郑州5号线盾构施工与管理的水平冷冻加固技术

以农业东路站西端头（CBD站—农业东路站区间接收端）加固为例。

1.设计概况

CBD站—农业东路站区间自CBD站东端头井始发，沿黄河东路向东向北敷设，至农业东路站西端头井处负三层接收。接收端地质条件和周边环境复杂，施工影响因素多，施工风险大。

结合农业东路站基坑实际开挖情况，在大埋深、高水位、富水砂层条件下，盾构端头采用旋喷桩加固无条件，且在密实砂层中实施旋喷桩成桩质量差，止水效果不能完全保证，存在较大的风险。为此将原设计的旋喷桩加固变更为水平冷冻施工技术。

设计冻结壁平均温度为－10 °C，冻土抗压强度σ压不小于3.6MPa，抗拉强度σ拉不小于2.0 MPa，抗弯强度τ剪不小于1.5 MPa。

接收端头水平冻结设计冻结壁有效厚度为“杯底”3.5 m，“杯壁”厚度为2 m、长度为12.0 m（不包含地连墙、内衬），冻结壁设计平均温度为不高于－10 °C。冷冻加固范围如图6.3.8所示。

图6.3.8　冷冻加固范围示意图

2.工程特点及重难点分析

1）工程特点

（1）大埋深、高水位、富水砂层地质条件下盾构接收，周边临近重要建筑物、构筑物，环境复杂，地表沉降要求严格。

（2）接收端平面为半径400 m的圆曲线与直线的缓和曲线。

2）重难点分析

（1）冷冻管施工及冻结体的质量

水平冷冻体的质量直接决定盾构接收的成败。

措施：严格按照设计图纸进行钻孔施工，确保钻孔深度、角度满足要求；停止周边一切降水井；充足的冻结时间；钻孔检验冷冻体强度；盐水温度及测温孔测温记录满足接收条件。

（2）洞门凿除

在冷冻体的保护下进行洞门凿除，工期与盾构掘进的配合、对冷冻管的保护是施工重点。

措施：24小时作业，7天内完成；凿除时机与盾构掘进进度相互配合。

（3）冷冻管拔除

洞门范围冷冻管设计采用钢管，需在盾构机到达拔除，拔除作业及出现断管等突发事件，对整个盾构接收影响大，是施工的重点和难点。

措施：提前准备材料和人员，要求24小时内全部完成；提前准备液氮及液氮操作人员，鼓风机就位新鲜空气，实施监测内部氧气含量。

3.施工技术原理

1）水平冻结加固土体保障安全凿除洞门(www.xing528.com)

根据接收段地质水文情况及现场周边实际情况，区间隧道接收端采用3.5 m厚冻结壁进行土体加固，冻结加固体在区间隧道洞门破除时，起到抵御水土压力、防止土层塌落和泥水涌入工作井的作用。

2）预留、预埋注浆管封水注浆

通过在洞门处10环管片上每环增加10个注浆孔，以及在洞门钢圈、过渡连接环上预埋16个环向注浆管，洞内外双管齐下相互配合注浆，互相印证，有效地填充了管片与洞门钢圈之间的空隙，消除在钢套筒开仓时、盾构机吊装、管片拔除及洞门环梁施工过程中的风险。

4.施工特点

安全可靠，风险小：采用水平冻结法辅助加固地层，质量可控能更好地起到止水封水效果。

5.操作要点

1）冷冻法实施

盾构机接收前对冻结厚度、冻结体温度、冻结体强度进行效果验证，复核设计要求。

2）曲线接收施工措施

盾构接收阶段，对盾构机的位置进行准确的测量，明确成型隧道中心轴线与隧道设计中心轴线的关系，同时对接收洞门位置进行复核测量，确定盾构机的贯通姿态及掘进纠偏计划。在考虑盾构机的贯通姿态时应注意：一是盾构机贯通时的中心轴线与隧道设计轴线的偏差；二是接收洞门位置的偏差。纠偏要逐步完成，每一环纠偏量不能过大。盾构机到达前100 m地段即加强盾构姿态和隧道线形测量，及时纠正偏差使盾构顺利到达接收井。

3）注浆措施

为防止施工过程中出现涌水涌砂事故，设置了3道止水防水措施。

（1）同步注浆：盾构接收施工中严格控制同步注浆参数，及时填充开挖面与管片间隙。

（2）增加管片注浆孔：最后10环管片每环再增加10个注浆孔，向管片外侧注双液浆，封闭止水，如图6.3.9所示。

图6.3.9　管片增加注浆孔展开图

（3）预埋注浆孔：在洞门钢圈上预埋16个环向注浆管，强化最后两环的背后注浆，如图6.3.10、6.3.11所示。

图6.3.10　过渡连接环预留注浆孔图

图6.3.11　管片增加注浆孔立面图

4）施工监测

盾构机到达掘进过程中加大测量频率，并复核控制点，确保盾构机到达的姿态正确，在端头连续墙、地面及周围建筑物布置沉降观测点；围护结构及洞门周围布置形变监测点。并测量初始值，盾构机到达过程中每天测量2次，若变形较大，增加测量频率并及时通报项目部采取应急处理措施。