凍結(jié)法加短鋼套筒始發(fā)技術(shù)應(yīng)用研究

羅佳

凍結(jié)法作為成熟的加固工法，已廣泛應(yīng)用于富水地層的端頭加固方案，尤其是地質(zhì)條件復(fù)雜、周邊環(huán)境受限、管線復(fù)雜、沉降要求高的工況。但就實(shí)際加固效果來看，采用凍結(jié)法加固的端頭往往會(huì)發(fā)生漏水漏沙、沉降過大等問題，甚至發(fā)生險(xiǎn)情。因此，結(jié)合蘇州市軌道交通5號(hào)線勞動(dòng)路～盤胥路站區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)情況，現(xiàn)場嘗試采用短鋼套筒作為一種補(bǔ)充措施，對(duì)凍結(jié)法加固的始發(fā)端頭進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，從而大大減小盾構(gòu)始發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)富水地層凍結(jié)法加短鋼套筒始發(fā)有一定的借鑒作用。

一、工程概況

1.區(qū)間概況

勞動(dòng)路站～盤胥路站區(qū)間位于蘇州市古城區(qū)內(nèi)，區(qū)間頂部埋深約17.3m～24.5m，主要穿越⑤1粉質(zhì)粘土、⑤1A粉土夾粉質(zhì)粘土、⑥1粘土、⑥2粉質(zhì)粘土。

2.區(qū)間與既有線關(guān)系

勞動(dòng)路站～盤胥路站區(qū)間于始發(fā)17環(huán)～33環(huán)位置（右線16環(huán)～32環(huán)）范圍內(nèi)距離勞動(dòng)路站東端左線17.27m（右線15.89m）位置下穿既有運(yùn)營2號(hào)線隧道，平面上基本正交，正交長度19.2m；下穿處盾構(gòu)隧道頂部埋深21.54m，與2號(hào)線既有盾構(gòu)隧道豎向凈距3.36m。

3.始發(fā)端頭加固措施

由于勞動(dòng)路站～盤胥路站區(qū)間為蘇州首次盾構(gòu)穿越既有線路，對(duì)勞動(dòng)路站東端頭的加固措施設(shè)計(jì)比較保守，加固設(shè)計(jì)方案為三軸攪拌樁垂直加固+TRD工法樁止水帷幕+洞內(nèi)水平冷凍加固。在施工過程中，由于TRD距離既有2號(hào)線距離太近，考慮既有線的安全，變更取消了TRD和MJS工程量，改為增加短鋼套筒保證盾構(gòu)始發(fā)安全。

二、短鋼套筒形式

由于勞動(dòng)路站東始發(fā)端隧道埋深較深，東端頭離既有2號(hào)線隧道僅15.89m，且東端無止水帷幕，為確保洞門不漏水,土倉快速壓，保證盾構(gòu)始發(fā)安全，勞動(dòng)路站東端洞門增設(shè)短鋼套筒。

始發(fā)短鋼套筒是兩端開口的桶狀結(jié)構(gòu)，總長1.2m，筒體分成2段制作，分別為1節(jié)長度0.2m和1節(jié)長度1m。內(nèi)徑與端墻預(yù)留洞門鋼環(huán)相同，為6.7m，分為上下2部分。第1節(jié)鋼套筒與井壁焊接連成一體，第1節(jié)與第2節(jié)采用法蘭連接，鋼套筒后端設(shè)有橡膠簾布密封裝置。筒體的外周焊接橫向筋板以保證筒體剛度。筒體之間的連接用法蘭，中間加8mm厚橡膠墊。筒體底座與下部筒體焊接連成一體，套筒中心到底部的距離為3900mm。原洞門鋼環(huán)內(nèi)設(shè)置1道鋼絲刷密封，筒體內(nèi)部設(shè)置2道鋼絲刷密封。短鋼套筒外壁根據(jù)3道鋼絲刷的位置設(shè)置2排注漿孔，每排設(shè)置6個(gè)，分別安裝注漿球閥。

三、短鋼套筒安裝及拆除

1.短鋼套筒安裝

（1）在開始安裝短套筒之前，首先在基坑里確定線路中心線，也就是鋼套筒的中心線。鋼套筒定位時(shí)，要求鋼套筒的中心線、線路中心線兩條控制線重合。

（2）在地面組裝好短套筒，整體下放到端頭井內(nèi)，使鋼套筒的中心與事先確定好的線路中心線重合，向前移動(dòng)短套筒與洞門鋼環(huán)焊接。

（3）短套筒安裝完成后，連接螺栓按順序緊固后需進(jìn)行檢查并復(fù)緊，對(duì)筒體位置進(jìn)行復(fù)測，檢查與盾構(gòu)機(jī)到達(dá)的中心線是否重合。調(diào)整完成后，再進(jìn)行冷凍管路安裝。

（4）短套筒與鋼環(huán)通過弧形板焊接連接，焊縫沿短套筒一圈內(nèi)外側(cè)滿焊。

（5）短套筒內(nèi)安裝鋼軌。在短套筒下方圓弧內(nèi)避開鋼絲刷安裝43鋼軌，鋼軌與始發(fā)架兩側(cè)鋼軌齊頭，鋼軌兩側(cè)焊接7字板。為保持盾構(gòu)機(jī)始發(fā)時(shí)抬頭的趨勢，靠近洞門端鋼軌墊高20mm。

（6）安裝始發(fā)架以及盾體。短套筒安裝好以后，其次安裝始發(fā)架，然后安裝盾構(gòu)機(jī)主體，并與連接橋和后配套臺(tái)車連接。

（7）兩側(cè)加固。兩側(cè)及底部需支撐牢固，防止盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)箱體發(fā)生位移。

（8）安裝鋼絲刷及止水簾布。短套筒前端第1節(jié)直接與洞門預(yù)埋鋼環(huán)焊接連接，第2節(jié)與第1節(jié)采用法蘭連接。鋼套筒安裝完畢，盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)前，在鋼套筒及洞門鋼環(huán)內(nèi)安裝鋼絲刷（焊接），第2節(jié)套筒后端通過法蘭與止水簾布相連。止水簾布安裝后，再安裝翻板。翻板采用20mm的法蘭連接。洞門破除過程中采取對(duì)底部鋼絲刷采取包裹形式的保護(hù)措施，防止損壞。

2.短鋼套筒安裝與破除、冷凍管拔除、盾構(gòu)推進(jìn)相互銜接

（1）在凍結(jié)鉆孔施工完成，孔口管安裝完成，打壓試驗(yàn)完成后，開始進(jìn)行鋼套筒安裝，待安裝完成后再進(jìn)行凍結(jié)管路連接，確保冷凍管與鋼套筒安裝不產(chǎn)生影響。

（2）破除洞門前，先進(jìn)行鋼套筒內(nèi)部鋼絲刷焊接與涂抹油脂，鋼絲刷5-7點(diǎn)位先不進(jìn)行鋼絲刷焊接，待破除剩余外層鋼筋網(wǎng)片、砼渣清運(yùn)完成后，再進(jìn)行剩余的鋼絲刷焊接。盾尾刷采用2道鋼絲刷+1道鋼板束設(shè)置，盾尾刷涂抹手涂油脂時(shí)，盾尾刷內(nèi)的每根鋼絲從根部到頂部都要附著盾尾油脂，表層不能有油脂堆積。拼裝負(fù)環(huán)前要調(diào)試好盾構(gòu)機(jī)的注脂系統(tǒng)，保證油脂管路正常。同時(shí)通過轉(zhuǎn)換接頭，把不用的注漿備用管，超前注漿管路都打入盾尾油脂，防止后期堵塞。

（3）因鋼套筒與冷凍管路影響，洞門破除時(shí)增加足夠的人員清渣。

（4）洞門破除過程中注意保護(hù)凍結(jié)管，洞門全部破除剩余最外層鋼筋網(wǎng)片時(shí)，在15小時(shí)內(nèi)，完成凍結(jié)管拔除。拔除后，割除最后一層鋼筋網(wǎng)片。

（5）當(dāng)-1環(huán)負(fù)環(huán)管片（背覆鋼板管片）拼裝完成后，第2節(jié)鋼套筒尾部與背覆鋼板管片之間的空隙，采用環(huán)形鋼板焊接封堵。

3.短鋼套筒拆除

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至100環(huán)位置時(shí)，打開過渡環(huán)預(yù)留的觀察孔閥門，觀察有無出水，如有出水則通過球閥進(jìn)行注雙液漿，以及1～15環(huán)管片注入雙液槳對(duì)洞門進(jìn)行二次封堵至觀察孔無出水為止。洞門封堵完以后，先拆除第2節(jié)上半圓，再拆除第1節(jié)上半圓，最后拆除第2節(jié)下半圓及第1節(jié)下半圓。

四、工法使用效果

勞動(dòng)路站東端頭左線在積極凍結(jié)過程中，出現(xiàn)多根凍結(jié)管漏鹽水的情況，雖然及時(shí)停止鹽水供應(yīng)，并在原冷凍管內(nèi)打設(shè)內(nèi)管重新冷凍，但冷凍效果及成冰情況均無法保障，存在重大的安全隱患，但在短鋼套筒的保護(hù)下，盾構(gòu)始發(fā)過程中未出現(xiàn)漏水漏沙現(xiàn)象，盾構(gòu)平穩(wěn)始發(fā)。始發(fā)后由于短鋼套筒的密封作用，盾構(gòu)快速建壓，保證了穿越既有線時(shí)的盾構(gòu)姿態(tài)和土倉壓力，且保證了充填注漿和二次注漿不會(huì)從洞門處漏漿，填充效果良好，從而使既有線沉降也非常小，兩個(gè)區(qū)間始發(fā)后累計(jì)沉降最大僅3.8mm，保障了既有線路的運(yùn)營安全。

五、結(jié)論

在富水地層盾構(gòu)始發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)主要存在于破洞門時(shí)漏水漏沙的風(fēng)險(xiǎn)以及盾構(gòu)始發(fā)后打通過水通道，外側(cè)水沙涌入端頭的風(fēng)險(xiǎn)，目前采用凍結(jié)法加固的端頭在控制破洞門的風(fēng)險(xiǎn)上有很好的作用，凍結(jié)成冰的杯底有效地阻擋了外側(cè)的水和沙。但是在盾構(gòu)始發(fā)后，往往由于打通了外界的過水通道，有時(shí)水流過大，不能凍結(jié)，導(dǎo)致發(fā)生漏水漏沙的事故，短鋼套筒恰恰能夠阻擋這部分水和沙，從而保證始發(fā)安全。同時(shí)，由于短鋼套筒延長了洞門的長度，且尾部密封較好，能夠較快地建立土倉壓力，調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)，對(duì)于始發(fā)段的盾構(gòu)姿態(tài)控制和沉降控制起到了很好的作用，保證了始發(fā)安全及沉降控制。