CN209067209U - 一种盾构隧道端头联合加固结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种盾构隧道端头联合加固结构，联合加固结构的整体为矩形盒式结构，矩形盒式结构是由四面加固结构围设而成，其中靠近基坑的加固结构为冻土墙，其余三面的加固结构为水泥土连续墙。其方法为：步骤一、水泥土连续墙的施工：利用TRD工法采用三循环的方法施工等厚度水泥土连续墙；步骤二、垂直冻土墙的施工：首先进行冻结孔的钻孔施工，同时进行冻结站的安装施工，确定冻结满足洞门凿除条件后，开始破除洞口槽壁，盾构主机进出洞前强制解冻，待盾构主机进出洞完毕后拔出垂直冻结管，融沉注浆；有益效果：施工实用性强、施工质量控制方便、加固效果突出，比传统的水泥土搅拌桩满堂加固节约造价，具有较大的推广应用价值。

Description

一种盾构隧道端头联合加固结构

技术领域

本实用新型涉及一种联合加固结构，特别涉及一种盾构隧道端头联合加固结构。

背景技术

盾构隧道端头加固是盾构法施工中的关键环节，具有很大的工程施工风险。在盾构进出洞时，要先进行洞门区域的地下连续墙破除，并割除所有钢筋。洞门破除要求的时间非常紧，施工难度大。洞门破除后对加固体强度及密封性要求很高，加固效果不佳时，在洞门破除时极易出现盾构与洞门间隙涌泥涌砂及地表沉降现象，进而危及附近地下管线和建筑物的安全。为防止此类现象发生，必须选择合理的盾构隧道端头地层加固处理方案，以满足强度和抗渗性的要求。

盾构隧道端头常用的加固方式有深层搅拌法、高压旋喷法、SMW工法、人工冻结法、注浆法、素混凝土灌注桩法和降水法等。土体加固可以采用一种工法或多种工法相结合的加固手段。加固方式应根据工程地质条件、地下水位、结构埋深、盾构主机型与直径、作业环境等条件来进行选择，同时考虑安全性、施工方便性、经济性、工期等因素。

在沿海软土地区，特别是盾构隧道端头地层为富含水砂层时，采用常规的化学加固手段很难达到工程要求，在化学加固后探孔时常常会发现有严重漏水漏砂现象。此时，为提高盾构隧道端头土体强度和充分止水，保证盾构进出洞安全，在富含水砂层端头如何选择地层加固方式是需要解决的技术问题。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决在盾构隧道端头地层为富含水砂层时如何选择地层加固方式的问题而提供的一种盾构隧道端头联合加固结构。

本实用新型提供的盾构隧道端头联合加固结构的整体为矩形盒式结构，矩形盒式结构是由四面加固结构围设而成，其中靠近基坑的加固结构为冻土墙，其余三面的加固结构为水泥土连续墙。

冻土墙中垂直冻结管的插入深度为下方不透水层中1-2m，垂直冻结管布设长度为盾构隧道两侧各3m，垂直冻结管直径为127mm或108mm或169mm；垂直冻结管布置1-3排，插花布置，垂直冻结管的间距为800mm，靠近工作井围护结构的垂直冻结管距离槽壁边300-400mm，垂直冻结管实施全长冻结，垂直冻结管的材质为无缝低碳钢管或PVC塑料管或PPR塑料管或ABS塑料管或PE塑料管，垂直冻结管的截面为圆形或“工字形”或“X形”或“T形”或“Y形”。

水泥土连续墙的壁厚为600-850mm，插入深度为下方不透水层中1-2m，水泥土连续墙布设长度为盾构主机长度+(2-3)B的止水厚度，其中B为管片宽度。

本实用新型提供的盾构隧道端头联合加固结构的施工方法，其方法如下所述：

步骤一、水泥土连续墙的施工：利用TRD工法采用三循环的方法施工等厚度水泥土连续墙，具体施工工艺如下：

(1)、测量放线：施工前，先根据设计图纸提供的坐标基准点，精确计算出水泥土连续墙中心线角点坐标，利用测量仪器进行放样，并进行坐标数据复核，同时做好护桩，并通知相关单位进行放线复核；

(2)、开挖沟槽：水泥土连续墙中心线放样后，对施工场地进行铺设钢板进行加固处理，确保施工场地满足机械设备对地基承载力的要求，确保桩机的稳定性，用挖掘机沿水泥土连续墙中心线平行方向开挖工作沟槽，槽宽1.2m，沟槽深度1.0m；

(3)、吊放预埋箱：用挖掘机开挖深度3m、长度2m、宽度1m的预埋穴，利用吊车并将预埋箱吊放入预埋穴内；

(4)、桩机就位：由当班班长统一指挥桩机就位，移动前看清上、下、左、右各方面的情况，发现有障碍物及时清除，移动结束后检查定位情况并及时纠正，桩机要平稳、平正；

(5)、切割箱与主机连接：用指定的履带式吊车将切割箱逐段吊放入预埋穴，利用支撑台固定；TRD主机移动至预埋穴位置连接切割箱，TRD主机再返回预定施工位置进行切割箱自行打入挖掘工序；

(6)、安装测斜仪：切割箱自行打入到设计深度后，安装测斜仪，通过安装在切割箱内部的多段式测斜仪，能够进行墙体的垂直精度管理，确保1/250以内的精度；

(7)、TRD工法成墙：测斜仪安装完毕后，TRD主机与切割箱连接，进行三工序等厚度水泥土连续墙施工，具体工序如下：

工序1—先行挖掘：通过压浆泵注入挖掘液，切割箱向前推进，挖掘松动原土层、切割成槽一段行程；

工序2—回撤挖掘：根据作业工效，一段行程的成槽完成后，切割箱再回撤至切割起始点；

工序3—成墙搅拌：切割箱回撤至切割起始点后调换浆液，通过压浆泵注入固化液，切割箱向前推进并与挖掘液混合泥浆混合搅拌，形成等厚水泥土连续墙；

(8)、泥浆测试：止水帷幕施工过程中对浆液及混合泥浆进行泥浆测试，包括挖掘液比重、挖掘液混合泥浆流动度，固化液比重以及固化液混合泥浆比重；

(9)、置换土处理：将TRD工法施工过程中产生的废弃泥浆统一堆放，集中处理；

(10)、拔出切割箱：成墙搅拌结束后，在拟定切割箱起拔区域注入同配比的固化液，边起拔边注浆，确保对切割箱占据空洞进行密实填充和有效加固，结束直线段墙体施工；

步骤二、垂直冻土墙的施工：

冻结施工是在盾构主机掘进前，用人工制冷的方法，将工作井端头区域内的含水地层冻结成一个封闭不透水的帷幕，用于抵抗地压、水压，隔绝地下水，保证盾构主机进出洞的安全；

首先进行冻结孔的钻孔施工，同时进行冻结站的安装施工，冻结孔施工完毕后，进行冻结孔串联管路及保温工作，然后进行积极冻结，通过测温孔观测计算，确定冻结满足洞门凿除条件后，开始破除洞口槽壁，盾构主机进出洞前强制解冻，同时将垂直冻结管拔出至盾构主机上部维持冻结，待盾构主机进出洞完毕后拔出垂直冻结管，融沉注浆，具体工艺如下：

(一)、冻结设计：

(1)、冻结壁厚度设计：结合工程特点、土层条件及施工现场情况对冻结帷幕厚度进行设计，靠近工作井围护结构的垂直冻土墙厚度要大于1.6m；

1)、冻结帷幕物理参数：

冻土平均温度取-10℃，冻土强度指标进行室内试验确定；

2)、加固体尺寸：

纵向长度：盾构主机长度+(2-3)B的止水厚度，其中B为管片宽度；

横向宽度：盾构隧道两侧各3m；

深度：实施全长冻结。

(2)、冻结孔的布置：冻结孔布置1-3排，插花布置，孔间距为800mm，排间距为800mm，靠近工作井围护结构的垂直冻结孔距离槽壁边300-400mm；

(3)、测温孔布置：根据钻孔的偏斜情况对测温孔的位置进行调整，测量冻结帷幕范围不同部位的温度发展状况，以便采取相应控制措施，确保施工的安全；

(二)、制冷系统设计：

(1)、参数选取：

1)、垂直冻结管选用φ127×4.5mm无缝低碳钢管；

2)、采用盐水冷媒介质时，冻结期去路盐水温度为-28～-30℃，回路盐水温度为-25～-28℃；

3)、盐水比重1.26；

4)、冻结管内盐水流量5m³/h；

5)、冻结管散热能力：260Kcal/m².h；

6)、冷量损失系数：1.2；

(2)、需冷量计算：

冻结需冷量计算：Q＝1.2·π·d·H·K

式中:H—冻结总长度；

d—冻结管直径；

K—冻结管散热系数；

(3)、冻结站设置、机组选型及数量：

冻结站选用W-YSLGF600Ⅱ型螺杆冷冻机两台，每台机组制冷量28×104Kcal/h，电机功率220kw；

(4)、盐水系统：

1)、盐水干管、集配液圈选型：φ159×5mm焊管加工制作；

2)、80％晶体氯化钙用量：根据实际情况供应；

3)、盐水泵选型：选用三台IS150-125-315型离心式水泵，流量200m³/h,电机30kw；

(5)、清水系统：

1)、清水管选型：φ133×4.5mm焊管加工制作；

2)、选用8m³清水箱三个；

3)、新鲜水补充量：30m³/h；

4)、选用三台IS150-125-315型离心式水泵，流量200m³/h,电机30kw；

5)、选用KST－80型冷却塔四台；

(6)、冻结管设计：垂直冻结管选用φ127×4.5mm无缝低碳钢管，水平冻结管选用φ108×8mm无缝低碳钢管；供液管选用φ45×4mm无缝钢管；

(7)、冻结壁形成预测：按照冻结帷幕发展速度25mm/天，垂直冻结管最大孔间距取800mm，则交圈时间为t1＝800/2/25＝16天，冻结壁交圈时间取20天，整个积极冻结时间取30天；

(三)、钻孔施工：

(1)、钻孔设备选型：

选用XP-30B工程钻机两台，配特拉斯空压机GR200－20型一台，采用冲击钻进工艺；

在钻好孔内采用下套管测斜，使用灯光测斜或采用JDT-5型陀螺测斜仪测斜，以保证钻孔垂直精度；

(2)、钻孔技术要求：

钻进时，按深度及地层情况的需要，及时增减钻铤，作到均匀、匀速钻进，严禁忽快忽慢，压力忽大忽小；

合理掌握转速、压力及冲洗量，加尺或更换钻头时，钻具下到距孔底0.3-0.5m处扫孔，不准将钻具停在一个深度长期冲洗，停电时，将钻具提至安全深度，停电超过2小时，将钻具全部提出，对所有钻具经常详细检查，弯钻杆和磨损过大的钻杆禁止使用，终孔时复核钻具全长，并冲孔将岩粉排净，再下管；

冻结管先进行地面配组，丈量全长，做好记录，下管时清除管内异物，保持清洁，试压封口后，及时将冻结管周围的空隙用土填实，防止泥浆串孔；

偏斜：冻结孔平均偏斜率不得大于5‰，冻结孔终孔间距不大于设计值，否则予以补孔，冻结深度满足设计要求，下管长度不小于设计冻结孔深度；

测斜：冻结孔施工过程中使用灯光经纬仪进行终孔和成孔测斜并及时绘制冻结孔偏斜平面图；

钻场基础：为了保证钻孔质量，现场铺设简易泥浆沟槽；

(四)、冻结施工：

(1)、冻结施工主要设备：设备如下表所示：

根据冻结期间总用电负荷以及线路电压损失的情况下，整个冷冻站选用YC3×120+2×25低压橡套电缆三根，分别供两台冻结机组及相应配套设备；

(2)、冻结站安装：冻结站布置在一侧，两台机组并联安装，可相互备用，冻结站占地200平方米；

(3)、冷冻机组的安装：

1)、就位与固定：

按照冻结站布置图，将冷冻机组就位后，用螺栓与基础进行可靠固定，固定时用水平尺对机组进行找平，通过不断调整垫铁将机组调平；

根据现场的管路布置，灵活调整冷凝器两头盖板，已达到优化管路的布置，将机组启动柜牢固地布置在机组旁边，并与机组之间留下一定的空间，要对平时的操作维护带来方便；

2)、管路连接：盐水管路和清水管路与机组之间采用法兰连接，并布置安装阀门；

3)、机组密封检测：冷冻机组进行密封，首先进行制冷系统的检漏，在确保系统无泻漏后，再充氟加油；

4)、机组加油：检查机组里冷冻机油的量，如果过少，要向机组加油，冷冻机组选用46^#冷冻机油；

(4)、清、盐水泵的安装：检查水泵和电机，确保在运输和装卸过程中没有损伤；检查工具和起重机械，并检查机器的基础，安装泵的基础平面要进行水平找平，放置好后再检查一下整台机组的水平度，泵的吸入管路和吐出管路设置各自的支架，管路重量不能直接由泵承受，泵轴与电机旋转方向要一致，泵的吸入口要高于清、盐水箱底20cm，在清水泵的吸入口安装一道滤网，在盐水箱中间设置一道滤网，检查泵、管路以及泵与管路的结合处有无松动现象，用手转动泵轴，检查泵轴转动是否灵活，向轴承体内加入轴承润滑机油，观察油位要在油标的中心线处，润滑油要及时更换或补充；

(5)、冷却塔的安装：冷却塔安装过程中注意防火，严禁在塔体及其邻近使用电焊或气割明火作业，场内不许人员吸烟，冷却塔基础保持水平，支柱与基面垂直，各基面高差不超过±1mm，中心距允许差为±2mm，塔体拼装时，螺栓对称紧固，不允许强行扭曲安装，拼装后不得漏水，冷却塔塔脚与基础固定牢固，冷却塔零部件在运输、存放过程中，其上不允许压重物，不得暴晒，且注意明火，冷却塔进、出水管及补充水管单独设置管道支架，避免将管道重量传递塔体；风机叶片妥善保管，防止变形，电机及传动件要上油，在室内存放，冷却塔安装完毕后，清理管道、填料表面以及集水盘内的污垢及塔内遗物，并进行系统冲洗；

(6)、冷冻机组调试：在制冷系统调试前，一定要做好系统内部的清洁和干燥工作，具体工作如下：

1)、制冷剂的充注：

现场安装后，外观检查没有意外损伤，如果发现制冷剂已经漏完或者不足，找出泄漏点并排除泄漏现象，然后加入制冷剂，从专用充液阀门充入；

2)、调试：

正式开机前对主要电控系统做模拟动作检侧，即机组主机不通电，控制系统通电，然后通过机组内部设定，对机组的电控系统进行检测，组件是否运行正常，如果电控系统出现问题，及时解决，最后再通上主机电源，进行调试；

在调试过程中，注意以下几点：

检查制冷系统中的各处阀门是否处在正常的开启状态，特别是排气截止阀，切勿关闭；

打开冷凝器的冷却水阀门和蒸发器的冷水阀门，冷水和冷却水的流量要符合机组技术要求；

启动前注意观察机组的供电电压是否正常；

3)、运行：

按照冷冻机操作规程要求，启动机组；

当机组启动后，根据机组说明书要求，查看机组的各项参数是否正常；

对机组的各项数据进行记录，主要参数要记录清楚；

在机组运行过程中，注意压缩机的增、减载机构是否正常工作；

正确使用制冷系统中安装的安全保护装置，如高低压保护装置、冷水和冷却水断水流量开关以及安全阀，如有损坏及时更换；

4)、异常监测

螺杆式冷水机组如出现异常情况，立即停机检查；

螺杆式制冷压缩机正常运行的标志为：

压缩机排气压力的表压为0.8-1.5MPa；

压缩机排气温度为45-90℃；

压缩机的油温为40-55℃；

压缩机油压表的表压为0.2-0.3MPa；

压缩机运行过程中声音均匀、平稳，无异常声音；

机组的冷凝温度要比冷却水温度高3-5℃；冷凝温度控制在40℃，冷凝器进水温度控制在32℃以下；

机组的蒸发温度要比冷媒水的出水温度低3-4℃，冷凝水出水温度为5-7℃；

(7)、清、盐水泵的调试：

检查泵、管路以及泵与管路的结合处有无松动现象，用手转动泵，试看泵轴转动是否灵活；

向轴承体内加入轴承润滑机油，观察油位应在油标的中心线处，润滑油及时更换或补充；

点动电机，试看电机转向是否正确；

开动电机，当泵正常运转后，打开出口压力，视其显示出压力后，逐渐打开闸阀，同时检查电机负荷情况；

观察泵体及管路是否振动过大，过大时要停车检查原因并进行处理；

控制泵的流量和扬程在标牌上注明的范围内，以保证泵在最高效率点运转；

泵在运行过程中，轴承温度不能超过环境温度35℃，最高温度不得超过80℃，如发现泵有异常声音立即停车检查原因；

(8)、其它：冻机油选用N46冷冻机油；制冷剂选用氟立昂R-22；冷媒剂选用氯化钙溶液；

(五)、槽壁的破除：

破除槽壁具备的条件：冻土墙厚度≥1.6m；冻土的平均温度≤-10℃；盐水温度-28℃～-30℃；盐水去回路温度差≤2℃；探孔温度≤-2℃；

通过探孔观测，判断冻土墙的冻结效果，冻结30天后，槽壁破除前先在洞门上有分布的钻取数个探孔，以判断冻土与槽壁的胶结情况，探孔深度进入冻土墙内10-15cm，然后，采用测温仪进行量测，要求各探孔实测温度必须低于-2℃，当通过探孔实测温度与水平测温孔实测温度进行判断冻土墙与槽壁完全可靠胶结方可全部破壁；

(六)、垂直冻结管的拔除：

(1)、强制解冻：采用人工局部解冻的方案，利用热盐水在冻结器里循环，使垂直冻结管周围的冻土融化；

(2)、盐水加热：用一只3m³的盐水箱储存盐水，用六组20kw的电热丝进行加热盐水，温度控制在75±10℃；

(3)、盐水循环：利用盐水泵循环盐水，水泵型号为IS150-125-315，每个冻结孔的盐水循环流量控制在5－7m³/h；

(4)、解冻测量：利用冻结帷幕内的测温孔，每天定时测量帷幕温度的变化，直至冻结帷幕上升至正温为止，则停止解冻作业；

(5)、垂直冻结管的起拔：垂直冻结管解冻后，用压缩空气将管内盐水排出，采用吊车进行试拔，拔起0.5m左右时，确保无异常后，快速拔出垂直冻结管，拔管注意垂直冻结管与挂钩要成一线，垂直冻结管不能蹩劲，拔管时要常微转动垂直冻结管，垂直冻结管不能硬拔，如拔不动时，要继续循环热盐水解冻，直至能拔起垂直冻结管为止；

(七)、冻胀与融沉控制：

冻胀是因土体冻结时水结冰而引起的土体膨胀，施工过程中采取如下措施控制冻胀和融沉：

(1)、在垂直冻结管拔出后，要及时地将冻结孔洞用黄砂充填密实；

(2)、在冻土体的融化阶段，利用隧道管片的注浆孔向冻结加固区进行注浆压密加固冻融土体，采取小压力、多注次的方式进行注浆，注浆压力为0.2-0.5MPa，浆液选用单液水泥浆；

(3)、为了预防冻胀和融沉,设计选用标准制冷量大的冷冻机组,在短时间内把盐水温度降到设计值,以加快冻土发展,提高冻土强度,减少冻胀和融沉量；

(4)、掌握和调整盐水温度和盐水流量,采取间歇式冻结,控制冻土发展量，以减少冻胀和融沉。

步骤一中TRD工法的施工参数如下：

(1)、挖掘液拌制采用钠基膨润土，每立方被搅拌土体掺入100kg/m³膨润土，水灰比W/B为5-20，施工过程按1000kg水加50-200kg膨润土拌制浆液；

(2)、挖掘液混合泥浆流动度控制在190mm-240mm；

(3)、挖掘液用于切割箱自行打入工序、先行挖掘工序，回撤挖掘工序视混合泥浆的流动度在注入挖掘液；

(4)、固化液拌制采用P42.5级普通硅酸盐水泥，每立方被搅拌土体掺入不少于25％的水泥，水灰比1.5，施工过程每937kg水加625kg水泥拌制浆液；

(5)、固化液混合泥浆流动度控制在180mm-220mm；

(6)、固化液使用于成墙搅拌工序。

TRD工法又叫等厚度水泥土搅拌连续墙工法，由日本神户制钢所1993年开发的一种利用锯链式切割箱连续施工等厚度水泥土搅拌连续墙施工技术。该工法在一般的砂土层中施工的最大深度已达56.7m，壁厚550mm-850mm，也适用于卵砾石、块石等各类地层。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的盾构隧道端头联合加固结构及施工方法施工深度大，最大深度可达60m；适应地层广，对硬质地层(硬土、砂卵砾石、软岩石等)具有良好的挖掘性能；成墙品质好，在墙体深度方向上，可保证均匀的水泥土质量，强度提高，离散性小，截水性能好；高安全性，重心低，稳定性好，适用于高度有限制的场所；连续成墙，接缝较少，墙体等厚，H型钢可以最佳间距设置；噪音、振动较小。

本实用新型具有施工实用性强、施工质量控制方便、加固效果特别是止水效果好且安全可靠等突出优点，比传统的水泥土搅拌桩满堂加固节约造价，具有较大的推广应用价值。

附图说明

图1为本实用新型所述联合加固结构主视图。

图2为本实用新型所述联合加固结构俯视图。

图3为本实用新型所述TRD工法施工工艺流程示意图。

图4为本实用新型所述垂直冻结施工工艺流程示意图。

图5为本实用新型所述钻孔施工流程示意图。

图中所示：

1、冻土墙 2、水泥土连续墙 3、垂直冻结管 4、围护结构

5、盾构主机。

具体实施方式

请参阅图1至图5所示：

本实用新型提供的盾构隧道端头联合加固结构的整体为矩形盒式结构，矩形盒式结构是由四面加固结构围设而成，其中靠近基坑的加固结构为冻土墙1，其余三面的加固结构为水泥土连续墙2。

冻土墙1中垂直冻结管3的插入深度为下方不透水层中1-2m，垂直冻结管3布设长度为盾构隧道两侧各3m，垂直冻结管3直径为127mm或108mm或169mm；垂直冻结管3布置1-3排，插花布置，垂直冻结管3的间距为800mm，靠近工作井围护结构4的垂直冻结管3距离槽壁边300-400mm，垂直冻结管3实施全长冻结，垂直冻结管3的材质为无缝低碳钢管或PVC塑料管或PPR塑料管或ABS塑料管或PE塑料管，垂直冻结管3的截面为圆形或“工字形”或“X形”或“T形”或“Y形”。

水泥土连续墙2的壁厚为600-850mm，插入深度为下方不透水层中1-2m，水泥土连续墙2布设长度为盾构主机5长度+(2-3)B的止水厚度，其中B为管片宽度。

本实用新型提供的盾构隧道端头联合加固结构的施工方法，其方法如下所述：

步骤一、水泥土连续墙2的施工：利用TRD工法采用三循环的方法施工等厚度水泥土连续墙2，具体施工工艺如下：

(1)、测量放线：施工前，先根据设计图纸提供的坐标基准点，精确计算出水泥土连续墙2中心线角点坐标，利用测量仪器进行放样，并进行坐标数据复核，同时做好护桩，并通知相关单位进行放线复核；

(2)、开挖沟槽：水泥土连续墙2中心线放样后，对施工场地进行铺设钢板进行加固处理，确保施工场地满足机械设备对地基承载力的要求，确保桩机的稳定性，用挖掘机沿水泥土连续墙2中心线平行方向开挖工作沟槽，槽宽1.2m，沟槽深度1.0m；

(3)、吊放预埋箱：用挖掘机开挖深度3m、长度2m、宽度1m的预埋穴，利用吊车并将预埋箱吊放入预埋穴内；

(4)、桩机就位：由当班班长统一指挥桩机就位，移动前看清上、下、左、右各方面的情况，发现有障碍物及时清除，移动结束后检查定位情况并及时纠正，桩机要平稳、平正；

(5)、切割箱与主机连接：用指定的履带式吊车将切割箱逐段吊放入预埋穴，利用支撑台固定；TRD主机移动至预埋穴位置连接切割箱，TRD主机再返回预定施工位置进行切割箱自行打入挖掘工序；

(6)、安装测斜仪：切割箱自行打入到设计深度后，安装测斜仪，通过安装在切割箱内部的多段式测斜仪，能够进行墙体的垂直精度管理，确保1/250以内的精度；

(7)、TRD工法成墙：测斜仪安装完毕后，TRD主机与切割箱连接，进行三工序等厚度水泥土连续墙施工，具体工序如下：

工序1—先行挖掘：通过压浆泵注入挖掘液，切割箱向前推进，挖掘松动原土层、切割成槽一段行程；

工序2—回撤挖掘：根据作业工效，一段行程的成槽完成后，切割箱再回撤至切割起始点；

工序3—成墙搅拌：切割箱回撤至切割起始点后调换浆液，通过压浆泵注入固化液，切割箱向前推进并与挖掘液混合泥浆混合搅拌，形成等厚水泥土连续墙2；

(8)、泥浆测试：止水帷幕施工过程中对浆液及混合泥浆进行泥浆测试，包括挖掘液比重、挖掘液混合泥浆流动度，固化液比重以及固化液混合泥浆比重；

(9)、置换土处理：将TRD工法施工过程中产生的废弃泥浆统一堆放，集中处理；

(10)、拔出切割箱：成墙搅拌结束后，在拟定切割箱起拔区域注入同配比的固化液，边起拔边注浆，确保对切割箱占据空洞进行密实填充和有效加固，结束直线段墙体施工；

步骤二、垂直冻土墙的施工：

冻结施工是在盾构主机5掘进前，用人工制冷的方法，将工作井端头区域内的含水地层冻结成一个封闭不透水的帷幕，用于抵抗地压、水压，隔绝地下水，保证盾构主机5进出洞的安全；

首先进行冻结孔的钻孔施工，同时进行冻结站的安装施工，冻结孔施工完毕后，进行冻结孔串联管路及保温工作，然后进行积极冻结，通过测温孔观测计算，确定冻结满足洞门凿除条件后，开始破除洞口槽壁，盾构主机5进出洞前强制解冻，同时将垂直冻结管3拔出至盾构主机5上部维持冻结，待盾构主机5进出洞完毕后拔出垂直冻结管，融沉注浆，具体工艺如下：

(一)、冻结设计：

(1)、冻结壁厚度设计：结合工程特点、土层条件及施工现场情况对冻结帷幕厚度进行设计，靠近工作井围护结构4的垂直冻土墙1厚度要大于1.6m；

1)、冻结帷幕物理参数：

冻土平均温度取-10℃，冻土强度指标进行室内试验确定；

2)、加固体尺寸：

纵向长度：盾构主机5长度+(2-3)B的止水厚度，其中B为管片宽度；

横向宽度：盾构隧道两侧各3m；

深度：实施全长冻结。

(2)、冻结孔的布置：冻结孔布置1-3排，插花布置，孔间距为800mm，排间距为800mm，靠近工作井围护结构4的垂直冻结孔距离槽壁边300-400mm；

(3)、测温孔布置：根据钻孔的偏斜情况对测温孔的位置进行调整，测量冻结帷幕范围不同部位的温度发展状况，以便采取相应控制措施，确保施工的安全；

(二)、制冷系统设计：

(1)、参数选取：

1)、垂直冻结管3选用φ127×4.5mm无缝低碳钢管；

2)、采用盐水冷媒介质时，冻结期去路盐水温度为-28～-30℃，回路盐水温度为-25～-28℃；

3)、盐水比重1.26；

4)、冻结管内盐水流量5m³/h；

5)、冻结管散热能力：260Kcal/m².h；

6)、冷量损失系数：1.2；

(2)、需冷量计算：

冻结需冷量计算：Q＝1.2·π·d·H·K

式中:H—冻结总长度；

d—冻结管直径；

K—冻结管散热系数；

(3)、冻结站设置、机组选型及数量：

冻结站选用W-YSLGF600Ⅱ型螺杆冷冻机两台，每台机组制冷量28×104Kcal/h，电机功率220kw；

(4)、盐水系统：

1)、盐水干管、集配液圈选型：φ159×5mm焊管加工制作；

2)、80％晶体氯化钙用量：根据实际情况供应；

3)、盐水泵选型：选用三台IS150-125-315型离心式水泵，流量200m³/h,电机30kw；

(5)、清水系统：

1)、清水管选型：φ133×4.5mm焊管加工制作；

2)、选用8m³清水箱三个；

3)、新鲜水补充量：30m³/h；

4)、选用三台IS150-125-315型离心式水泵，流量200m³/h,电机30kw；

5)、选用KST－80型冷却塔四台；

(6)、冻结管设计：垂直冻结管3选用φ127×4.5mm无缝低碳钢管，水平冻结管选用φ108×8mm无缝低碳钢管；供液管选用φ45×4mm无缝钢管；

(7)、冻结壁形成预测：按照冻结帷幕发展速度25mm/天，垂直冻结管3最大孔间距取800mm，则交圈时间为t1＝800/2/25＝16天，冻结壁交圈时间取20天，整个积极冻结时间取30天；

(三)、钻孔施工：

(1)、钻孔设备选型：

选用XP-30B工程钻机两台，配特拉斯空压机GR200－20型一台，采用冲击钻进工艺；

在钻好孔内采用下套管测斜，使用灯光测斜或采用JDT-5型陀螺测斜仪测斜，以保证钻孔垂直精度；

(2)、钻孔技术要求：

钻进时，按深度及地层情况的需要，及时增减钻铤，作到均匀、匀速钻进，严禁忽快忽慢，压力忽大忽小；

合理掌握转速、压力及冲洗量，加尺或更换钻头时，钻具下到距孔底0.3-0.5m处扫孔，不准将钻具停在一个深度长期冲洗，停电时，将钻具提至安全深度，停电超过2小时，将钻具全部提出，对所有钻具经常详细检查，弯钻杆和磨损过大的钻杆禁止使用，终孔时复核钻具全长，并冲孔将岩粉排净，再下管；冻结管先进行地面配组，丈量全长，做好记录，下管时清除管内异物，保持清洁，试压封口后，及时将冻结管周围的空隙用土填实，防止泥浆串孔；

偏斜：冻结孔平均偏斜率不得大于5‰，冻结孔终孔间距不大于设计值，否则予以补孔，冻结深度满足设计要求，下管长度不小于设计冻结孔深度；

测斜：冻结孔施工过程中使用灯光经纬仪进行终孔和成孔测斜并及时绘制冻结孔偏斜平面图；

钻场基础：为了保证钻孔质量，现场铺设简易泥浆沟槽；

(四)、冻结施工：

(1)、冻结施工主要设备：设备如下表所示：

根据冻结期间总用电负荷以及线路电压损失的情况下，整个冷冻站选用YC3×120+2×25低压橡套电缆三根，分别供两台冻结机组及相应配套设备；

(2)、冻结站安装：冻结站布置在一侧，两台机组并联安装，可相互备用，冻结站占地200平方米；

(3)、冷冻机组的安装：

1)、就位与固定：

按照冻结站布置图，将冷冻机组就位后，用螺栓与基础进行可靠固定，固定时用水平尺对机组进行找平，通过不断调整垫铁将机组调平；

根据现场的管路布置，灵活调整冷凝器两头盖板，已达到优化管路的布置，将机组启动柜牢固地布置在机组旁边，并与机组之间留下一定的空间，要对平时的操作维护带来方便；

2)、管路连接：盐水管路和清水管路与机组之间采用法兰连接，并布置安装阀门；

3)、机组密封检测：冷冻机组进行密封，首先进行制冷系统的检漏，在确保系统无泻漏后，再充氟加油；

4)、机组加油：检查机组里冷冻机油的量，如果过少，要向机组加油，冷冻机组选用46^#冷冻机油；

(4)、清、盐水泵的安装：检查水泵和电机，确保在运输和装卸过程中没有损伤；检查工具和起重机械，并检查机器的基础，安装泵的基础平面要进行水平找平，放置好后再检查一下整台机组的水平度，泵的吸入管路和吐出管路设置各自的支架，管路重量不能直接由泵承受，泵轴与电机旋转方向要一致，泵的吸入口要高于清、盐水箱底20cm，在清水泵的吸入口安装一道滤网，在盐水箱中间设置一道滤网，检查泵、管路以及泵与管路的结合处有无松动现象，用手转动泵轴，检查泵轴转动是否灵活，向轴承体内加入轴承润滑机油，观察油位要在油标的中心线处，润滑油要及时更换或补充；

(5)、冷却塔的安装：冷却塔安装过程中注意防火，严禁在塔体及其邻近使用电焊或气割明火作业，场内不许人员吸烟，冷却塔基础保持水平，支柱与基面垂直，各基面高差不超过±1mm，中心距允许差为±2mm，塔体拼装时，螺栓对称紧固，不允许强行扭曲安装，拼装后不得漏水，冷却塔塔脚与基础固定牢固，冷却塔零部件在运输、存放过程中，其上不允许压重物，不得暴晒，且注意明火，冷却塔进、出水管及补充水管单独设置管道支架，避免将管道重量传递塔体；风机叶片妥善保管，防止变形，电机及传动件要上油，在室内存放，冷却塔安装完毕后，清理管道、填料表面以及集水盘内的污垢及塔内遗物，并进行系统冲洗；

(6)、冷冻机组调试：在制冷系统调试前，一定要做好系统内部的清洁和干燥工作，具体工作如下：

1)、制冷剂的充注：

现场安装后，外观检查没有意外损伤，如果发现制冷剂已经漏完或者不足，找出泄漏点并排除泄漏现象，然后加入制冷剂，从专用充液阀门充入；

2)、调试：

正式开机前对主要电控系统做模拟动作检侧，即机组主机不通电，控制系统通电，然后通过机组内部设定，对机组的电控系统进行检测，组件是否运行正常，如果电控系统出现问题，及时解决，最后再通上主机电源，进行调试；

在调试过程中，注意以下几点：

检查制冷系统中的各处阀门是否处在正常的开启状态，特别是排气截止阀，切勿关闭；

打开冷凝器的冷却水阀门和蒸发器的冷水阀门，冷水和冷却水的流量要符合机组技术要求；

启动前注意观察机组的供电电压是否正常；

3)、运行：

按照冷冻机操作规程要求，启动机组；

当机组启动后，根据机组说明书要求，查看机组的各项参数是否正常；

对机组的各项数据进行记录，主要参数要记录清楚；

在机组运行过程中，注意压缩机的增、减载机构是否正常工作；

正确使用制冷系统中安装的安全保护装置，如高低压保护装置、冷水和冷却水断水流量开关以及安全阀，如有损坏及时更换；

4)、异常监测

螺杆式冷水机组如出现异常情况，立即停机检查；

螺杆式制冷压缩机正常运行的标志为：

压缩机排气压力的表压为0.8-1.5MPa；

压缩机排气温度为45-90℃；

压缩机的油温为40-55℃；

压缩机油压表的表压为0.2-0.3MPa；

压缩机运行过程中声音均匀、平稳，无异常声音；

机组的冷凝温度要比冷却水温度高3-5℃；冷凝温度控制在40℃，冷凝器进水温度控制在32℃以下；

机组的蒸发温度要比冷媒水的出水温度低3-4℃，冷凝水出水温度为5-7℃；

(7)、清、盐水泵的调试：

检查泵、管路以及泵与管路的结合处有无松动现象，用手转动泵，试看泵轴转动是否灵活；

向轴承体内加入轴承润滑机油，观察油位应在油标的中心线处，润滑油及时更换或补充；

点动电机，试看电机转向是否正确；

开动电机，当泵正常运转后，打开出口压力，视其显示出压力后，逐渐打开闸阀，同时检查电机负荷情况；

观察泵体及管路是否振动过大，过大时要停车检查原因并进行处理；

控制泵的流量和扬程在标牌上注明的范围内，以保证泵在最高效率点运转；

泵在运行过程中，轴承温度不能超过环境温度35℃，最高温度不得超过80℃，如发现泵有异常声音立即停车检查原因；

(8)、其它：冻机油选用N46冷冻机油；制冷剂选用氟立昂R-22；冷媒剂选用氯化钙溶液；

(五)、槽壁的破除：

破除槽壁具备的条件：冻土墙1厚度≥1.6m；冻土的平均温度≤-10℃；盐水温度-28℃～-30℃；盐水去回路温度差≤2℃；探孔温度≤-2℃；

通过探孔观测，判断冻土墙1的冻结效果，冻结30天后，槽壁破除前先在洞门上有分布的钻取数个探孔，以判断冻土与槽壁的胶结情况，探孔深度进入冻土墙1内10-15cm，然后，采用测温仪进行量测，要求各探孔实测温度必须低于-2℃，当通过探孔实测温度与水平测温孔实测温度进行判断冻土墙1与槽壁完全可靠胶结方可全部破壁；

(六)、垂直冻结管3的拔除：

(1)、强制解冻：采用人工局部解冻的方案，利用热盐水在冻结器里循环，使垂直冻结管3周围的冻土融化；

(2)、盐水加热：用一只3m³的盐水箱储存盐水，用六组20kw的电热丝进行加热盐水，温度控制在75±10℃；

(3)、盐水循环：利用盐水泵循环盐水，水泵型号为IS150-125-315，每个冻结孔的盐水循环流量控制在5－7m³/h；

(4)、解冻测量：利用冻结帷幕内的测温孔，每天定时测量帷幕温度的变化，直至冻结帷幕上升至正温为止，则停止解冻作业；

(5)、垂直冻结管3的起拔：垂直冻结管3解冻后，用压缩空气将管内盐水排出，采用吊车进行试拔，拔起0.5m左右时，确保无异常后，快速拔出垂直冻结管3，拔管注意垂直冻结管3与挂钩要成一线，垂直冻结管3不能蹩劲，拔管时要常微转动垂直冻结管3，垂直冻结管3不能硬拔，如拔不动时，要继续循环热盐水解冻，直至能拔起垂直冻结管3为止；

(七)、冻胀与融沉控制：

冻胀是因土体冻结时水结冰而引起的土体膨胀，施工过程中采取如下措施控制冻胀和融沉：

(1)、在垂直冻结管3拔出后，要及时地将冻结孔洞用黄砂充填密实；

(2)、在冻土体的融化阶段，利用隧道管片的注浆孔向冻结加固区进行注浆压密加固冻融土体，采取小压力、多注次的方式进行注浆，注浆压力为0.2-0.5MPa，浆液选用单液水泥浆；

(3)、为了预防冻胀和融沉,设计选用标准制冷量大的冷冻机组,在短时间内把盐水温度降到设计值,以加快冻土发展,提高冻土强度,减少冻胀和融沉量；

(4)、掌握和调整盐水温度和盐水流量,采取间歇式冻结,控制冻土发展量，以减少冻胀和融沉。

步骤一中TRD工法的施工参数如下：

(1)、挖掘液拌制采用钠基膨润土，每立方被搅拌土体掺入100kg/m³膨润土，水灰比W/B为5-20，施工过程按1000kg水加50-200kg膨润土拌制浆液；

(2)、挖掘液混合泥浆流动度控制在190mm-240mm；

(3)、挖掘液用于切割箱自行打入工序、先行挖掘工序，回撤挖掘工序视混合泥浆的流动度在注入挖掘液；

(4)、固化液拌制采用P42.5级普通硅酸盐水泥，每立方被搅拌土体掺入不少于25％的水泥，水灰比1.5，施工过程每937kg水加625kg水泥拌制浆液；

(5)、固化液混合泥浆流动度控制在180mm-220mm；

(6)、固化液使用于成墙搅拌工序。

TRD工法又叫等厚度水泥土搅拌连续墙工法，由日本神户制钢所1993年开发的一种利用锯链式切割箱连续施工等厚度水泥土搅拌连续墙施工技术。该工法在一般的砂土层中施工的最大深度已达56.7m，壁厚550mm-850mm，也适用于卵砾石、块石等各类地层。

Claims (3)

1.一种盾构隧道端头联合加固结构，其特征在于：加固结构的整体为矩形盒式结构，矩形盒式结构是由四面加固结构围设而成，其中靠近基坑的加固结构为冻土墙，其余三面的加固结构为水泥土连续墙。

2.根据权利要求1所述的一种盾构隧道端头联合加固结构，其特征在于：所述的冻土墙中垂直冻结管的插入深度为下方不透水层中1-2m，垂直冻结管布设长度为盾构隧道两侧各3m，垂直冻结管直径为127mm或108mm或169mm；垂直冻结管布置1-3排，插花布置，垂直冻结管的间距为800mm，靠近工作井围护结构的垂直冻结管距离槽壁边300-400mm，垂直冻结管实施全长冻结，垂直冻结管的材质为无缝低碳钢管或PVC塑料管或PPR塑料管或ABS塑料管或PE塑料管，垂直冻结管的截面为圆形或“工字形”或“X形”或“T形”或“Y形”。

3.根据权利要求1所述的一种盾构隧道端头联合加固结构，其特征在于：所述的水泥土连续墙的壁厚为600-850mm，插入深度为下方不透水层中1-2m，水泥土连续墙布设长度为盾构主机长度+(2-3)B的止水厚度，其中B为管片宽度。