天津地铁2号线9合同段天津站盾构接收地层加固施工方案编制：审核：审定：中铁三局集团有限公司二○一○年六月目录1.编制说明 (2)1.1编制依据： (2)1.2工程概况 (2)2.施工方案 (6)2.1冻结法 (6)2.2水平注浆 (23)3.监测 (28)3.1水平注浆阶段监测 (28)3.2冻结阶段监测 (30)4.安全质量技术措施 (31)4.1水平注浆 (31)4.2冻结法 (31)5.应急措施 (34)1.编制说明1.1编制依据：⑴《矿山井巷工程施工及验收规范》（GBJ213-90）。

⑵《煤矿井巷工程质量检验评定标准》（MT5009-94）。

⑶《钢结构设计规范》》GB50017-2003。

⑷《地基基础设计规范》GB50007-2002。

⑸《建筑结构荷载规范》GB50009-2001。

⑹《建筑抗震设计规范》GB50011-2001。

⑺《地下铁道设计规范》GB50157-2003。

⑻《天津轨道交通2号线工程地质勘察报告》。

⑼《旁通道冻结法技术规程》，DG/TJ08-902-2006 J10851-2006。

⑽井巷工程设计规范及其他相关国家、天津市安全文明施工规范。

1.2工程概况1.2.1水文地质天津站盾构进洞时主要的土层主要是粉质粘土。

粉土层。

隧道轴线距离地面20.27米；粉砂层顶距离地面24米，层厚（设计）5米。

地铁工程影响范围内微承压水主要赋存于粉土及粉砂层内，主要接受上层潜水的渗透补给，天然含水量≥20%。

（见图12101地质剖面图）天津站2008年年底发生了漏砂、涌水，其位置正是盾构接收井位置，在处理过程中，局部注浆对该地层土体进行了置换，使土体成分发生了一些变化。

1.2.2地面建筑物天津站是新开路~天津站盾构区间的盾构接收端，盾构端头井处地面建筑物主要是惠森花园2#（7层）、裕阳花园17#楼（8层）。

均为桩基础，天津站去年漏水对已有建筑物也造成了影响。

（见图12201平面布置图）1.2.3地下管线雨水管线φ800（埋深2.66米）；两根φ400（埋深0.9米）φ600（埋深0.64米）铸铁输配水管线；两根φ400的污水管线；0.38KV供电和路灯管线各一根；一根未知管线可能是电缆。

（见图12301管线平面图）12101地质剖面图412201平面布置图512301管线平面图2.施工方案由于接收端隧道埋深比较深（隧道轴线距离地面20.27米），隧道底有一层5米厚的粉砂层，基于对地面建筑物、地下管线和周边环境的保护，端头加固采用冻结法+水平注浆的加固的方案。

2.1冻结法2.1.1冻结参数A.冻土墙厚度h 的确定设冻土墙平均温度为-10℃，冻土抗压强度σ压=3.5MPa ，抗拉强度σ拉=1.8MPa ，抗剪强度τ剪=1.5MPa 。

洞口采取板状冻结方式加固。

冻结加固体在盾构接收破壁时，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。

⑴ 计算水土压力：洞口的中心埋深为20.27m ，当开洞直径为6.7m 时，开洞口的底缘深度为23.28m 。

则按重液公式计算得到水土压力为： P=0.013H=0.30MPa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：2124⎥⎦⎤⎢⎣⎡∙∙=σβD P K h 计算得冻土墙厚度为2.12m 。

（见表2101）表1运用日本计算理论的数据及结果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()()22max1182/3hD P μσ+=，计算结果见表2102表2102剪切验算加固体厚度：沿槽壁开洞口周边验算加固体剪切应力h PD4max =τ。

计算结果见表2103表2103根据以上计算结果和设计院设计原则，冻土墙厚度h 接收洞口冻结壁厚度取2.3m ，外圈维护冻结帷幕厚度取1.6 m 。

B.冻结范围及冻结孔的布置鉴于盾构接收对加固体强度及密封性要求很高，以及实际现场施工情况和条件（施工场地的原因），采用水平冻结方案。

主要技术参数：冻结体为洞口处冻结板块厚2.30m ，直径10m 。

接收洞门每个冻结孔数：水平冻结孔57个，外圈32个，冻结孔深度为11米，内圈3圈25个，冻结孔深度为2.6米。

测温孔9个。

冻结管管材选择：选用φ89×8mm20#低碳无缝钢管。

C.主要冻结施工参数的确定 ⑴积极期盐水温度-25~-30℃。

⑵冻结孔偏斜率β≤1%。

盾构接收加固冻结孔外圈最大终孔间距Lmax=lmax+2βH=1.1m 。

内圈最大孔间距为1.2m 。

⑶盾构始发、接收加固冻土平均发展速度v=28mm/d 。

⑷盾构始发、接收加固冻土墙交圈时间T=Lmax/2v=22天。

⑸盾构始发、接收加固冻土墙达到设计强度的时间为35天。

⑹冷凝温度 +35℃。

根据以上参数选定，当冻结孔最大间距处交圈时，冻土墙与槽壁完全胶结。

D.冻结孔施工（1）冻结孔布置盾构接收每个洞圈共布置水平冻结孔57个，内圈25个，外圈32个；冻结孔如下图。

（见21101冻结孔布置图）21101冻结孔布置图（2）冻结孔施工①冻结管、测温管和供液管规格冻结管选用φ89×8mm20#低碳钢无缝钢管，采用丝扣连接加焊接；测温管采用φ50×3mm无缝钢管（内圈用PVC管）。

②打钻设备选型水平冻结孔施工，选用MD-60A型钻机进行施工，冻结管连接采用丝扣加焊接方式。

钻孔使用灯光测斜，冻结孔终孔偏斜控制在1%以内。

选用BW-250/50型泥浆泵１台，电机功率14.5KW。

③水平冻结孔施工方法：水平冻结孔施工较复杂，工序为：定位开孔及孔口管安装→孔口装置安装→钻孔→测量→封闭孔底部→打压试验。

具体如下：a定位开孔及孔口管安装：根据设计在隧道内定好各孔位置。

根据孔位在槽壁上定位开孔，首先注意槽壁内主筋干涉时，调整孔位，用开孔器（配金刚石钻头取芯）按设计角度开孔，开孔直径130㎜，当开到深度300㎜时停止钻进，安装孔口管；孔口管的安装方法为：首先将孔口处凿平，安好四个膨胀螺丝，而后在孔口管的鱼鳞扣上缠好麻丝或棉丝等密封物，将孔口管砸进去，用膨胀螺丝上紧，上紧后，再去掉螺母，装上DN125闸阀，再将闸阀打开，用开孔器从闸阀内开孔，开孔直径为110㎜，一直将槽壁开穿，这时，如地层内的水砂流量大，就及时关好闸门。

b孔口装置安装：用螺丝将孔口装置装在闸阀上，注意加好密封垫片。

（见图21102孔口装置示意图）槽壁车站内衬结构21102孔口装置示意图施工中当第一个孔开通后，没有涌水涌砂，可继续开孔施工，但继续开孔仍要装孔口装置，防止突发涌水涌砂现象出现；若涌水涌砂较厉害，还应当进行注水泥浆（或双液浆）止水及地层补浆。

c钻孔：按设计要求调整好钻机位置，并固定好，将钻头装入孔口装置内，在孔口装置上接上1.5寸阀门，并将盘根轻压在盘根盒内，首先采用干式钻进，当钻进费劲不进尺时，从钻机上进行注水钻进，同时打开小阀门，观察出水、出砂情况，利用阀门的开关控制出浆量，保证地面安全，不出现沉降。

钻机选用MD-60A型锚杆钻机，钻机扭矩3000N〃M，推力25KN。

d封闭孔底部：用丝堵封闭好孔底部，具体方法是，利用接长杆将丝堵上到孔的底部，利用反扣在卸扣的同时，将丝堵上紧。

e打压试验：封闭好孔口用手压泵打水到孔内，至压力达到0.8MPa 时，停止打压，关好闸门，经试压30min压力下降不超过0.05MPa,再延续15min压力保持不变为合格。

f管漏：设计在管漏发生时的处理方法是：逐根提出孔内管子，并用泥浆泵逐个焊缝打压，找出泄漏焊缝及原因，及时处理，并作好记录，二次下入后仍须自检。

在实际施工中，发生冻结孔打压保压不合格的冻结孔，要采用在泄漏孔冻结管内下入小一级冻结管（套管）的方法处理此类事故。

2.1.2冷冻站设计：A.制冷系统盾构接收需冷量Q=1.3πqNΣHd=4.08万大卡/小时D=0.089，H=450，q=250盾构始发、接收根据冷量计算选用W-YSLGF300Ⅱ型螺杆机组2台套，备用一台，单台设计工况制冷量为8.75万大卡/小时。

冷冻站首次充氟立昂500Kg。

B.冷却水系统冷却水总需水量：W=120m3/h，选IS-150-125型水泵，流量200m3/h,电机功率22.5kw。

设计冷却水进水温度+25℃，出水温度+28~32℃。

选用2台NBL－50型冷却水塔，补充新鲜自来水10m3/h 左右，水温+21℃。

C.盐水系统设计盐水比重1250kg/m³(28.9°Be),比热为0.665,盐水凝固点-34.6℃,即盐水流量113m3/h。

设计单孔盐水流量不小于5m3/h。

盐水泵选用IS-150-125型水泵，流量200m3/h,电机功率45kw。

冻结孔为每3孔一组串联安装。

计算盐水干管,则选用Ф159×5低碳钢无缝钢管供回液。

D.冻结站需N-46号冷冻机油800Kg。

E.用电负荷为250KVA。

2.1.3冻结法施工工序、工期A施工工序通过测温孔观测计算，确定冻结帷幕交圈、冻土与槽壁完全胶结，并达到设计强度后，开始破除洞口槽壁直至槽壁最后一层钢筋砼（不少于300mm），再将洞口内冻结管拔出，槽壁完全破除，最后实施盾构始发、接收推进。

（见图21301工艺流程图）。

冻结站安装与钻孔施工同时进行，钻孔施工结束即可转入冻结器安装冻结阶段。

后再对土体进行加固冻结运转。

冻结法施工工艺流程图21301工艺流程图B.工期（单个洞门）冻土平均发展速度取28mm/d，冻结孔最大间距1200mm，冻土墙交圈时间:T=1200÷28÷2=21.4天（取22天）,达到厚度及强度需要35天，因此冻结天数达到后可完全破壁，进行盾构接收。

工期安排：⑴钻孔下管及冻结站安装25天⑵积极冻结水平冻结35天⑶拔冻结管2天⑷盾构推进始发（接收）5天⑸融沉注浆90天总工期67天（不包括融沉注浆）具体工期（根据盾构推进实际情况）。

为保证盾构接收时的安全和冻结加固不因时间暴漏过长而融化，应做好冻结施工与盾构施工工序的相互配合；在破完第一层槽壁后（约为槽壁厚度的60%~70%），冻结达到设计要求，再进行最后一层钢筋的割除，最后一层工序为先拔除盾构区域内的冻结管然后盾构（接收）施工。

根据实际工程进度安排，在盾构接收前70天内进场开始施工。

2.1.4劳动组织、配套计划A.劳动力配备计划劳动力配备计划见下表“劳动力配备计划表”。

打钻工先进场施工，然后进入冻结站安装。

同时施工最多人数为48人。

见表21401表21401B.设备与材料供应计划地层冻结施工的设备与材料用量分别见表21402。

施工参数见表21403表21402表214032.1.5拔管当冻结帷幕满足设计要求时开始破除槽壁60cm，破除完后，在进行探孔检测，达到设计后，再对最后一层槽壁20cm钢筋砼进行破除，对内圈的（3圈）冻结孔内盐水吹出，进行洞口内冻结管拔除（第1、2、3圈），然后盾构靠上冻结壁；冻结段推进过程中严格控制推进速度和压力。