杭州地铁1号线滨江站右线盾构出洞盐水冻结方案

1、盐水冻结加固方案 PAGE 11 中煤第五建设公司上海分公司杭州地铁1号线滨江站右线盾构出洞盐水冻结方案中煤第五建设公司上海分公司二OO八年六月1 工程概况滨江站富春路站区间为杭州地铁1号线工程穿越钱塘江全地下区间，里程范围为K5+880.3K8+835.859，区间左线长为2.946km,区间右线总长为2.956km。本区间隧道始于滨江站（江南大道江陵路路口），沿江陵路向西北方向前行，过丹枫路、滨盛路、规化支路，至江南风井进洞，随后盾构机江南风井出洞继续向西北推进，过闻涛路，穿越南岸江堤和钱塘江，过江后穿越北岸江堤和之江路，再推进至江北风井进洞，盾构机在江北风井出洞后继续向西北沿婺江路推进至

2、富春路站进洞，整条隧道完成。江南风井位于江陵路闻涛路路口，江北风井位于之江路婺江路路口，区间隧道采用2台盾构机先后从滨江站始发，穿越江南、江北风井后抵达富春路站。滨江站盾构始发区域先期已进行了深层搅拌桩和夹心旋喷施工。由于一些不可预见性问题，右线隧道出洞开样孔中，其中有出现出水出砂现象，鉴于工期等现场的其他工况条件，为确保盾构出洞的安全，现拟采取盐水冻结法进行封水堵漏加固土体的措施，在进行破洞门割除钢筋，进行盾构推出洞。拟冻结加固深度为19.25m。2 施工方案及工艺根据资料提供，左线隧道盾构先进行出洞推进，待盾构推进50环后，再进行右线隧道盾构出洞推进；左线隧道盾构出洞采用液氮冻结处理加固土

3、体，右线隧道推进工期比较宽余，拟采用盐水冻结加固处理盾构出洞口的土体的方案。根据上述施工条件结合我公司多年冻结施工经验，拟采用盐水螺杆机组垂直局部冻结方案；还根据其它施工情况和施工工期的安排，采用盐水机组冻结方案能满足工期和封水加固的要求。为保证盾构顺利出洞，并确保安全施工的情况下，设计盐水冻结方案进行盾构出洞段的封水加固。3.冻结封水处理方案设计3.1冻结帷幕设计设计在盾构出洞段加固土体前打设两排垂直冻结孔的方案，将盾构出洞段搅拌加固和高压旋喷加固的漏水通道冻结封闭。根据出洞段的水文地质资料，及我公司多年施工经验，设计板块的冻土墙平均温度为-10，该土层冻土各参数取值为抗压强度压=3.5Mp

4、a ,抗拉强度拉=2Mpa，抗剪强度剪=1.6Mpa 。3.2冻土墙厚度h的确定该盾构出洞口冻结加固体，其承受的荷载、计算模型及冻结管布置的示意图如图1所示：（1）计算水土压力：洞口的中心埋深为12.865m（计算取埋深最深的盾构出洞口处隧道中心标高），当处理洞直径为6.7m时，处理洞口的底缘深度为16.215m。则按重液公式计算得到水土压力为： P=0.013H=0.210Mpa图1冻土洞加固体、荷计算模型及冻结管布置示意图（2）假定加固体为整体板块而承受水压力，运用日本计算理论计算加固体的厚度：，计算的冻土墙厚度为1.68m.表1运用日本计算理论的数据及结果冻土平均温度冻土弯拉强度水土压力

5、 P加固体开挖内直径D系 数完全系数k计算加固体厚度h-102MPa0.21 MPa6.7m1.22.01.68m (3)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 表2 运用运用我国建筑结构静力计算理论计算数据结果水土压力P加固体开挖内直径D冻土泊松比计算加固体h计算得加固体最大弯拉应力max冻土弯拉强度-10安全系数k0.21MPa6.7m0.351.68m1.04 MPa2 MPa1.92max-10（4）剪切验算加固体厚度 沿盾构处理切口周边验算加固体剪切应力 表3 剪切应力验算数据及结果水土压力P加固体开挖内直径D计算加固体h最大剪切应力冻土抗剪强度-

6、10安全系数k0.21MPa6.7m1.68mmax=0.209MPa-10=1.6 MPa7.6max-10根据以上计算结果并结合我公司类似工程冻结施工经验，冻土墙厚度h盾构切口处理冻结壁厚度取1.7m3.3冻结孔的布置：为了封好水，并根据要求，对已知的漏水点进行布孔冻结，设计冻结孔的布置见下图（冻结孔布置图）。采用全深冻结双排水平冻结孔，冻结管选用直径127*5mm20#低碳钢无缝钢管；冻结孔数23个，冻结孔间距为0.8m，排间距为0.7m，设计最大终孔间距为1.2m，距槽壁之间的距离为0.3m，冻结孔深为19.25m，采用局部冻结方案即地表以下6.7m不冻，冻结范围为6.719.25m。

7、右线隧道右线隧道3.4制冷设计3.4.1冻结参数确定 （1）设计盐水温度为-25-30。 （2）冻结孔单孔流量不小于5/h （3）冻结孔终孔间距Lmax1200mm，冻土发展速度取25/d，冻结帷幕交圈时间为24天，达到设计厚度时间为35天。 （4）积极冻结达到开挖时间为35天，维护冻结时间为7天。 （5）测温孔3个，深度为9.119.25m，布置在内测和外侧，不布置在盾构进行区域内。具体位置视现场情况而定。3.4.2需冷量和冷冻机选型 冻结需冷量由下式计算： Q=1.3*d*H*K式中：H冻结长度 d冻结管直径 K冻结管散热系数；300Kcal/h* 将上述参数带入公式得：Q=44946 K

8、cal/h选用YSLGF300型螺杆机组一台套，设计单台机组工况制冷量为87500 Kcal/h，单台电机功率110KW。3.4.3冻结系统辅助设备（1）盐水循环泵选用IS125-100200型1台，单台流量200/h，电机功率45KW。（2）冷却水循环选用S125-100200C型1台，单台流量120 /h，电机功率18KW。（3）冷却塔选用NBL-50型2台，补充新鲜水10 /h。3.4.4管路选择（1）冻结管选用127*4.5mm,20#低碳无缝钢管。（2）测温孔管选用45*3.5mm20#低碳无缝钢管。（3）供液管选用”钢管，采用焊接连接。（4）盐水干管和集配液圈选用159*6mm无缝

9、钢管。（5）冷却水管选用127*4.5mm供水钢管。3.4.5用电负荷：用电负荷约220kw/h。3.4.6其它（1）冷冻机油选用N46冷冻机油。（2）制冷剂选用氟利昂R-22.（3）冷媒剂选用氯化钙溶液。3.5冻结孔施工（1）钻孔工程量： 单个出洞垂直冻结孔总长832.2m，两个总计1664.4m；单个出洞垂直测温孔总长86.6m,两个总计173.2m。（2）冻结管、测温管和供液管规格 冻结管选用127*4.5mm20#低碳无缝钢管，采用外管箍焊接连接；供液管采用”焊管；测温管采用50*3无缝钢管。（3）打钻设备选型 打钻选用XY-1C型钻机2台，电机功率22KW，钻孔使用灯光测斜，选用BW

10、-160/50型泥浆泵2台，电机功率14.5KW。（4）局部冻结工艺 采用局部冻结工艺可以有效的防止冻胀和融沉现象，对工程的不利影响、减少制冷量和有效的保护环境。局部冻结器加工示意图见图。（5）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，观测压力变化情况，30分钟内压力无变化合格。4 盾构破槽壁出洞冻结应具备的条件（1）冻结系统各孔组之间、盐水去回路温差不大于-1.2。盐水总去、回路温差不大于2（2）单孔、组盐水流量5/h（3）积极冻结7天盐水降至-18以下，积极冻结15天盐水温度下降至-24，冻结系统正常运转期间、盐水温度降至-25-30以下；冻结管

11、无盐水漏失。（4）积极冻结时间要达到设计天数或以上。（5）选择合理测温孔测点温度，计算冻结壁厚度及平均温度达到设计值，即实际冻结厚度1.7m,冻土平均温度-10。（6）打探孔无水，且探孔内温度在0以下已结冰。（7）经验收通过后，方可将洞门混凝土全部凿除、盾构机出洞。5拔冻结管措施5.1拔管方案 利用人工局部解冻的方案，进行拔管，具体方法如下：利用热盐水在冻结器里循环，使冻结管周围的冻土融化达到50mm100mm时，开始拔管。盐水加热 用一只2左右的盐水箱储存盐水，用1545kw的电热丝进行加热盐水。盐水循环利用流量为10 /h盐水泵循环盐水，先利用30 40的盐水循环5分钟左右，然后6080的

12、盐水循环达30分钟左右，当回路盐水温度上升到2530时，即可进行边循环边试拔。5.2冻结管起拔（1）起拔 用两个10吨的千斤顶进行试拔，拔起0.5m左右时，便可以停止循环热盐水，用压风将管内盐水排出。然后用吊车快速拔出冻结管。拔管注意冻结管与挂钩要成一线，冻结管不能蹩劲，拔管时要常转动冻结管，冻结管不能硬拔，如拔不动时，要继续循环热盐水解冻，直至拔起冻结管道设计长度。见如下拔管示意图。（2）拔管顺序、拔管要在盾构机进入破开的槽壁内，且安装好密封装置后进行，盾构头部距冻土墙不小于0.2m，以防影响拔管。、依次先拔第一、第二、第三排盾构行进区的冻结管，不需完全解冻。将板块隧道内冻结管拔至隧道顶板以上0.5m左右，并作二次准备。、在隧道范围内所有的冻结管全部拔出盾构顶板以上后，盾构方可以开始推进，防止盾构推进系统损坏冻结管。、待盾构全部出洞后，再拔起盾构