富水砂層盾構(gòu)隧道冷凍加固施工綜合技術(shù)方案一、工程概況與地質(zhì)條件本工程為城市地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)施工項目，區(qū)間全長2.3km，采用直徑6.2m土壓平衡盾構(gòu)機施工。隧道穿越地層主要為③3砂質(zhì)粉土、③6粉砂層，地下水位埋深2.8m，洞門中心水頭高達23m，相當(dāng)于2.3bar靜水壓力。根據(jù)地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)，該地層滲透系數(shù)1.2×10?3m/s，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N=8-12擊，土體天然含水量32%，屬于典型的易液化、高滲透性地層。盾構(gòu)始發(fā)井采用80cm厚素混凝土墻+11m高噴加固區(qū)作為初始加固措施，但鉆探取芯顯示加固體完整性不足，存在局部松散區(qū)域。為確保盾構(gòu)安全始發(fā)，設(shè)計采用水平冷凍法對洞門區(qū)域進行二次加固，形成厚度2.0m的環(huán)形凍土墻，凍結(jié)范圍為洞門周邊3.5m×4.2m（寬×高），凍結(jié)壁平均溫度需達到-10℃以下，單軸抗壓強度≥3MPa。二、冷凍加固系統(tǒng)設(shè)計（一）凍結(jié)孔布置參數(shù)孔位設(shè)計：采用雙排同心圓布置，內(nèi)圈半徑11.7m，布設(shè)20個凍結(jié)孔，開孔間距0.8m；外圈半徑12.7m，布設(shè)19個凍結(jié)孔，開孔間距0.86m，形成梅花形錯位排列。凍結(jié)孔總數(shù)41個，其中含測溫孔4個（深度分別為8m、12m、16m、20m），泄壓孔2個?？讖揭?guī)格：凍結(jié)管選用Φ159×6mm20#低碳鋼無縫鋼管，采用外管箍焊接連接，焊縫高度≥8mm；供液管采用Φ60×5mmPE-RT塑料軟管，測溫管采用Φ89×4mm無縫鋼管。孔斜控制：凍結(jié)孔偏斜率≤10‰，相鄰孔終孔間距≤1.2m，內(nèi)排孔外偏值≤300mm，外排孔內(nèi)偏值≤300mm。采用陀螺儀測斜儀進行孔斜監(jiān)測，每5m測量一次。（二）制冷系統(tǒng)配置設(shè)備選型：制冷主機：2臺W-YSLGF300Ⅱ型螺桿機組（一用一備），單機制冷量87500kcal/h，電機功率100kW鹽水泵：IS150-125-200型2臺，流量198m3/h，揚程43m清水泵：IS125-100-250型1臺，流量100m3/h，揚程20m冷卻塔：DBNL3-50型2臺，冷卻面積50m2/臺工質(zhì)參數(shù)：制冷劑：R-22氟利昂，充注量1.2t/臺冷媒：氯化鈣鹽水溶液，濃度28%（冰點-31℃）冷凍機油：N46號冷凍機油，用量200L/臺（三）凍結(jié)能力計算總需冷量：Q=k·π·d·H·n·q，其中k=1.2（冷損系數(shù)），d=0.159m（管外徑），H=18m（凍結(jié)段長度），n=39（有效凍結(jié)孔數(shù)），q=300kcal/m2·h（散熱系數(shù)），計算得Q=23.2萬大卡/小時。鹽水循環(huán)：設(shè)計流量5m3/h·孔，總流量205m3/h，鹽水在凍結(jié)管內(nèi)流速1.8m/s，進出口溫差控制在8-10℃。凍結(jié)時間：積極凍結(jié)期14天，維護凍結(jié)期28天，預(yù)計形成2.0m厚凍結(jié)壁需7天（交圈時間），達到設(shè)計強度需12天。三、施工工藝流程（一）凍結(jié)孔施工管片開孔：采用J-200型金剛石鉆機，配Φ130mm取芯鉆頭，開孔深度300mm，安裝孔口防噴裝置（含閘板閥和壓力表），孔口管采用Φ180×10mm無縫鋼管，長度500mm，通過膨脹螺栓固定于管片。鉆進工藝：鉆機選用ZZ-300型液壓鉆機，配套BW250型泥漿泵，采用Φ127mm三葉合金鉆頭鉆進液：3%膨潤土+0.5%CMC混合泥漿，比重1.05-1.10g/cm3，黏度25-30s成孔驗收：孔深偏差±200mm，孔斜每5m測一次，超偏時采用楔形糾偏器調(diào)整管頭處理：凍結(jié)管下放到位后進行打壓試漏，試驗壓力0.8MPa，穩(wěn)壓15分鐘壓力降≤0.05MPa為合格。安裝供液管時確保其底端距凍結(jié)管底300mm，頂端高出凍結(jié)管500mm。（二）冷凍系統(tǒng)安裝管路布置：鹽水干管采用Φ159×5mm無縫鋼管，采用法蘭連接，墊片為耐低溫丁腈橡膠集配液圈采用分區(qū)域控制，每個區(qū)域設(shè)流量調(diào)節(jié)閥和溫度計所有管路采用δ=50mm離心玻璃棉保溫，外裹0.5mm厚鋁皮防護電氣配置：獨立配電箱（容量315kVA），配置過載、短路、漏電三重保護測溫系統(tǒng)采用PT100鉑電阻傳感器，精度±0.5℃，數(shù)據(jù)采集間隔15分鐘冷凍機組與循環(huán)泵實現(xiàn)聯(lián)鎖控制，鹽水溫度低于-30℃時自動停機保護（三）積極凍結(jié)施工溫度控制：初始階段（1-3天）：鹽水溫度以-15℃→-20℃→-25℃梯度降溫穩(wěn)定階段（4-14天）：鹽水溫度維持-28～-30℃，蒸發(fā)溫度-33～-35℃維護階段：盾構(gòu)掘進期間保持鹽水溫度-25℃±2℃流量調(diào)節(jié)：單孔鹽水流量5-6m3/h，通過電磁流量計實時監(jiān)測，每2小時記錄一次數(shù)據(jù)。當(dāng)測溫孔顯示凍結(jié)壁交圈后（溫度≤-5℃），調(diào)整流量至4m3/h進行弱循環(huán)。（四）洞門破除與盾構(gòu)始發(fā)解凍檢查：當(dāng)凍結(jié)壁平均溫度≤-10℃，且連續(xù)3天溫度波動≤2℃時，方可進行洞門破除。采用分層破除工藝：第一層：人工鑿除表層500mm混凝土，暴露凍結(jié)管第二層：機械切割剩余混凝土，保留最后100mm人工鑿除拔管作業(yè)：按推進方向由內(nèi)向外分三批拔除凍結(jié)管，拔管前先注入35℃熱鹽水循環(huán)30分鐘，采用100t液壓千斤頂配合拔管器作業(yè)，拔管速度控制在0.5m/min，拔出后立即注入水泥-水玻璃雙液漿（水灰比1:1，水玻璃濃度35Be'）。盾構(gòu)推進：始發(fā)階段推進速度控制在10-20mm/min，土倉壓力設(shè)定為1.2-1.5bar，同步注漿量120%-150%理論空隙量，漿液配比為水泥:粉煤灰:砂:水=1:2:3:0.8。四、監(jiān)測與質(zhì)量控制（一）溫度監(jiān)測體系測點布置：在凍結(jié)壁內(nèi)外側(cè)及中心區(qū)域布設(shè)3組測溫孔，每組含5個測點（深度分別為1m、3m、5m、7m、9m），采用PT100傳感器+數(shù)據(jù)采集儀自動記錄，采樣頻率1次/30分鐘。判斷標(biāo)準(zhǔn)：積極凍結(jié)期：每日降溫速率≥1.5℃交圈判定：相鄰凍結(jié)孔溫度≤-5℃，且持續(xù)48小時強度判定：凍結(jié)壁平均溫度≤-10℃，且單軸抗壓強度≥3MPa（二）變形監(jiān)測方案監(jiān)測點設(shè)置：地表沉降：沿隧道軸線20m范圍布設(shè)12個測點，橫向間距5m管線監(jiān)測：對距離凍結(jié)區(qū)15m內(nèi)的給水管、燃?xì)夤茉O(shè)置8個監(jiān)測點隧道收斂：在始發(fā)井內(nèi)布設(shè)3組測線，采用測繩法測量控制指標(biāo)：地表最大沉降≤30mm，日均沉降速率≤2mm/d管線沉降差≤10mm，傾斜率≤1/2000凍結(jié)壁位移≤50mm，且無突變趨勢（三）質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)孔施工：孔位偏差：平面≤100mm，高程≤50mm垂直度：≤1%（孔深≤20m）打壓試驗：0.8MPa穩(wěn)壓15分鐘無滲漏凍結(jié)效果：凍結(jié)壁厚度：≥設(shè)計值的95%平均溫度：≤-10℃（核心區(qū)），≤-5℃（邊緣區(qū)）封水性能：無明顯滲漏水（滲漏量≤0.1L/min·m2）五、安全與應(yīng)急管理（一）施工安全措施冷凍站安全：設(shè)備間距：機組間≥1.5m，通道寬度≥1.2m電氣防護：所有設(shè)備接地電阻≤4Ω，設(shè)置漏電保護（30mA/0.1s）制冷劑管理：R-22儲存量≤500kg，設(shè)置氣體泄漏報警器（報警濃度≤1000ppm）地下作業(yè)安全：通風(fēng)要求：洞內(nèi)風(fēng)量≥3m3/min·人，采用軸流風(fēng)機（Φ600mm，風(fēng)量2500m3/h）照明：采用36V安全電壓，照度≥50lux防火：配備4kg干粉滅火器8具，消防砂2m3，消防水桶10個（二）應(yīng)急預(yù)案涌水涌砂處置：立即啟動備用冷凍機組，降低鹽水溫度至-32℃采用速凝混凝土（初凝≤5min）封堵漏點，配合木楔+棉絮臨時止水啟用備用泄壓孔，降低局部水壓，必要時進行雙液注漿（水泥:水玻璃=1:0.8）凍結(jié)管斷裂：關(guān)閉斷裂孔所在區(qū)域的供液閥門，切斷鹽水循環(huán)采用Φ108mm套管跟進至斷裂位置，注入聚氨酯發(fā)泡劑重新鉆孔補設(shè)凍結(jié)孔，孔位偏移原孔≤300mm凍脹控制：當(dāng)監(jiān)測到地表隆起超過20mm時，啟動泄壓孔釋放壓力調(diào)整鹽水溫度（-25℃→-20℃），降低凍結(jié)速率實施預(yù)注漿（水泥漿+粉煤灰=1:1），填充凍脹間隙（三）融沉處理措施主動融沉：盾構(gòu)通過后，采用50℃熱鹽水循環(huán)解凍，控制解凍速率≤5℃/d跟蹤注漿：在凍結(jié)管拔除后24小時內(nèi)進行充填注漿，漿液配比為：水泥:粉煤灰:膨潤土=1:2:0.3，水灰比1.2注漿壓力0.3-0.5MPa，單孔注漿量1.2-1.5m3長期監(jiān)測：融沉監(jiān)測持續(xù)6個月，前3個月每周2次，后3個月每周1次，當(dāng)累計沉降超30mm時進行二次補漿。六、施工組織與管理（一）人員配置工種人數(shù)主要職責(zé)冷凍工程師2系統(tǒng)調(diào)試與參數(shù)優(yōu)化鉆探工8凍結(jié)孔施工與測斜制冷操作工6冷凍機組運行與維護監(jiān)測員4溫度與變形監(jiān)測安全員2現(xiàn)場安全巡查與隱患排查電工2電氣設(shè)備安裝與維護普工10材料轉(zhuǎn)運與場地清理（二）設(shè)備計劃設(shè)備名稱型號規(guī)格數(shù)量備注螺桿冷凍機組W-YSLGF300Ⅱ2臺含冷卻塔與鹽水箱液壓鉆機ZZ-3002臺配套泥漿處理系統(tǒng)測斜儀JTD-1001臺精度0.1°測溫儀XMZ-2002臺分辨率0.1℃液壓拔管器YB-1001臺最大拔力100t注漿泵BW-2501臺用于融沉注漿（三）進度計劃準(zhǔn)備階段（7天）：設(shè)備進場、管片開孔、場地布置凍結(jié)孔施工（12天）：41個凍結(jié)孔，平均日成孔3-4個積極凍結(jié)（14天）：第7天開始交圈，第12天達到設(shè)計強度盾構(gòu)