巩伦强
江苏盛华工程监理咨询有限公司 江苏徐州 221000
摘要：在当前的盾构施工中，冻结法作为一种非常成熟的工艺已经被广泛应用在项目推进中。其中，最关键的工程之一就是盾构始发，然而受工程相关因素的影响，实际始发往往比较困难，安全性不强。对此通过冻结法联合钢套筒的方式开始出现，并取得了良好的应用效果。
关键词：水平冻结；钢套筒技术；盾构始发；应用
引言
在隧道施工中，最常用的技术之一就是盾构法。但盾构在进出洞的时候往往需要将隧道洞门结构之外的地下连续墙凿除，同时对含水地层实施封闭加固。由于工作井的土层往往承受着极大水压和地压，所以洞门打开之后就可能会发生涌水、土体坍塌等危险。通常情况下，基本都采用注浆等方式进行地层加固，但在一些软土层等情况中往往难以落实，且风险较大。冻结法因为加固隔水效果好、强度高，能够确保盾构顺利进出洞，因此当前应用比较广泛，同时，为进一步避免盾构始发时的涌水涌沙，现场盾构始发采取冷冻+短钢套筒联合起来应用，取得了一定效果。
一、冻结法与钢套筒
（一）冻结法
该方式是指把待开挖地下空间中岩土里的水都冻结成冰，然后和岩土胶结起来，从而形成一个冻结壁，以此起到隔绝地下水以及抵抗水土压力的效果，促进施工[1]。在盾构进出洞当中所使用的冻结技术，主要包含了单一化的冻结以及水泥加固联合冻结的方式。常见的有水平、垂直，或者两者联合起来的形式。与垂直冻结相比较，水平冻结本身包含了大量比较复杂的理论性问题，施工开展时难度也更大。
（二）短钢套筒
这是一种比盾构直径较大，长度较短的圆筒形的钢结构，其中主要连接环、钢套筒及盾体密封几个主要部分组成。其中连接环是为了能够连接始发洞门预埋钢环洞圈和钢套筒本体，在后期盾构始发完成后，直接切割进行洞门封堵。钢套筒本体由各项螺栓与连接环连接起来，且接缝的位置有相应的防水处理。钢套筒本体内装有钢丝刷，并在钢丝刷位置填充油脂，保证盾构始发后能够提前建压。
二、应用分析
某一工程盾构始发位置的土层主要盾构区间穿越地层从上到下依次为主要为粉土夹粉质粘土、粉质粘土、黏土，其特点为富水软弱地层，地层灵敏度高，地层容易扰动。
（一）始发方案
针对该工程的实际情况，最开始盾构始发设计为三轴搅拌桩+高压旋喷桩止水帷幕，但由于加固区域为富水软弱地层，地层灵敏度高，地层容易扰动，且隧道埋深较大，所以该方式难以保证盾构始发时掌子面的稳定性。另外如果给其只使用冻结法进行加固，势必会增加冻结难度，也可能会导致盾构在实际推进的时候破坏冻结壁等。为最大程度上保证始发的安全性，本次工程决定采用三轴搅拌桩加固+高压旋喷桩止水帷幕+水平冻结法+短钢套筒的形式进行盾构始发施工。
该形式在实际开展过程中需要先进行传统的三轴搅拌桩加固+高压旋喷桩止水帷幕施工，然后进行冻结孔施工，完成后安装专门的冻结装置，并正式进行冻结。之后再安装钢套筒，待冻结加固效果达到设计要求后，开始地下连续墙进行破除，破除完成后开始拔除洞门范围内的冻结管，使盾构机开始进行始发，完成之后再对洞门实施封堵，最后拆除套筒，解冻冻结壁即可。
水平冻结法加固+短钢套筒安装示意图
（二）冻结壁
为使上述方案能够顺利实施，必须先对冻结壁进行合理设计，重点需要对其有限元、周边抗剪等相关承载力实施检算，最后再根据结果执行冻结孔的相关布置计划[3]。该工程加固杯底厚度3.5m，杯壁厚度2m，杯长10m，加固范围平坡面图如图。当冻结孔布置完之后，开启冻结设备，还应配合使用辅助探孔、测温孔等对冻结帷幕的形成情况进行监测，确定出准确的冻结时间。最终，经加固的土体无侧限抗压强度不小于3.6MPa，抗压强度不小于2MPa，抗弯强度不小于1.6MPa。
（三）钢套筒
针对该工程的实际情况，采用1.2米短钢套筒+洞门冷冻始发短钢套筒总长1.2m，筒体分成2段制作，分别为1节长度0.2m的连接环和1节长度1m高套筒本体。内径与端墙预留洞门钢环相同6.7m，连接环与洞门钢环焊接连成一体，连接环与钢套筒本体采用法兰连接，钢套筒后端设有橡胶帘布密封装置，原洞门钢环内设置1道钢丝刷密封，筒体内部设置2道钢丝刷密封。短钢套筒外壁根据3道钢丝刷的位置设置2排注浆孔，每排设置6个，分别位于3、9、11、1、5、7点位，每个点位安装注浆球阀。
（四）始发施工
实际施工的时候，整个过程中必须加强管控，并根据连续墙的凿除情况、钢套筒的安装、冻结壁的形成等各项因素确定始发时间。一旦通过测温发现温度和冻结壁厚都达到了既定要求，就可以开始洞门的凿除，洞门凿除完成后对盾尾钢丝刷进行安装，并涂抹盾尾油脂，准备工作完成后，开始进行盾构始发。盾构机刀盘进入土体1m后，开始钢套筒外部注浆，注浆采用自下而上的方式进行注浆，注浆过程中从最低部位球阀开始，上部球阀全部打开，注入过程中观察是否有浆液流出，确定浆液到达点位，依次向上转移注浆孔位，直至上部点位球阀有浆液流出，停止注浆，并关闭注浆球阀。注浆完成后，三道盾尾刷、洞门帘布以及尾刷腔道之间的厚浆形成的密封可以抵抗至少5bar的水土压力，刀盘进入土体1米后即可开始快速建压。
钢套筒外注厚浆填充 套筒外部注浆
当盾构完成始发之后，立即开始进行二次注浆，并根据封堵情况进行多次注浆，在注浆完成后，打开预留注浆孔的球阀以及预留的观测管等，对实际出水量进行观察，完全无水流出之后，必须立即封闭洞门。当前其洞门封闭方式比较多，具体可以根据工程实际情况进行选择：一是推进的过程中使用同孔间隔式的注浆方式，使洞门圈和盾构外壳的空隙能够被完全填充。二是当盾尾完全进入冻结壁之后，就可以在已经基本成型的隧道当中，通过注浆孔给管片外部注浆。三是给洞门设置两层弹簧钢板或者两道钢丝刷，以此最大程度上强化封闭效果。四是采用弧形钢板，在拆解钢套筒的同时，用弧形钢板焊接封堵，弧形钢板与预留的洞门钢环焊接成整体，同时另一侧与管片的背敷钢板进行焊接，能够有效的进行止水封闭。在洞门封堵完成后，对水平冻结加固进行解冻，然后封堵冻结孔。
三、结束语
总的来说，冻结和短钢套筒这两种方式的联合应用，能够有效提升盾构始发的安全程度，保证洞门密封，防止洞门密封泄漏，为盾构始发即建压提供了有力的保障。从而减少因为涌砂涌水等事故带来的地面沉降。但实际使用时应该格外注意刀盘被冻住的可能性，以确保始发的稳定性。
参考文献：
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[4]高梅, 王灵敏. 浅谈超长水平冻结技术在盾构进洞工程中的应用[J]. 建筑工程技术与设计, 2015, 000(017):155-155.