6冷冻加固箱体接收施工工艺工法

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QB/ZTYJGYGF-DT-0205-2023

城轨公司严淦

1前言

1.1工艺工法概况

我国的城市轨道交通工程正在蓬勃发展,盾构隧道的市场将越来越大,盾构施工的安全可靠变得十分重要。盾构接收是盾构法施工最终一个风险点与难点，接收的工艺也不断的更新与完善。盾构接收工艺随着盾构掘进技术发展，施工工艺逐渐成熟，目前相对比较安全的工法主要有钢护筒接收与箱体接收，接收时不会发生盾构机与托架接触而无法正常向前推进的状况，能够保证安全接收。箱体接收工艺在天津地铁3号线第10A标段解放桥站～天津站区间采用，同样在天津地铁2号线17标段也采用冻结加固和箱体接收工艺，保证了盾构接收的安全，并取得了比较好的接收效果，下面对这项工法的实施过程及应用状况做一个全面的介绍。

1.2工艺原理

冷冻加固箱体接收是在接收井内施工密闭的混凝土箱体，通过箱体顶板的2个预留洞口对箱体内进行砂浆填充，盾构机在密闭的箱体内进行接收，经隧道内封堵无渗漏后，拆除箱体结构，盾构机解体吊出。2工艺工法特点

2.1工艺先进

盾构接收工艺随着盾构掘进技术发展，施工工艺逐渐成熟，由正常的橡胶帘布密封接收到盾构二次接收工艺，接收过程更加安全，但还是不能完全保证盾构接收的安全，目前相对比较安全的工法主要有钢护筒接收与箱体接收，能够保证掘进安全接收，钢护筒与箱体在使用的作用方面基本一致。

2.2盾构接收安全可靠

采用箱体接收，接收过程中不会出现涌水、涌砂现象。能够保证车站施工的安全，盾构掘进过程中不会出现磕头、接收时不会发生盾构机与托架接触而无法正常向前推进的状况。

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2.3适应繁杂地层与周边环境

富水砂层、承压水层、砂层和接收地面存在重要建筑物等，均可以适用，该工法在施工时可不受周边建筑物或环境的影响。3适用范围

周边环境繁杂，地面存在重要建筑物，接收地段地层较繁杂，存在承压水层，简单发生涌水涌砂的地段。4主要引用标准

盾构区间详细勘察阶段岩土工程勘察报告、补充地质勘查报告，盾构区间工程施工设计图纸、接收井施工设计图纸等资料。

《岩土工程勘察规范》（GB50021-2023）

《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB50307-1999）《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）

《盾构法隧道施工与验收规范》（GB50446-2023）等国家现行有关施工及验收规范、质量技术标准。5施工方法

箱体接收是在接收井内施工密闭的混凝土箱体，通过箱体顶板的2个预留洞口对箱体内进行砂浆填充，盾构机在密闭的箱体内进行接收，经隧道内封堵无渗漏后，拆除箱体结构，盾构机解体吊出。

盾构掘进过程中加强神态控制及轴线控制，保证盾构机顺利贯穿，通过对盾构掘进参数的控制，保证同步注浆，并及时进行二次注浆，保证洞门封堵效果，防止涌水涌砂现象发生，确保地面沉降可控，防止地面建构筑物破坏，最终确保盾构机安全接收及盾构吊出。

6施工工艺流程及施工操作要点

6.1施工工艺流程

箱体接收的施工工艺流程主要包括：端头加固、箱体施工、测量控制、洞门凿除、冷冻管拔除、箱体回填、盾构掘进、洞内内封、箱体凿除、盾构机解体，见图6-1。

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冻结施工端头加固箱体施工洞门凿除冷冻管拔除箱体回填盾构机解体箱体凿除洞内内封盾构接收图6.1盾构箱体接收施工工艺流程

6.2端头加固

盾构接收端头采用水平注浆和水平冻结相结合的加固方案，全断面分层注浆纵向加固长度为地连墙外12m，径向加固范围隧道开挖工作面及开挖轮廓线以外3m。

冻结帷幕设计冻结孔按水平角度布置，冻结孔数53个，内圈冻结管长度为3m，外圈冻结管11m。

6.2.1全断面分层注浆

全断面分层注浆纵向加固长度为地连墙外12m，径向加固范围隧道开挖工作面及开挖轮廓线以外3m。全断面分层注浆设计图如图6.2.1-1、图6.2.1-2所示。

左右线每个洞门注浆各布65个孔，注浆孔成圆形分布，圆形直径1.5m、2.7m、3.9m、5.1m、6.1m。

图6.2.1-1洞门水平注浆管布置图图6.2.1-2水平注浆管布置纵剖面示意图

AZ圈注浆角度与洞门轴线成13°放射状布置，孔深8.6m；BZ圈注浆角度与洞门轴线成13°深度12m；CZ圈注浆角度与洞门轴线成5°深度为5.2m；

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DZ及EZ圈注浆角度为水平方向，与洞门轴心方向一致，深度为5m。全断面分层注浆参数如表6.2.1所示。

表6.2.1全断面注浆参数表

序号1参数名称纵向加固范围径向2345678浆液扩散半径注浆终压注浆孔直径注浆速度注浆方式注浆孔数量孔口管工作面及开挖轮廓线外3m1.5m1.5～2MPaφ50mm110L/min前进式、后退式65个L=1.0m，φ100mm，壁厚5mm分段长度0.5～1m参数值12m备注6.2.2水平冻结施工1冻结孔的布置

采用“杯状〞冻结，加固范围为：冻结长度为11m，前3m全断面冻结加固，后8m环形冻结加固。

单侧隧道沿盾构进洞纵向方向盾构机的外侧为1.2m（冻结壁杯壁厚度）；连续墙处冻结壁厚度为3.0m（见图6.2.2-1）。

第一圈（外圈）：冻结孔31孔，圈径7.5m，长度11m，冻结壁厚1.2m，冻结壁内径6.8m，外径9.2m，见图6.2.2-2。

其次圈：冻结孔14孔，圈径5.1m，长度3m。第三圈：冻结孔7孔，圈径2.7m，长度3m。第四圈（中心）：冻结孔1孔，长度3m。

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图6.2.2-1冷冻加固布孔剖面图

图6.2.2-2冷冻加固布孔平面图

2冻结参数

冻结施工参数如表6.2.2。

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表6.2.2冻结加固主要施工参数一览表

序号12345678910111213参数名称冻结孔深度冻结帷幕有效设计厚度冻结帷幕平均温度积极冻结时间冻结孔（总）数冻结孔开孔间距冻结孔偏斜设计最低盐水温度单孔盐水流量冻结管规格测温孔总数泄压孔总数冻土发展预计速度单位mm℃天个mmm℃m/hmm个个mm/d3参数11/31.2-1055530.805～1.466≤1%-28～-305φ89385个224～28#备注洞圈内/洞圈外冻结杯体每个洞门冻结7天盐水温度达到-18℃以下20低碳钢无缝钢管Φ4834mmΦ4834mm单侧发展6.2.3控制地表隆沉措施1冻胀控制

卸压孔的启动：泄压孔设置在槽壁附近，成孔后充填泥浆，根据状况可以在孔内设置袖阀管，当冻胀过大时泄压孔内的土体会被挤出地面，为冻胀的释放提供空间。

采用间歇式冻结方式控制冻胀融沉。2融沉注浆1）解冻原则

采取自然解冻方法，利用信息化监测系统监测土体温度、沉降变化，利用浅部注浆管和深部注浆管进行压密注浆。立足信息化施工，根据监测反馈及时跟踪注浆。

2）信息化监测

控制地面和隧道的沉降变形是注浆的目的。因此，解冻过程中，要加强地面和隧

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道变形监测、冻土溶化温度监测。另外，注浆施工过程中，浆液的压力可以通过在相邻注浆孔安装压力表来反映。以上综合监测数据是注浆参数调整的依据。

a监测地表沉降（包括道路、管线、周边建筑物）；b监测管片隆沉和变形。3）注浆顺序

依据解冻状况，分区域针对注浆，目的是隧道能够依靠空间整体作用，而不至于土体在还未注浆状况下产生沉降。

4）注浆管的布置

a利用管片压浆孔，必要时再利用钻机开孔布设注浆孔；

b预埋管结构：选用2寸的焊接纳，顶端接带螺纹的管箍，并用丝堵封闭。3、注浆工艺

1）浅部注浆孔注浆工艺a注浆材料及参数

浆液重量配比为：水泥：粉煤灰：膨润土：水＝0.1：0.4：0.5：1。具体要根据隧道变形和地面变形监测状况做适当调整。

b注浆的原则及方法

为消除底层融沉引起的地面沉降，在隧道管片上预埋浆管，视地面沉降状况采取跟踪注浆的方法加以补偿，一般要求：地表沉降大于0.5mm/天或累计沉降量大于3mm时应进行融沉补偿注浆；底层隆起达到3mm时应暂停注浆。

冻结壁已完全溶化，且实测地层沉降持续一个月，每半个月不大于0.5mm可中止融沉补偿注浆。

注浆以少量屡屡为原则。单孔一次注浆量控制在约0.5m3左右。注浆前，将待注浆的注浆管和其相邻的注浆管阀门全部开启，注浆过程中，当相邻孔连续出浆时关闭邻孔阀门，定量压入惰性浆后即可中止本孔注浆，关闭阀门，然后接着对邻孔注浆。遇到注浆管内窜浆固结而引起堵管时，需用加长冲击钻头通管。

根据地面变外形况，调整劳动组织，适时进行反复注浆，直至地面变形基本稳定。2）深部注浆孔注浆工艺

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a浆材料及参数

浆液为双液浆，材料为水泥与水玻璃双组分混合料。协同比为水泥浆：水玻璃溶液＝1：1。水泥浆的配比为水：水泥＝1：1。

b注浆管设置

利用管片预埋的注浆孔，在孔内插入直径为32mm的芯管作为注浆管，芯管分4节，每节1m长，丝扣连接。注浆芯管前端部200mm为均匀花管。一次将注浆芯管下到设定的注浆深度。

c注浆方法

先注深层，后注浅层，由下而上。具体做法是：

注浆芯管下到设定的注浆深度后，开泵注5分钟，注浆量为40升，注浆管向上提200mm，再注浆40升，注浆管向上提200mm。注浆管每提1m高，注浆量为200升。单孔双液注浆终止后，用惰性浆液封孔，以便复用。

6.3测量控制1接收端站内测点复合

对接收车站内的导线点进行复合，并经公司精测队复测合格后才能使用。2洞门钢环的复测

测量组对洞门钢环板进行确切测量，确定实际洞门中心与设计洞门中心的偏差，为盾构机进洞的神态调整提供依据。

3联系测量

在盾构机距接收端头100～150环处进行一次洞内导线确切复测和联系测量，确保隧道贯穿精度。

1）在贯穿测量中所使用的仪器，必需在施工前后和施工过程中定期进行检验与校正，确保仪器质量合格。

2）各种测量点标志要合理保护标识和点之记的记录资料要明白，并存档保管。3）当贯穿剩50米时，应当进行贯穿的平面和高程联测，并计算和调整贯穿的实际方向。

4）当贯穿精度要求较高，应当考虑在支导线总长度的2/3处加测陀螺定向边，

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在计算中参与两面差等改正。

4管片神态测量

在最终100环加强管片神态的测量频率，并及时告知土建工程师，以便及时做出判断，保证盾构机显示神态与管片神态最大限度保持一致。

5沉降监测

加强地面沉降监测和隧道内的拱顶沉降，及时盾构机司机，以便控制好土仓压力和同步注浆量。

6.4箱体施工

箱体结构按临时结构进行设计（见图6.4-1、图6.4-2），盾构接收完成后进行凿除，凿除时应做好对既有结构的保护；箱体混凝土强度等级为C30，抗渗等级P8，钢筋φ为HPB235级，Φ为HRB335级，保护层厚度30mm；箱体顶板、侧墙、端墙设Φ12mm拉筋，拉筋横纵间距为受力筋间距2倍，梅花形布置；支座两侧1.5m范围内拉筋横向间距150mm，纵向间距150mm；箱体结构与侧墙、底板侧墙间采用植筋连接，同时避开板纵梁，植筋应满足相关规程规范要求，受力筋满足锚固长度后方可截断。

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图6.4-1箱体结构立面示意图

图6.4-2箱体结构剖面图示意图

为保证盾构进洞要求，箱体结构顶板设置在结构中板上，与中板紧贴，箱体侧墙

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下8m，未进入隧道范围。左线隧道接收范围内距出入口围护结构水平间距6.2m,垂直间距3.92m，接收正上方地面管线较多，无地面加固条件。

盾构到达段的地层主要为粉质粘土、粘土、粉土及粉细砂，局部为淤泥质土。盾构隧道穿越范围内的土层为○51粉土、○61粉质粘土、○72粉土层，距隧道下方2m左右存在一层厚度约10m的○74粉砂层。

12.2工程实施状况

盾构接收端头采用水平注浆和水平冻结相结合的加固方案，盾构接收采用冷冻加箱体接收方案。水平注浆共计布设65孔，深度分别为12m/3m,冻结管共计布设53孔，深度分别为11m/3m，在接收端头处施工箱体，箱体内回填M1.5砂浆。

12.3应用效果

盾构机顺利接收，接收时无漏水现象，地表监测正常，地面建筑物正常。12.4施工照片

图12.4-1箱体施工完成

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图12.4-2冻结冷冻站图12.4-3冻结洞门效果图

图12.4-5洞门凿除图12.4-6箱体回填

图12.4-7箱体清理图12.4-8渣土清理效果

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图12.4-9渣土清理

图12.4-10盾构机处清理

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56789101112木工班接收端头冻结洞门破除冻结拔管箱体破除箱体渣土清理盾构拆机洞内密封施工7人8人10人8人10人20人10人8人冻结施工人员每班5人冻结施工人员每班5人每班10人每班15人每班4人8主要机具及设备

盾构箱体接收主要机具及设备配置如表8-1。

表8-1盾构接收设备资源配置

序号1234567箱体施工891011接收端头冻结1213141516洞门破除冻结拔管箱体破除及渣土清理热水循环系统空压机手拉葫芦空压机刨机、挖机1套4台3个4台各1台电焊机振捣器地泵冷冻机2台2台1台3台二次注浆盾构施工工序名称设备名称盾构机电瓶车龙门吊注浆机植筋钻机钢筋断料机钢筋弯曲机数量1台4列1台4台4台1台1台21

17192021222324洞门内封施工盾构拆机300T吊车150T吊车板车强制切割机空压机、风镐手拉葫芦1台1台2辆1台1套2个9质量控制

9.1易出现的质量问题1盾构掘进轴线偏差

箱体接收的特别性，需要提前对洞门钢环进行测量，距离盾构接收时间较长，简单出现洞门钢环与盾构掘进的位置的偏差。

控制措施：洞门钢环复测，盾构贯穿前联系测量，校正盾构神态，消除洞门安装误差，确保盾构确切贯穿。

2洞门凿除过程中冷冻管破碎漏水

洞门凿除时，采用风镐进行破除，破除过程中简单碰见冷冻管，凿除的渣土简单砸到下部冷冻管，造成冷冻管漏水，影响端头加固冷冻质量。

控制措施：1）加强现场技术交底，把冻结管位置明确告知凿除作业人员，同时令其明确知道冷冻管的重要性，工人操作中注意保护；

2）凿除前对袒露的冷冻管用海绵等柔性材料进行包裹，增大缓冲层厚度，加强冷冻管抗破坏能力；

3）及时清理凿除的混凝土碎渣，做到随凿随清，工作界面明了。3盾构接收过程中神态突变

箱体接收过程中盾构机需要从软土到达冻结冰冻体，然后到达回填土中，盾构机神态简单受到掘进地质影响而发生突变。

控制措施：1）回填砂浆要有一定的设计强度，同时保证回填的密实性；2）现场试验，砂浆在低温环境下的强度增长，要能达到设计要求。

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4接收托架安装问题

箱体接收过程中，尽量不要安装接收托架，简单发生盾构机碰见接收托架上，而无法向前掘进的状况。

控制措施：当盾构机需要平移时，托架安装位置低于正常接收托架10cm。保证盾构接收过程中不会出现盾构机无法掘进的状况。

9.2质量保证措施

1进行接收专项技术交底，内容尽可能详细，并落实到每位员工，确保盾构机顺利进洞。

2做好隧道的贯穿前测量工作，在盾构进洞前30m，盾构保持最正确神态和方向，使盾构切口、盾尾均在轴线（调整后的实际轴线）上，偏差要求不大于±20mm。

3洞口处派人监视洞壁压力状况，根据压力状况，逐渐调低盾构土仓设定压力和盾构推进速度。

4盾构进洞前最终30环管片纵向螺栓一定要复紧稳固，防止因千斤顶顶力释放后，管片环缝间隙增大，引起环缝漏水。

5洞门凿除过程中，提前对冷冻管进行保护，防止凿除过程中碰见冷冻管。6盾构机接收阶段项目部安排人员24小时值班，并保持通讯畅通。

7盾构接收井井下24小时不休止安排人员值班，接收期间盾构进洞操作指令由接收井井下施工负责人统一发送。10安全措施

10.1主要安全风险分析1洞门破除过程中出现渗漏水

盾构接收端头井埋深较深，在车站施工中曾发生涌水、涌砂的现象，且破除混凝土过程中产生的热量会对冷冻产生不利影响。

2砂浆清理时发生渗漏水

洞内密封不到位，造成砂浆清理、箱体破除时发生渗漏水。3盾构机刀盘冻死

盾构机在冻结加固区推进时，简单造成刀盘被冻死，盾构机不能正常工作。

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10.2安全保证措施

1制定和实施安全生产责任制，建立健全各项规章制度，并严格执行。2建立安全生产保证体系，管理有力，保障运行。

3组织工程项目施工的安全教育和技术培训，特别工种作业人员必需持证上岗，并进行开工前技术考核。

4建立安全检查制度，实行安全生产奖惩制，消除事故隐患，引导职工齐抓共管，提高其安全生产的积极性。

5编制和呈报安全计划、安全技术方案和安全措施，做到组织、制度、措施之落实。

6加强防火安全，动火前要办好动火证，监护人要在现场进行监护。7健全组织、发挥专职安全工作人员的作用，建立以项目经理为第一责任者的安全生产责任制，支持兼职安全人员的工作，发挥他们的监视指导作用，坚持每月一次安全大检查制度。

8合理使用并定期检修机械设备，提高设备有效生产时间和效率，保证设备状况良好，杜绝氟、水、油的跑、冒、滴、漏现象。

9加强生产指挥系统，做到分工明确、调度指挥有力、工序衔接合理，保证生产环境整齐有序，道路畅通，做到安全生产和文明施工。

10做好防汛、防火工作，在隧道内严禁吸烟及明火，并备好消防器材，在必要的位置安装警戒牌。

11认真执行各项安全生产规定，严禁违章指挥和违章操作。11环保节能措施

文明施工不仅是圆满完成工程的一个重要组成部分，是共同塑造一个清洁有序文明城市的表现，也是表达施工队伍技术、能力、文化素质的一个侧面。对此，努力从以下方面入手搞好文明施工。

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