探析地铁盾构隧道海底复合地层冷冻法加固施工技术

张子峰

中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司 江苏 无锡 214105

1 研究的背景及目的

某地铁工程采用盾构法施工，盾构区间长度1.4km，隧道覆土厚度约20m，设置2个联络通道。洞身穿越地层主要有砂层、粉土、全～强风化岩层、中～微风化岩层，单线硬岩段施工长度长。

区间盾构施工过程中有速度低，推力、扭矩大的现象，经查发现部分刀具、刀箱损坏，需要修复后方能继续施工[1]。本工程盾构在海底掘进施工，没有条件施工竖井，无法预设换刀点以进行预加固处理。经充分讨论后，采用海面垂直冷冻结合盾构机内水平冷冻的处理方案，为修复盾构机刀具、刀箱提供安全可靠的工作面和施工环境。

2 海面布设冷冻孔施工技术

（1）钻孔平台搭设。钻孔平台设计为12m×15m，施工便桥长约200m。作业平台及施工便桥基础设计为钢结构，作业平台标高高出潮水位约2m。

（2）冷冻套管安装。采用全站仪测量点位，安装Φ325mm直径的定位钢管，采用水平尺测定定位钢管的垂直度，并复核其安装的位置，通过焊接与平台连接，定位偏差小于10mm。再安装Φ219mm套管，深入至粉细砂层，即进入海底下8m，安装完成后复核套管平面位置和作业平台位置，复核要求后，采用振动锤钻进，钻进到设计深度后焊接在平台上，并固定牢固。

（3）孔位钻进施工。钻机使用Φ171mm的钻头，钻进过程中要随时校核钻杆的垂直度，根据数据反馈情况，及时调整钻机大臂位置，钻孔位置偏差应小于100mm。钻孔作业平台临海边缘用设置钢质围挡并与平台焊接牢固，钻进过程中以作业平台为泥浆循环箱，泥浆系统设置在岸上，通过泥浆泵循环泥浆。

冷冻管连接采用丝扣相连接，辅以手工焊接，保证管节同心度和管节间焊接强度。冷冻管放置到位后要复测冷冻孔深度，并进行压力试验，试验不合格的冷冻管必须返工处理达到试验要求后方可使用。

（4）冷冻孔测斜检测。钻进完成后安装测斜管，采用灯光法测斜，冷冻孔最大允许偏斜值小于200mm。施工过程中要严格控制冷冻孔的垂直度，若偏差超限，则重新钻孔，直至孔位符合要求[2]。若测斜无法满足要求，可进行补孔处理，施工方式同上。

（5）安装冷冻管。冷冻管采用Ф127×5mm的无缝钢管，提前按照设计长度选配管，然后将冷冻管装入孔中，管间使用外抱箍焊接，要焊接牢固。

（6）冷冻孔深度测量。冷冻管底标高以下放的冷冻管长度为准反算，每下放一根冷冻管，测量好长度并记录。

3 盾构机内布设冷冻孔施工技术

结合盾构机自有超前注浆孔布设情况，在盾构机下方8个超前注浆孔进行水平冷冻。冷冻管密封装置安装在超前注浆孔的法兰上，设置密封垫片。每个冷冻孔施工完成后，用钢板焊接的方式密封法兰与冷冻管之间的间隙。

钻机使用MD-60一台，泥浆泵采用BW150，采用φ89×8mm冷冻管兼作钻杆7；管间采用套丝相连接，丝扣拧紧后采用焊接固定牢靠。

在钻头部位安制单向阀门，带水钻进。冷冻管钻进至设计标高后对单向阀冲洗同时密封冷冻管端头部位[3]。钻进过程中及时监测孔偏斜情况，随时纠偏，冷冻管安装到位后，进行水压试验，确保密封良好。

4 冷冻系统的施工技术

（1）海面冷冻站。受潮汐作用，地下水位时有波动，冷冻冰点低等不利影响，计算得到海面冷冻总需冷量为36.1万kcal/h。冷冻站设置在岸边，冷冻设备包括冷冻机组、盐水箱、配电柜、盐水泵、冷却系统（水泵、冷却塔及水池）等。

（2）洞内冷冻站。受潮汐作用，地下水位时有波动，冷冻冰点低等不利影响，8个冷冻孔总计长度为42m[4]。冷冻站设置于车站底板，采用φ159mm盐水管路铺设至冷冻面，去回管路总长约1100m，冷冻总需冷量为5.5万kcal/h。冷冻设备包括冷冻机组、盐水箱、配电柜、盐水泵、冷却系统（水泵、冷却塔及水池）等。

（3）其他注意事项。盐水管路要采用保温材料进行包裹，并通过试运行对保温效果进行验证，在冷冻过程中及时巡查。冷冻加固还需对盾构机保护，尤其是处于和接近冷冻加固体范围的盾构部位，通过建立泥膜、泥浆置换等方式，做好电气系统保护、液压系统保护，要避免冻胀对刀盘及主驱动破坏。

5 结束语

本文对海面布设冷冻孔施工技术、盾构机内布设冷冻孔施工技术、冷冻系统的施工技术等关键技术做出了详细的阐述，并在实际施工中严格落实有关要求和施工技术措施，确保了修复盾构机前方土体稳定牢固，为修复盾构机刀具、刀箱提供了安全可靠的工作环境，经实际施工效果检验，证明了该技术切实可行，其设计思路及施工经验可以为类似地下工程中的应用提供参考和借鉴。