巩 磊

（中铁十七局集团上海轨道交通工程有限公司，江苏 苏州 215028）

1 工程简介

该站为无锡地铁轨道交通2号线与3号线换乘站，该位置主要地层④2粉砂夹粉土、⑥1黏土、⑥2粉质黏土，④2粉砂夹粉土层含水量大，且为微承压水层掘进过程中土体易失稳，可能造成地下空洞，且洞门位置距离2号线位置较近，冷冻加固区域位于既有2号线的侧下方，2号线处于运营状态。进洞加固区域距离2号线轨道面距离为1 265 mm。该南端头井对应的地面现已通车，交通繁忙；该处隧道轨行区轨面标高-11.045 m，距离负二层板顶560 mm。冷冻区域见图1所示。

图1 水平加固区与运营2号线关系图

2 盾构接收前准备

2.1 测量准备

2.1.1 洞门复测

工作井已按设计要求完成并通过验收，其标高、轴线、结构强度等各项技术参数符合设计和规范要求并能满足盾构施工各阶段受力要求（端头井结构尺寸和洞门中心已复核且符合设计要求）并通过验收。

洞门复测情况：该站南端头井场地满足条件后，测量人员对该站南端头井洞门钢环进行复核，复测结果洞门偏差如表1所示，各项偏差指标满足盾构施工要求。

表1 洞门中心标高复测

根据实测的洞门中心三维坐标和设计三维坐标比较可知：沿盾构推进方向偏左15 mm，偏上29 mm，满足盾构接收要求。

2.1.2 区间隧道测量复核及井下控制点布设

1）区间最后一次联系测量完成施工测量工作并完成报验，测量结果为：平面最大较差为16.5 mm，小于±28.1 mm，高程最大较差为-0.6 mm，小于±5 mm，最远定向坐标。在穿越冷冻区前100环，我项目对该区间右线401-700环管片中线偏差进行了检查，检查结果显示隧道轴线和高程满足设计要求。在盾构推进过程中，项目测量人员实时跟进，及时纠偏。

2）井下控制点布设由项目专业测量人员指导进行盾构接收控制点的布设及复测，为盾构进洞基座轴线等进行放样，为盾构进洞姿态控制及接收架的安装提供了条件。并由监理及相关单位复核。

2.2 盾构穿越冷冻区前准备

2.2.1 冻结壁厚度及平均温度验算

本端头冻结加固工程自2018年4月15日开始冻结，至2018年5月23日，现已冻结39天，目前处于维持冻结阶段。每天都对测温孔进行检查，最后一期监测报表如下页表2所示。

2.2.2 冻结壁发展速度及冻结壁厚度

根据每天测温结果计算，冻结圆柱半径计算依据公式：

式中：t1为回路盐水温度；r为测温孔离冻结管的距离；r1为冻结管内半径；t为测温孔温度。

根据最不利原则，测温孔C5中，测点C5-6温度最高为-5.6℃，根据公式算的最小冻结圆柱半径为1.3 m，最小冻结壁厚度为2.4 m，超过设计冻结壁厚度1.65 m，满足设计要求。内外圈交接示意如图2和图3所示。

图2 冻结壁交圈外端示意图

图3 冻结壁交圈内端示意图

2.2.3 冻结壁的平均温度

冻土平均温度根据成冰公式计算；利用《建井工程手册》冻结施工成冰公式计算冻结帷幕的平均温度，见公式：

式中：toc为按零度边界线计算的冻结壁平均温度；tc为冻结壁平均温度；tb为盐水温度；l为冻结孔间距；E为冻结壁厚度；tn为测点温度。

由表2各测点温度所示，测点C5-6温度最高，为-5.6℃，故对该点温度进行计算，代入成冰公式算得的冻土壁平均温度为-10.8℃，达到冻土壁设计平均温度-10.0℃要求。

2.2.4 洞门水平探孔情况

对该站南端头井进行洞门水平探孔施工，共设置9个探孔，探孔深度均在1.2 m左右。施工完成后，在监理单位的检查监督下我部完成对洞门水平探孔的检查，洞门探孔未出现渗水情况、无滴漏，测得探孔界面温度，测点最高温度为-22.7℃，最低温度为-27.7℃,满足探孔温度要求，说明端头冷冻加固止水措施达到了预期的效果和目的。洞门止水效果完全满足盾构接收要求。

2.2.5 洞门凿除阶段

1）门凿除之前，实施洞门水平探孔，探孔深度控制在2 m左右，以芯样完整，孔内干燥无水、无未冻结土体为标准。测量冻结壁与地墙交界处温度，确保冻结壁与连续墙是否完全胶结。测点平均温度小于-5℃时方可开始槽壁破除。

2）推进班组：799掘进时，刀盘进入加固区，推进速度1 cm（速度一定要慢），缓慢减少土压，控制在100～130 kPa，保持24 h值班制度，确保刀盘一直处于旋转状态。

阶段一：刀盘到达加固区时，对洞门进行分段50 cm破除。

阶段二：洞门50 cm破除完成后，对内圈冷冻管进行拔除。

阶段三：盾构机推进，使盾构机刀盘到达洞门，最后使盾构机刀盘位于加固区杯底30 cm。

阶段四：凿除剩余的50 cm地墙。

3 盾构穿越冷冻区

3.1 盾构到达段掘进

1）盾构机进入到达段后，首先减小推力、降低推进速度和刀盘转速，控制出土量并时刻监视土仓压力值，避免较大的地表隆陷。

2）编制盾构机接收作业指导书，从接收前18环开始，将每一环推进内容细化，责任到人，现场施工时严格按照作业指导书操作。

第800环千斤顶行程到达858 mm，盾构机刀盘顶上加固区土体（见图4）。

图4 800环掘进拼装完成后盾构机位置示意图

第806环的推进与拼装，待内圈冷冻管割除后，再进行806环推进（见图5）。

图5 806环掘进拼装完成后盾构机位置示意图

第810环掘进720 mm时刀尖到达地下连续墙（见图6）。

图6 810环掘进拼装完成后盾构机位置示意图

3）当刀盘出加固区时，管片注浆若未能及时填充环形间隙，容易形成后部来水的风险；针对此风险，项目部拟定了精细化的盾体注浆步骤，杜绝因环形间隙未有效填充所造成的事故。一是到达段盾构机刀盘进入加固区至刀盘破除洞门，同步注浆每环5～6 m3，注浆压力控制在0.25～0.35 MPa。浆液类型为水泥浆，配合比如表3所示。二是盾构机掘进至刀尖距离冻结帷幕1 m停机。通过盾构机中盾注浆孔打设2环聚氨酯环箍。三是刀盘靠近地墙后停机。通过脱出盾尾的后2环打设双液浆环箍；注浆时从下往上对称注入，以注浆量和注浆压力双指标控制，平均每孔注入0.35 m3，注浆压力不能大于0.45 MPa。浆液类型为双液浆，配合比为：水泥和水玻璃的溶液体积比为1∶1,其中水泥浆液水灰比为1∶1，水玻璃溶液采用B35水玻璃加2倍体积水稀释。

表3 同步注浆浆液配合比

在洞门混凝土凿除并清理后，盾构应尽快推进并拼装管片，尽量缩短盾构到达时间。推进时需要求监测单位加强地面变形沉降的监测，并及时反馈上报到项目技术部。盾构到达前必须建立井内、指挥室、盾构机操作室的通讯联系。能实时控制整个到达过程。本次接收未出现漏水、漏砂等现象，接收过程较为顺利，按时完成了预期节点。

3.2 盾构穿越冷冻区注意事项

1）刀盘进入加固区后，一定要确保刀盘保持匀速旋转。加强值班。隧道内储备盐水，防止刀盘被冻结。盾构机每隔半小时向前推进5 cm，必要时不间断地从中盾上的预留孔注入聚氨酯，以将盾体与冷冻土体尽量隔开。防止盾构机本体被冻土冻结。

2）5月23日～5月30日期间严禁盾构人员请假。要求责任落实到位，保证盾构顺利接收。

3）802-815环为多孔管片。盾构机接收完成，采用管片注浆孔进行融沉注浆。

4）内圈冻结管拔除，因为冻结管为整根管，拔断可能性较底。但不排除漏拔现象，应确保冻结管拔除干净。

5）盾构机进出洞时，做好测量工作，控制好盾构机姿态，保证盾构机姿态在轴线范围内。防止刀盘碰触外圈冻结管，造成冻结管损坏，盐水泄露。考虑冻结管施工时偏钻等因素，盾构机进入加固土体前，姿态应适当下调。

6）盾构机进行第798环推进时，推进速度一定要慢，并安排专人密切关注盐水箱液位变化情况，发现盐水液位下降，应立即通知驾驶室停止推进，并逐一检查外圈冻结管情况，查出断裂的冻结管，并采取措施将其拔出，更换短的冻结管。

7）进出洞时，加强对地面和2号线车站的监测，及时反馈信息。

8）盾构机刀盘进入加固后，对刀盘前和土仓内注入混合盐水，盐水比例25%。

9）冷冻班组项目经理、技术负责人、操作人员现场值班。

10）盾构接收完成2天后方可停止冻结；停冻后2天内完成洞门圈外水平冻结管、测温管割除、封堵。先排干管内盐水，再割除水平冻结管，割除深度不得小于60 mm，割除完成后割除位置采用直径不小于直径8 mm钢筋进行锚固，采用微膨胀水泥（或强度不低于M10的水泥砂浆）充填冻结管深度不小于2 m，并且预埋注浆管在封孔后及时进行注浆堵漏。

11）负环下部的冻结孔不能处理的，孔口管不拆除，只割除外露冻结软管。等后期做井接头时，在再作处理。井接头大小应保证将冻结管全部包裹在内。

4 结论

通过对盾构穿越冷冻区接收要点的案例分析，利用冻结法加固洞门可以有效地降低盾构进洞风险，尤其对地下水丰富、地质情况差及环境复杂的工程较为适用。该工程对盾构接收前、掘进段及盾构进洞的分析，为后续的无锡地铁隧道盾构进洞接收提供了一些经验和参考。