15010保温材料M210011三翼刮刀钻头只2995人员及设备进场时间预计如

19、下：东青石站北端头进场时间为2019年8月4日，应天路站南端头进场时间约为2020年2月11日，应天路站北端头进场时间约为2020年6月1日。4施工工艺技术4.1制冷设计（1）冻结参数确定积极冻结期盐水温度为-28-30。冻结孔的终孔间距Lmax1200mm，冻结交圈时间按冻土发展速度25mm/天计算，考虑最大偏差，1200 mm /2600 mm，600/2524 （天）冻结帷幕交圈时间为24天，达到设计厚度时间为35天。按冻土发展速度25mm/天计算，冻结35天冻土发展半径达到875 mm（3525875mm）积极冻结时间为35天。冻结孔布置29个。测温孔布置2个。（2）需冷量和冷冻机选型

20、冻结需冷量计算：Q=1.3dHK式中:H冻结总长度m；d冻结管直径,0.089m； K冻结管散热系数,取300Kcal/m2h；将上述参数代入公式得：Q东青石站北=1.3dHK =20.14104Kcal/h，Q应天路站南=1.3dHK =19.95104Kcal /hQ应天路站北=1.3dHK =20.18104Kcal /h根据需冷量计算，单个洞门选用冷冻机组120WDEDD型螺杆机两台套（一台备用），其单台机组工况制冷量为87500Kcal/h，电机功率136KW。能满足冻结能量要求。（3）冻结系统辅助设备盐水循环泵选用IS125-100200型2台，流量200m3/h，电机功率30KW

21、。冷却水循环选用IS125-100200C型1台，流量200m3/h，电机功率30KW。冷却塔选用NBL-50型二台，补充新鲜水15m3/h。（4）管路选择冻结管选用898mm,20#低碳钢无缝钢管,手工电弧焊焊接。测温孔管材选用453mm,无缝钢管。供液管管材选用403mm钢管，采用焊接连接。盐水干管和集配液圈选用1596mm无缝钢管。冷却水管选用1275mm钢管。（5）用电负荷 总用电负荷约220kw/h。（6）其它冷冻机油选用N46冷冻机油、制冷剂选用氟利昂R-22、 冷媒剂选用氯化钙溶液、冷冻站布置在地面上。4.2施工工艺见下图冻结站安装与钻孔施工同时进行，钻孔施工结束即可转入冻结器安

22、装阶段。后再对土体进行冻结加固。具体施工工艺见下图。图4.2-1 冻结法施工进出洞工程流程图4.3冻结施工4.3.1钻孔施工 冻结孔施工工序为：钻孔测斜密封试验。4.3.2钻孔（1）打钻选用XY-2型钻机1台，电机功率22.0KW，钻孔使用灯光测斜，选用BW-250/50型泥浆泵一台，电机功率14.5KW。（2）开孔误差不大于50mm。（3）冻结管选用898mm20#低碳钢无缝钢管，采用外接箍对焊连接方式；供液管管材采用403mm焊管；测温管管材采用453mm无缝钢管。4.3.3测斜利用经纬仪结合灯光对每个成孔进行测斜，最大偏斜控制在200mm以内，不宜内偏。 4.3.4密封试验将成孔管内注清

23、水进行冻结管密封试验，试验压力控制在0.8MPa以上，前30分钟内压力下降不超过0.05MPa，后15分钟压力无变化为合格。4.3.5技术要点（1）依据施工基准点，按冻结孔施工图布置冻结孔。孔位偏差不应大于50mm。（2）选用XY-2型钻机，配备BW-250/50型泥浆泵。土层用100mm的三翼刮刀钻头钻进。（3）为了保证钻进精度，开孔段是关键。钻进前5m时，要反复校核钻杆垂直度，调整钻机位置，并采用减压钻进，检测偏斜无问题后方可继续钻进。（4）冻结管下入孔内前要先配管，保证冻结管同心度。焊接时，焊缝要饱满，保证冻结管有足够强度，以免拔管时冻结管断裂。下好冻结管后，采用经纬仪灯光测斜法检测，然

24、后复测冻结孔深度，并进行打压试漏。冻结孔试漏压力控制在0.8MPa，稳定30分钟压力无变化或前30分钟压降0.05MPa，后15分钟不降为试压合格。（5）试压不合格的冻结管必须进行处理达到密封要求后方可使用。可逐根提出孔内管，并用泥浆泵对逐个焊缝打压，找出泄漏焊缝及原因，及时处理，并作好记录，二次下入后仍须自检。（6）在冻结管内下入供液管。供液管底端连接300mm长的支架，12钢筋焊接。然后安装去、回路羊角和冻结管端盖。（7）冻结管安装完毕后，用木塞等堵住管口，以免异物掉进冻结管。（8）测温孔施工方法与冻结管相同。4.4积极冻结4.4.1冻结制冷施工工艺（1）冻结站布置与设备安装冻结站布置在端

25、头附近地面上。站内设备主要包括冷冻机组、配电柜、盐水箱、盐水泵、冷却水泵、冷却塔及冷却水池等。冻结站安装包括氟系统、盐水系统及冷却水系统安装，要求根据冻结站的总体设计，按照先设备后管路的安装程序和施工图的技术要求，将三大循环系统分别进行安装，并按井巷工程施工及验收规范要求试压、检查验收。图4.4-1 冻结站布置平面图设备安装按设备使用说明书的要求进行。（2）管路连接、保温与测试仪表安装盐水和冷却水管路用法兰连接，并用管架架设。盐水管路要离地面安装，避免浸水和高低起伏。集配液圈与冻结管的连接用高压胶管，冻结管每12个一串联，串联尽量间隔进行，应以每组冻结孔总长度相近或每路盐水循环阻力接近为宜。在

26、配液圈与冻结器之间安装阀门二个，以便控制冻结器盐水流量。在冷冻机进出水管上安装温度计，在去、回路盐水管路上安装压力表、温度传感器和控制阀门。在盐水箱安装液面传感器。在去路盐水干管上安装单向阀。在盐水管路的高处安装放气阀。冷冻机组的蒸发器及低温管路、盐水箱、盐水干管表面用30mm厚的保温材料保温。温度计、压力表安装要按有关规范进行。（3）溶解氯化钙和机组充氟、加油先在盐水箱内注入约1/4的清水，盐水箱上部要设过滤网，然后，启动盐水泵并逐步加入固体氯化钙，直至盐水浓度达到设计要求。溶解氯化钙时要除去杂质。盐水箱内的盐水不能灌得太满，以免高于盐水箱口的冻结管盐水回流时溢出盐水箱。机组充氟和冷冻机加油

27、按照设备使用说明书的要求进行。首先进行制冷系统的检漏和氮气冲洗，在确保系统无渗漏后，再充氟加油。（4）积极冻结冻结系统试运转与积极冻结设备安装完毕后进行调试和试运转。在试运转时，要随时调节压力、温度等各状态参数，使机组在有关工艺规程和设计要求的技术参数条件下运行。在冻结过程中，每天检测盐水温度、盐水流量和冻土壁扩展情况，必要时调整冻结系统运行参数。冻结系统运转正常后进入积极冻结。每天检测测温孔温度，并根据测温数据，分析冻结壁的扩展速度和厚度，预计冻结壁达到设计厚度时间。（5）维护冻结实测冻结壁温度和厚度达到设计值后，打开探孔确认无泥水涌出，即可拔管进出洞。若此时盾构还未达到进出洞位置可进行维护

28、冻结，但维护冻结盐水温度不宜高于-25。待盾构机完全进出洞后即可停止冻结。4.4.2冻结监测内容（1）冻结器去回路盐水温度；（2）冷却循环水进出水温度；（3）冷冻机吸排气温度；（4）盐水泵工作压力；（5）冷冻机吸排气压力；（6）制冷系统冷凝压力；（7）制冷系统汽化压力；（8）冻结帷幕温度场的监测。4.4.3冻结加固主要技术要求 （1）冻结孔开孔位置误差不大于50mm，在施工受限时可适当调整孔位或调整钻孔角度，但要保证不超过最大孔间距，第一排冻结孔距地连墙不超过500mm。（2）冻结孔终孔最大允许间距为1200mm。测温孔偏斜不能大于200mm（3）冻结孔钻进深度不小于设计值，不大于设计0.5m

29、。不能循环盐水的管头长度不得大于150mm。（4）冻结管耐压不低于0.8MPa，并且不低于冻结工作面盐水压力的1.5 倍。（5）施工冻结孔时的土体流失量不得大于冻结孔体积，否则应及时进行注浆控制地层沉降。（6）施工成孔后，必须进行打压试验，并满足设计打压要求。（7）设计积极冻结时间为35 天。要求冻结孔单孔流量不小于5m3/h；积极冻结7天盐水温度降至-18以下；冻结15 天盐水温度降至-24以下；冻结30天盐水温度降至-28以下，去、回路盐水温差不大于2。如盐水温度和盐水流量达不到设计要求，应延长积极冻结时间。（8）冻结孔布置圈冻结壁与地连墙交界处温度不高于5，其他部位冻结壁平均温度为10及以下。（9）积极冻结时，在冻结区附近不得采取降水措施。在冻结区内土层中不得有集中水流。（10）在洞门凿除及盾构进出洞前冰冻土体应有良好的自立性，并确保在凿除洞门过程中正面冰冻土体不产生渗水现象。（11）洞门分层凿除时间过长时要在凿除面上敷设保温层，保温层采用阻燃的软质塑料泡沫软板，厚度30mm，导热系数不大于0.04W/Mk。实测冻结壁温度和厚度达到设计值后，打开探孔确认无泥