黑龙江冻结法在富水砂层地质条件下盾构开仓中的应用.docVIP

冻结法在富水砂层地质条件下 盾构开仓中的应用 xx地铁项目部 xx 摘 要 本文根据xx地铁一号线xx东站站～南直路站区间盾构开仓成功实践，针对富水砂层地质条件下盾构施工特点，在开仓之前采用人工冻结加固土层施工技术，以测温数据指导施工，确保加固体强度及密水效果满足盾构开仓施工要求，实现盾构开仓安全、质量目标。 简要内容：1、工程概况；2、水文地质；3、施工方案选择；4、施工设计；5、体会与结论 关键词 城市地铁 富水砂层 土层冻结加固 盾构开仓 1、工程概况 xx东站站～南直路站区间位于xx市道外区桦树街道路下方，区间全长514.943m，采用两台德国产维尔特土压平衡盾构机进行施工，该盾构机外径6.28m，主机长度9.6m，重300t。 在前期试掘进施工过程，渣土改良效果较差，盾构机始发掘进39m时，刀盘扭矩较大，螺旋机出渣不连续，渣土温度高，土仓加水、加泡沫充分搅拌后，只有污水从螺旋机内流出，从换刀仓门预留球阀插入钢筋1000mm，均为较密实的砂土，由此判断刀盘及土仓均已结饼，需开仓进行清理。为避免在开仓过程中，刀盘前方水砂通过仓门涌入隧道内造成盾构机淹没、地表塌陷等一系列灾难性事故，经多方论证，决定采用人工冻结对刀盘前侧土层进行加固，常压进场清理的方案。 2、工程地质特征 xx东站站～南直路站区间地处松花江河漫滩地区，开仓位置隧道顶部埋深9.8m，隧底埋深15.8m，地下水位埋深2.5m，盾构区间穿越的地层主要为稍密的2层粉砂和中密的3层中砂，局部为中密的3T2层粉砂。3层中砂、3T2层粉砂呈中-低压缩性，具有一定承载力，但极易扰动，扰动后强度将会明显降低；而且3层中砂层为微承压含水层，水头高度5.3m～5.6m富水性好，开挖面极不稳定。 3、施工方案的选择 3.1 冻结方案选择 综合考虑富水砂层地层易流失特性，为确保加固体有足够强度及密水性，采用垂直钻孔冷冻加固刀盘前方及两侧土体，并采取降水井辅助降水的加固方法，即在盾构机刀盘及掌子面前方利用垂直冻结孔加固地层，使掌子面左右两侧、上部和前方范围内土体冻结，形成“∩”状冷冻加固体，冻结体形成后，启动降水井将水位降至盾体以下后常压进仓作业，如下图所示。 3.2施工机具选择 考虑环境影响等各方面因素，钻孔选用YGL-100型钻机一台，BW-250/50型泥浆泵2台，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φ48mm焊管；测温管采用φ48×3mm无缝钢管，冷冻机组选用设备功率为220KW 的W-YSGF300II型螺杆机组2台。 4、施工设计 4.1、冻结参数设计 （1）荷载计算 加固体所承受荷载、计算模型如图1所示，为安全起见，其所承受荷载按照模型最深处16.0m计算。应用重液理论计算水土压力，其始发端洞口的水土压力为： P=0.013H （1） P ——计算点的水土压力（Mpa）； H ——计算点深度（m）。 隧道轴线标高为107m，隧道直径为6.28m 时，开洞口的底缘深度为15.84取16.0m 。则计算得到水土压力为： P ≈0.208MPa 图1 冻结加固体荷载计算模型 （2）加固体厚度计算 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其计算公式为： （2） 式中各符号取值如下表所示：计算得冻土墙厚度为1.43m 运用日本计算理论的数据及结果 表1 冻土平均温度℃ 冻土弯拉强度σ-10℃ 水土压力P 加固体开挖内直径D 系数 β 安全系数k 计算加固体厚度 h -10 1.8Mpa 0.208MPa 6.28m 1.2 1.5 1.43m 为安全起见，加固体厚度取2.0m，冻土深度超过盾构机刀盘边缘3.0m，采用剪切力验算加固体厚度，刀盘周边验算加固体剪切应力。其计算公式为: （3） 剪切应力验算数据及结果 表2 水土压力P 加固体开挖内直径D 冻土抗剪强度τ-10℃ 加固体厚度h 剪切应力τ 0.208Mpa 6.28 m 1.5 Mpa 2.0m 0.16Mpa [τ]-10℃(安全) 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： （4） 运用我国建筑结构静力计算理论计算数据及结果