中煤矿山建设集团有限责任公司 安徽合肥 230061
摘要：近年来，随着城市交通建设的发展，越来越多的地下工程采用了人工水平冻结预加固地层并取得了一定的成效。文章以天津站进洞工程为实例，在总结以往短距离水平冻结施工技术的基础上，着重介绍超长水平冻结技术与短距离水平冻结的优缺点及差异之处，指出超长水平冻结盾构进洞技术在一定施工条件下值得推广。目前，天津站区间盾构进洞采用超长水平冻结加固工艺取得预期成效，拟通过本文总结超长水平冻结工艺应注意事项，为以后类似工程施工提供借鉴经验，并在具体实施中得到改善和加强。
关键词：超长水平冻结；盾构进洞；冻胀；融沉
Abstract：In recent years，with the development of the urban traffic construction，more and more underground engineering adopted level of artificial freezing stratum pre-reinforcement and achieved some results.Based on the project of tianjin station into the hole as an example，on the basis of summary of short horizontal freezing construction technology，super long horizontal freezing technology is introduced and the advantages and disadvantages of short horizontal freezing and differences，and points out that the super long horizontal freezing of shield technology into the hole，under the certain condition of construction is worth promoting.At present，between tianjin station shield into the hole with super long horizontal freezing reinforcement techniques to achieve results，proposed by this paper sum up the matters need attention for super long horizontal freezing technology，serving as a reference for future similar engineering construction，and improve and strengthen in the concrete implementation.
Keywords：Long horizontal freezing Shield into the hole Frost heave Thawing settlement
【引言】 随着我国城市地下建筑业的兴起，在市政工程中，煤炭行业冻结凿井法作为一种有效的处理松软地层的特殊技术，越来越显示出其优越性。在北京、上海、广州等地的地铁建设中，冻结技术的应用已取得了很好的效果。目前，天津市市政工程即将进入建设高峰期，冻结技术也已作为一种较成熟的施工工艺应用到现场施工中，主要工程有盾构进出洞及旁通道、泵站施工。
冻结法加固土体作为一种较成熟的工艺已经广泛应用与各类工程中，市场开发前景广阔，在进洞工程中，冻结法施工所形成的冻结帷幕具有均匀性好、强度高、隔水性好等优点，再结合洞圈钢板加焊盾尾刷、降水井等措施可有效地降低盾构进洞的风险。由于冻结法施工工期较长，难度和风险较大，所以目前工程中使用的设计方法大多偏于保守，即加大冻结壁厚度或降低冻结温度，而且一般多采用短距离水平冻结加固土体实施盾构进洞工程，超长水平冻结技术应用较少，结合天津站站地质条件复杂，地面建筑物分布密集，地理位置极其重要及施工限制条件多的特点，首次尝试超长水平冻结并取得圆满成功。
该工程特点：
1、地质条件复杂，该进洞区域下部位于含承压水砂层中，水头压力达3.5bar，所处地层水中具有一定的含盐量，含盐量对冻结土层温度和强度都有一定影响。
2、盾构进洞是隧道施工过程中重大风险点，尤其该进洞工程处于天津站下方，距离进洞口位置旁侧约14米是京津城际列车，地面建筑分布密集。
针对本工程的特点和难点，为满足盾构进洞的安全性和有效性，并结合工期、工艺要求，采用“工作井内钻孔水平冻结加固”的施工方案。以符合冻结壁设计的温度场要求和力学模型要求为原则，实施超长水平冻结技术。
一、工程概况
天津市区至滨海新区快速轨道交通工程中山门西段工程天津站站~七经路站区间隧道左线和右线均从七经站出发，推进至天津站站，盾构直径φ6340mm，洞门直径φ6700mm，洞门中心标高-17.70米，自然地面标高+2.88米，盾构在天津站接收，洞口形状为圆形，洞口开口净直径为6.7m。加固区域上部土层厚度近18m，加固地层为⑤1灰色粉质粘土、⑥1粉质粘土、⑥2粉土、⑦1粉质粘土、⑦4粉砂。
（2）利用管片上预留的注浆孔进行跟踪注浆（接收区域的管片增加注浆孔），减少融沉。
（3）利用卸压孔进行融沉注浆。
（4）采用间歇式冻结方式控制冻胀融沉。
（5）加强施工监测，及时跟踪注浆，将对地面建筑物的影响降低到最小程度。
（6）对比短距离水平冻结，融沉和冻胀影响范围大，时间长，因此后期加强巡视并有必要重复前期施工过程和技术依托。
（7）冻结管拔除后，清理干净钢环内的硬物，迅速安装管片、将刀盘抵拢掌子面。
（8）刀盘被冻牢的处理
在以往加固的地层盾构始发、到达时，因操作不当或盾构设备故障，约有 40%的盾构在施工中刀盘曾被冻牢，处理较快的 2 d、处理较慢的要 15d。超长水平冻结因冻结范围更长，更容易发生推进过程中刀盘被冻牢的状况，因此，在掘进时要严格按照要求施工，减少此类事故的发生，并促使盾构顺利进入接收井。
（9）如刀盘被冻牢，可采用如下方法进行脱困：
1 在盾构重心靠近刀盘约 50cm，高度在底部上 1m的左右两侧位置焊接反力装置。
2 在反力装置和内衬墙之间安放 200 t液压千斤顶用托架支撑，并连接好液压管路。
3 加好盾尾间隙的垫木，然后盾构推进千斤顶收缩 20cm，开启液压油泵、两侧反力千斤顶同时加力，使盾构后退 15cm左右。
4 刀盘试运装，如能正常转，则转动刀盘 10min，再逐渐伸出推进千斤顶，进入正常推进状态。
5 如 3、4 无法实现脱困，向土仓内循环蒸汽，进行解冻，在循环蒸汽每 4 h试验后退盾构机或试转刀盘，直至脱困。
通过以上措施有效解决超长水平冻结在盾构进洞工程中的遇到的各项难题，顺利达到预期目的。
四、应用概况
人工水平冻结方案施工富含水软土隧道，可有效止水、加固土层，确保施工安全。但是，由于人工冻结过程中，因冻结土体原孔隙水和水分迁移产生的土体冻胀对周围环境的影响，往往在一定程度上制约该工法的使用。
目前国内应用超长水平冻结设计和实施盾构进洞工程的实例很少，导致这种现象的原因是多方面的，例如冻土地层结构的复杂程度，冻土的流变性，冻结壁的变形缺乏规律，冻结温度场的不稳定性和复杂的边界条件等，超长水平冻结仍需要解决超长冻土帷幕对盾构推进的影响和后期冻胀融沉效应等问题。
超长水平冻结工法在盾构进出洞工程中要得到应用和推广，其实施的可行性、安全可靠度、施工速度、工程造价等多方面都面临考验。如何保证工程及周围环境的安全，采用何种施工技术，如何确定合理的冻结参数并降低造价等，具有很大的现实意义和长远意义。
通过与以往短距离水平冻结相比较，其优缺点主要有以下几点：
五、结论
实践证明：超长水平冻结技术大大提高了盾构进洞的安全性，解决常规短距离水平冻结所无法解决的问题，施工质量高，安全有保障，能够有效减少涌砂涌水事故引起的地面建筑物沉降，同时盾构在温度低、强度高、长距离的冻土中推进要防止盾构机刀盘被冻住的危险以及后期融沉对施工区域上部构筑物的影响，从而保证盾构进洞的稳定性和安全性，推动工程施工水平的提高，因此，该工法具有广阔的应用前景，值得推广。
第一作者简介：
高梅（出生年月-1986），女，江苏邳州人，工程师，工学学士，研究方向：地下工程市政冻结。
论文作者:高梅,王灵敏
论文发表刊物:《基层建设》2015年22期供稿
论文发表时间:2016/3/16
标签：盾构论文; 水平论文; 进洞论文; 工程论文; 地层论文; 技术论文; 管片论文; 《基层建设》2015年22期供稿论文;