垂直局部冷冻施工工艺在盾构进洞中的应用
冻结技术在盾构工程中的应用浅析
冻结技术在盾构工程中的应用浅析引言随着我国城市地下建筑业的兴起，在市政工程中，煤炭行业冻结凿井法作为一种有效的处理松软地层的特殊技术，越来越显示出其优越性。
在北京、上海、广州等地的地铁建设中，冻结技术的应用已取得了很好的效果。
目前，天津市市政工程即将进入建设高峰期，冻结技术也已作为一种较成熟的施工工艺应用到现场施工中，主要工程有盾构进出洞及旁通道、泵站施工。
冻结法加固土体作为一种较成熟的工艺已经广泛应用与各类工程中，市场开发前景广阔，在进洞工程中，冻结法施工所形成的冻结帷幕具有均匀性好、强度高、隔水性好等优点，再结合洞圈钢板加焊盾尾刷、降水井等措施可有效地降低盾构进洞的风险。
由于冻结法施工工期较长，难度和风险较大，所以目前工程中使用的设计方法大多偏于保守，即加大冻结壁厚度或降低冻结温度，而且一般多采用短距离水平冻结加固土体实施盾构进洞工程，超长水平冻结技术应用较少，结合天津站站地质条件复杂，地面建筑物分布密集，地理位置极其重要及施工限制条件多的特点，首次尝试超长水平冻结并取得圆满成功。
该工程特点：（1）地质条件复杂，该进洞区域下部位于含承压水砂层中，水头压力达3.5bar，所处地层水中具有一定的含盐量，含盐量对冻结土层温度和强度都有一定影响。
（20盾构进洞是隧道施工过程中重大风险点，尤其该进洞工程处于天津站下方，距离进洞口位置旁侧约14米是京津城际列车，地面建筑分布密集。
1 工程概况天津市区至滨海新区快速轨道交通工程中山门西段工程天津站站～七经路站区间隧道左线和右线均从七经站出发，推进至天津站站，盾构直径φ6340mm，洞门直径φ6700mm，洞门中心标高-17.70米，自然地面标高+2.88米，盾构在天津站接收，洞口形状为圆形，洞口开口净直徑为6.7m。
加固区域上部土层厚度近18m，加固地层为⑤1灰色粉质粘土、⑥1粉质粘土、⑥2粉土、⑦1粉质粘土、⑦4粉砂。
2 方案设计根据冻结帷幕设计，冻结孔按近水平角度布置。
冷冻法在盾构掘进过程中更换盾尾刷的应用
冷冻法在盾构掘进过程中更换盾尾刷的应用摘要：为了解决杭州庆春路过江隧道西线盾构盾尾漏浆严重，并且此时盾构已经全体进入长江底部地层，无法进行旋喷桩等加固地层防水措施。
因此决定采用目前已经比较成熟的冷冻法技术确保西线盾构检查及更换盾尾密封刷施工期间的密闭。
通过实践验证了冷冻法是复杂地质条件下盾尾刷更换的一种可行性最佳的方案。
关键词：盾尾刷；更换；冻结法Abstract：In order to solve the QingChunLu hangzhou west river tunnel shield shield tail leak slurry is serious, and the shield have all into the Yangtze river bottom stratum, unable to jet grouting pile and consolidate the ground waterproof measures. Therefore decided to use has been more mature of freezing technique to ensure that the west shield inspection and replacement shield tail seal brush construction period airtight. Through the practice verify the freezing method is complicated geological conditions of the shield tail brush change a feasibility best solution.Key words: Shield tail brush ；Replace ；Freezing0引言冻结法在国际上已经很普遍，但由于地层冻结机制和冻土机构物理力学性质的复杂性，还难以形成统一的设计方法和规则。
冷冻法在地铁盾构区间联络通道施工中的应用关键要点
冷冻法在地铁盾构区间联络通道施工中的应用关键要点摘要：在地铁盾构区间联络通道施工中，要注意实现安全联络，做好暗挖施工作业，发挥搅拌桩与旋喷桩的作用，确保压力注浆质量。
与此同时，要制定科学的施工方案，发挥冷冻法的作用，对于隧道倒塌、地表沉降、洞门塌陷、地铁隧道涌水、涌砂与始发架失稳等安全事故，必须加强防范，努力降低施工风险。
本文将以某地铁隧道工程为例，简单介绍冷冻法的基本概念，并从做好施工前期准备工作，确保管片壁后注浆质量，优化管片钻冻结管孔工艺，科学安装冻结管，实施积极冻结等方面分层浅谈冷冻法在地铁盾构区间联络通道施工中的应用关键要点。
关键词：冷冻法；地铁盾构区间；联络通道施工；应用关键要点在某地铁隧道施工期间，所选用的管片外径为8500毫米，配备使用的盾构机为土压平衡盾构机，其直径长达88分米。
在施工过程中，该隧道顶部和地面之间的距离在23米左右。
为了确保地铁盾构区间施工安全，施工技术人员参照拟定好的施工方案充分发挥冷冻法的作用，使施工质量与效率得以大幅度提高。
一、冷冻法基本概念从基本概念来讲，在地铁盾构区间联络通道施工中的冷冻法应用主要是借助冷冻机为冷冻液降温，同时，科学布置冷冻孔，经过所敷设的循环管路把冷冻液输送至要被冷冻的地层里，确保低温能够向外扩散，让土体在被冻结后形成帷幕，进而优化土体加固效果。
图一就是某地铁隧道施工期间的冷冻孔布置结构图：图一某地铁隧道施工期间的冷冻孔布置结构图从应用现状来看，运用冷冻法开展地铁盾构区间联络通道施工作业，有助于加固土体，避免占用路面，改善封水性能，确保施工安全性与可靠性[1]。
不可忽视的是，冷冻法施工需要的成本较高，施工时间长，容易滋生冻融问题，因此，要拟定合理的施工技术方案，促进施工流程的紧密衔接，在确保施工质量的基础上降低成本，科学处理冻融问题。
二、冷冻法在地铁盾构区间联络通道施工中的应用关键要点（一）做好施工前期准备工作准确把握冷冻法在地铁盾构区间联络通道施工中的应用关键要点，加固土体结构，确保施工安全，首先要做好施工前期准备工作，明确施工流程。
地铁隧道盾构洞门的垂直冻结加固技术探讨
日 寸 峰 （ 中 煤 第 三 建 设集团 冻 结 工 程处
摘要 ： 地铁盾构法施工的过程中 ， 在 盾 构 出 洞 段 采 用 垂 直 冷 冻 法
进行加 固 ， 由 于盾 构 洞 门 的 特 殊 性 ， 我 们 必须 对 地 层 温 度 、 土 层 含 水 量 进 行 一 系列 的实 测 ， 针 对 土质 疏松 和 含 水 比较 高 的地 层 ， 我们 要 严 格 的 进 行 监 测 要 使 用 正 确 的 施 工 方 案 进 行 施 工。
在 全 国各 地含 水砂 多 的地层 环 境 中被广 泛使 用。 １ ． ２ 武汉地 铁 二号 线 研究 发现 ， 在 冻结 初 期 ， 监测 点温 度下 降很 快 ， 最 大每 天下 、 降两 到 三 摄 氏度 ， 当 土层 温度 在 零 摄 氏 结
洞 门 施 工 土 层 含 水
武汉 地 铁 二 号 线是 全 国首 条 跨 越 万里 长 江 的地 铁 隧 的水 ， 因 为结 冰 状 态而 释 放 大量 的能 量 ， 测 点温 度 大 概 在 道， 也是 全 国最 深 的地 铁 隧 道 ， 它处 于 长 江 正 中心 的 下 方 零 摄 氏度 附近 浮动 。 土层 温度 下 降幅度 开始 减慢 ， 但 每 天 位置 ， 这 就注 定 它常 年 要承 受长 江 对 它的 冲刷还 有 巨 大 的 还 是保 持在 下 降 ０ ． ６ — １ ． １ ℃左 右 。
２ 具体 施 工 方案
２ ． １ 垂 直冻 结地层 加 固
地 铁 隧道 盾构 洞 门 的垂直 冻结 加 固技术 ， 是 结 合现 有
的盾构 地质 特 点和 施工 人 员 的现场 勘测 ， 采 用冻 结加 固的
地铁隧道盾构洞门的垂直冻结加固技术
地铁隧道盾构洞门的垂直冻结加固技术武冰冰;蔡海兵;程桦【摘要】深圳地铁5号线民治站-五和站区间的左线隧道盾构出洞段采用垂直冻结法加固技术.由于盾构始发的特殊性,冻结帷幕的有效厚度能不能保证,是关系到洞门加固是否安全的前提.从洞门加固方案比选、冻结帷幕厚度设计计算、冻结方案设计及冻结施工技术等方面对该洞门垂直冻结加固技术进行了详细阐述.%The launching portal of the left line shield tunnel on Line S of Shenzhen subway between Minzhi and Wuhe station adopted the technology of vertical freezing consolidation. Due to the particularity of shield launching, the freezing curtain is a key to the success of the project, and whether the effective thickness of freezing curtain could be guaranteed is the premise related to the security of strengthening structure. This article studied the aspects of the soil consolidation plan selection of the launching portal, calculation of thickness of freezing curtain, design of freezing plan and key technologies which can be taken for reference, by similar projects.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2011(000)009【总页数】5页(P80-84)【关键词】地铁隧道;盾构洞门;垂直冻结;施工【作者】武冰冰;蔡海兵;程桦【作者单位】安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南232001;安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南232001;安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南232001【正文语种】中文【中图分类】U231;U455.49冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁的保护下进行地下工程施工的特殊施工技术。
地铁隧道盾构出洞口液氮竖直冻结加固技术
地铁隧道盾构出洞口液氮竖直冻结加固技术摘要：上海轨道交通13号线世博园区专用交通联络线工程淡水路站—马当路站区间隧道下行线盾构出洞口采用液氮竖直冻结加固。
介绍了液氮冻结壁及冻结孔的设计、液氮冻结施工流程、冻结效果和拔除冻结管的过程。
关键词：地铁隧道；盾构出洞土体加固；液氮冻结1 工程概况上海轨道交通13号线世博园区专用交通联络线工程淡水路站—马当路站区间隧道下行线，盾构从马当路车站出发。
马当路车站位于马当路与建国东路交叉口，地处市中心繁华地段；车站基坑开挖深度约为22 m，采用地下连续墙进行基坑围护。
Ω6.34 m盾构在马当路端头井处出洞，洞门直径6.7 m，洞门中心标-14.083 m；端头井底板面标高-18.808 m，地面标高+3.2 m。
盾构出洞洞门口已进行高压旋喷加固，加固区域为：盾构上边缘3.5 m；下外边缘3 m；左右外边缘3 m；出洞轴线方向加固宽度为6 m。
由于马当路端头井盾构出洞范围下部位于微含承压水的⑤1-2层灰色粉质黏土中，为使盾构机安全始发，决定采用“单排孔液氮快速冻结”的竖直冻结法补充加固洞门区域的施工方案。
出洞口的土层主要为④层灰色淤泥质黏土、⑤1-1层灰色黏土和⑤1-2层灰色粉质黏土。
2 单排孔液氮快速冻结方案在盾构出洞口周围土层中布置单排垂直冻结孔，对车站底板面标高以下3 m至隧道洞门圈以上3.5 m（共13.8 m）的范围进行冻结加固，在洞门外侧形成一道与工作井地下连续墙紧贴的封闭冻土墙，起到防止冻结加固区外的泥砂和地下水，特别是洞圈以下微承压水进入盾构出洞口的作用。
3 冻结施工3.1 施工顺序液氮冻结加固地层的主要施工顺序为：施工准备→冻结孔施工，同时安装冻结制冷系统→安装检测系统→液氮冻结→探孔检验→凿除洞门→盾构顶进至洞门→拔除冻结管→盾构正常顶进→融沉注浆。
液氮冻结主要参数见表1，冻结孔布置见图1。
3.2 施工情况1）设计冻结孔12个，实际钻孔13个，在D6和D7之间补1个冻结孔B1（因D6处的地下连续墙外鼓）。
冷冻法在地铁盾构联络通道施工中的应用
冷冻法在地铁盾构联络通道施工中的应用设置于地铁区间隧道中间的联络通道，起到连接两条隧道、集、排水、防火及疏散等作用，有时根据工程设计需要同时设置集水井。
联络通道施工不仅要考虑自身结构及地面环境安全，同时要考虑盾构隧道的安全与稳定。
所以，城市地铁联络通道开挖前必须对其周围土体进行加固。
冻结法加固土体既有效地保证了通道安全施工；又保证了工程的质量和进度。
随着我国轨道交通的迅猛发展，冷冻法的施工工艺必然在地铁工程中得到越来越广泛的应用。
标签：地铁；联络通道；冷冻法；施工技术地铁盾构区间联络通道暗挖施工的地基加固工程中，经常使用的方法有搅拌桩、旋喷桩、压力注浆等。
但是，在富水的粉细砂地层中，由于很难控制水泥浆的流失，采用上述的施工方法往往达不到预期的加固效果；联络通道一般都处在繁华街道的路面以下，地面交通繁忙，无法占用路面进行钻孔和樁体施工，因而，冷冻法就成了地基加固的较好选择。
冷冻法是利用冷冻机将冷冻液进行降温，通过敷设的循环管路将其输送到需要冷冻的地层中，保持低温向外扩散，使土体冻结形成帷幕，起到加固土体的作用，在已加固的地层中采用矿山法开挖联络通道和废水泵房。
用冷冻法加固土体虽然有工程造价高、工期长、上覆土体可能发生冻胀和融沉问题、需要有较高资质的专业队伍施工、需要使用专用的施工设备等缺点，但是，冷冻法加固的土体具有强度高、封水性好、安全可靠、不占用路面等优点，因此，在其它加固方法不能使用时，冷冻法用在联络通道这种小体量工程中还是可取的。
1工程概况某地铁盾构联络通道采用冷冻法施工。
该联络通道拱部埋深15m，净宽2 5m，净高2.6m，废水泵房净尺寸为3.85m（深）X2.1m（宽）X4.5m（长）。
联络通道处管片采用开口衬砌环（钢管片+A型钢筋混凝土管片）。
盾构区间的联络通道全环喷C25早强混凝土；全环中8钢筋网，全断面单层，网格间距150×150mm；通道设计格栅钢架纵向联结主筋中22（HRB400），环向间距0.5m。
冷冻法端头加固盾构水土环境中到达施工工法
冷冻法端头加固盾构水土环境中到达施工工法中铁二局股份有限公司城通公司1.前言目前，地铁建设的土压平衡软土盾构隧道进洞中有较多种方案可供选择，主要是采取土体改良方式满足洞门凿除的条件，再辅以井点降水、止水帷幕等其他措施防止盾构机在进洞过程中出现漏水漏砂，同时在洞门圈周边以弧形钢板、喷射混凝土、充气气囊等方式进行封堵洞门圈与盾壳和管片之间的间隙，实现盾构进洞。
常规盾构进洞方案，主要思路为采用适合的洞门区域加固方式，保证洞门凿除的安全需要和盾构进洞过程中周边间隙封堵的有效性。
杭州地铁1号线富春路站站至秋涛路站区间富春路站段头井周边环境复杂，且受承压水影响，传统盾构进洞方法无法满足加固范围需要，采取端头井垂直冷冻加固+端头井水土回填方式进洞取得了较好的技术、社会及经济效应。
2.工法特点2.1 施工安全性高，采用冻结法保证洞门凿除时不产生水土流失，在洞门凿除后利用工作井内回填水土使洞门内外介质一致，控制了盾构进洞安全风险。
2.2 针对受承压水影响地层，较好的平衡了洞门内外水压。
2.3在全砂性地层冷冻加固均匀性优于普通水泥加固方式。
3.适用范围本工法适用于易出现涌水涌砂风险高的软土地层的盾构进洞。
4.工艺原理冷冻法水土进洞包含3个方面，一是垂直冷冻加固、二是水土回填、三是盾构进洞。
图4-1 盾构水土进洞示意图垂直冷冻加固+水土回填即：在工作井外利用冻结孔冻结加固地层，使盾构机外围及开洞口范围内土体冻结，形成强度高、封闭性好的冻结帷幕。
利用冻结帷幕的自稳性进行洞门凿除，之后端头井内水土回填，使连续墙内外水土平衡，盾构土中进洞。
进洞完成后于连续墙及内衬墙范围内的管片上通过双液注浆机反复压注水泥浆封堵管片与连续墙、内衬墙之间的流水通道，使管片和端头井结构行成整体，注浆完成后进行端头井内水土挖除、盾构外运。
5.施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程施工准备→平台搭设→测量定位→冷冻法施工→洞门复测及盾构姿态优化→接收基座施工→洞门探孔检查→洞门凿除→水土回填→提升冻结管→盾构进洞→水土挖除→洞门封堵→盾构解体。
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折 页 压 板 将 外 翻， 不同于盾构始发的内 构到达时， 翻折页压板， 只要有 一 点 缝 隙 地 下 水 将 会 从 缝 隙 中 流入接收井中， 很难与盾构机 、 管片形成封水效果 。 1 工程概况 南京 地 铁 十 号 线 滨 江 大 道 站 — 珠 江 东 站 区 间 区间 起讫 里 程 CK15 + 743. 000 — CK16 + 365. 300 ， 长度 622. 3m ， 平面曲线半径 2 000m ， 线间距 13. 7 ～ 16. 2m 。 线路从 滨 江 大 道 西 端 头 井 出 发， 向西穿越 丰字河及丰字河立 交 工 程 到 达 珠 江 东 站 东 端 头 井 。 本 区 间 隧 道 埋 深 9 ～ 10m ，区 间 采 用 单 坡，纵 坡 3. 161‰ 。 2 工程地质概况 依据勘察资 料， 区 间 场 地 处 于 长 江 低 漫 滩。地 势平坦低洼， 现因 道 路 建 设， 地 面 填 积 抬 高， 地面高
4 ． Beijing Engineering Co． ，Ltd． ，China Railway ＆ Airport Construction Group Corporation ，Beijing 6 ． Beijing Urban Construction ＆ Zhongnan Group of Civil Engineering Co． ，Ltd． ，Beijing
3 ． School of Civil Engineering ，Lanzhou University of Technology ，Lanzhou ，Gansu 5 ． Beijing Corporation ，China Railway Construction Engineering Group ，Beijing
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施 工 技 术 CONSTRUCTION TECHNOLOGY
2012 年 8 月上 第 41 卷 第 370 期
垂直局部冷冻施工工艺在盾构进洞中的应用
1 2 3 4 5 6 陈广峰 ， 陈惠芳 ， 程千元 ， 夏世龙 ， 李利侠 ， 洪 敏
（ 1． 北京大学地球与空间科学学院， 北京 5． 中铁建工集团北京分公司， 北京
100084 ； 2． 中国矿业大学力学与建筑工程学院， 江苏 100070 ； 6． 北京城建中南土木工程集团有限公司， 北京
徐州 221116 ； 100070 ； 102209 ）
3． 兰州理工大学土木工程学院， 甘肃 兰州
730050 ； 4． 中铁航空港建设集团北京有限公司， 北京
［摘要］ 高压旋喷桩地基加固法自身存在某些缺陷， 无法在流砂地层中达到理想的封闭效果。通过南京地铁十号 线滨江大道站 — 珠江东站区间盾构接收工程实例， 阐述 了 冷 冻 加 固 在 流 砂 地 层 中 具 有 的 优 势 ， 论证了人工冷冻加 固法在盾构进洞上的可用性 。 ［关键词］ 地下工程； 盾构； 垂直局部冷冻； 接收； 加固； 冻结加固分析 ［中图分类号］ TU751 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 10028498 （ 2012 ） 15008404
Application of Vertical Local Freezing Method in the Construction of Shield Entering Cave
Chen Guangfeng 1 ，Chen Huifang 2 ， Cheng Qianyuan 3 ，Xia Shilong 4 ，Li Lixia 5 ，Hong Min 6
Abstract ： Foundation reinforcement by high pressure jet grouting piles cannot reach an ideal sealing when used in quicksand stratum due to its own deficiencies． Taking the project of Binjiangdadao to Zhujiang East section of Metro 10 in Nanjing as an example ， this paper shows the advantages of freezing reinforcement in quicksand stratum ，and demonstrated the feasibility of artificial freezing reinforcement method in the construction of shield entering cave． Key words ： underground construction ； shields ； vertical local freezing ； conjunction ； reinforcement ； freezing reinforcement analysis 通过以往南京 地 铁 的 施 工 经 验， 高压旋喷桩不 适合在粉细砂 、 粉 土 地 层 地 基 加 固 施 工 中 应 用。 由 于旋喷桩加固存在 自 身 的 工 艺 问 题， 使得在砂层中 很难取 得 理 想 的 搭 接 效 果， 尤其是当加固深度 ＞ 15m 时， 桩身的垂直度较难控制， 底部的成桩效果很 难控制， 由于底部相 邻 旋 喷 桩 之 间 咬 合 不 够 或 无 咬 合， 地下水将会带着 砂 从 桩 体 之 间 的 缝 隙 进 入 工 作 井， 依照以 往 盾 构 施 工 经 验， 盾构到达外 加 折 页 压 板 的 形 式 。 盾
［收稿日期］ 201206 10 ［基金项目］ 科学技术部国家国际科技合作专项项目 “矿山地质环 境 （ 2012 DFA21000 ） 监测修复技术研究及示范 ” ［作者简 介］ 陈 广 峰， E-mail ： chenguangfeng @ tsinghua． 高 级 工 程 师， org． cn
（ 1 ． School of Earth and Space Sciences ，Peking University ，Beijing 2 ． School of Mechanics ＆ Civil Engineering ，CUMT ，Xuzhou ，Jiangsu 100084 ，China ； 221116 ，China ； 730050 ，China ； 100070 ，China ； 100070 ，China ； 102209 ， China ）