垂直凍結-蒙推過站穿越區間風井盾構隧道施工技術研究

摘""要：由于施工環境及周邊區域條件的限制，盾構穿越風井存在一定難度。依托某軌道交通工程，提出了垂直凍結-蒙推過站穿越區間風井施工技術，重點介紹了工藝原理和工藝流程，包括端頭加固、鋼環安裝、混凝土導臺澆筑、洞門鑿除、風井回填、孔洞封堵、盾構機到達中間風井施工、洞門封堵、渣土清理、負環拆除等。經實踐表明，施工工期由原先的62d縮短到37d，從根本上解決了盾構穿越區間風井的技術難題，保證了施工順利完成。

關鍵詞：蒙推過站""垂直凍結""盾構""風井

中圖分類號：U452.13;U231.3

Research"on"Construction"Technology"of"Vertical"Freezing-Mengtui"Station"Crossing"Section"Air"Shaft"Shield"Tunnel

DENG"Lin""LIU"Tao""ZHAO"Xinwen""KANG"Pengcheng""YU"Debao

Jiangsu"CRRC"Urban"Development"Co.，"Ltd.，Wuxi，"Jiangsu"Province，"214104"China

Abstract："Due"to"the"limitations"of"the"construction"environment"and"surrounding"regional"conditions，"it"is"difficult"for"the"shield"to"cross"the"air"shaft."Relying"on"a"rail"transit"project，"a"vertical"freezing-mengtui"station"crossing"section"air"shaft"technology"is"proposed，"and"the"process"principle"and"process"flow"are"mainly"introduced，""including"end"reinforcement，"steel"ring"installation，"concrete"guide"pouring，"tunnel"door"chiseling，"air"shaft"backfilling，"hole"plugging，"shield"machine"reaching"the"middle"air"shaft"construction，"tunnel"door"plugging，"residue"cleaning，"and"negative"ring"removal."Practice"has"shown"that"the"construction"period"is"shortened"from"the"original"62"days"to"37"days，"fundamentally"solved"the"technical"problem"of"shield"crossing"the"air"shaft"and"ensured"the"smooth"completion"of"the"construction.

Key"Words："Mengtui"station"crossing;"Vertical"freezing;"Shield"machine;"Air"shaft

盾構法具有施工安全性高、施工效率高、對周圍環境影響小、適應性強等特點，在地下空間建設中廣泛使用[1-2]。但在水文地質條件復雜的環境中，盾構始發或接收的過程仍易發生坍塌、滲漏等問題。我國許多學者對相關問題進行過研究。姚燕明等人[3]通過法蘭和螺栓可拆解式連接盾構各部分，避免了常規切割焊接對盾構的損傷；張力軍等人[4-5]基于夾軌系統、鋼套筒對盾構空推過站進行了研究；蔡龍[6]基于昆明市軌道交通5號線介紹了先隧后站法施工技術；李自力等人[7]對“先井后隧”施工過程用Flac3D軟件模擬，發現可以有效控制周邊地表沉降；楊志豪等[8]討論了3種過站方法的優缺點與適用條件，并提出在建設過程中應結合工程實際合理調整工程籌劃，修正過站方式。

依托某工程，本文闡述了一種因施工環境受限盾構快速、安全穿越中間風井的技術，可為今后類似工程提供經驗借鑒。

1""工程背景

依托工程為江陰外灘站～中山公園站盾構區間，盾構掘進到中間風井站內過站后二次始發。中間風井施工場地可用區域狹小，且風井周邊主要地表水為百花園景觀池塘，池底標高約5.55"m，路面標高約6.48"m。江陰地區降雨主要集中在6—9月份，在此期間，地下水位一般最高。采用常規的盾構過風井施工技術，易發生洞門涌水涌砂事故。最重要的是，中間風井工期緊張，無施工水泥系加固條件，開發新技術使盾構在計劃工期內過風井迫在眉睫。

2""工藝原理

盾構過風井主要分為以下幾個階段：端頭加固施工（冷凍法施工）、接收準備施工、盾構接收施工、風井內過站、盾構二次始發。首先在盾構接收前在風井內施做導臺，然后在風井內回填。按照盾構掘進時間安排端頭凍結加固和洞門鑿除時間，然后拔出冷凍管，冷凍管拔出后開始盾構接收。待盾構機掘進至風井內，對洞門進行封堵，然后盾構機風井內推進二次始發，并做好始發洞門封堵加固。

3""工藝流程

3.1""端頭加固

區間中間風井北端頭采用垂直冷凍加固，設計采用三排凍結孔凍結壁厚度≥3.0"m，板塊范圍為隧道左右各3"m、上下各2.65"m，凍結壁為III類，凍土平均溫度≤-10"℃，凍結壁與墻體交界處平均溫度≤-5"℃，鹽水總去總回溫差≤2"℃。施工中使用的凍結管與常規凍結管有所不同，進液口設置在管結構的外邊緣，出液口設置在中間位置，巧妙的空間設計有利于充分發揮鹽水的低溫凍結特性，提高凍結效果；上部非凍結段的保溫材料層減少了不必要冷量的散失，而下部凍結段的鹽水環狀囊袋在成孔后與凍結管同步下放，利用鹽水凝固點和熔點較低的特性，管內加熱后可使囊袋內鹽水快速融化，固態轉液態后體積減小，凍結管四周松動，便于盾構機截面范圍內凍結管的快速拔除，具體結構如圖2所示。

凍結站安裝與鉆孔施工同時進行，鉆孔施工結束即可轉入凍結器安裝階段，然后再對土體進行加固凍結運轉。凍結施工流程：孔位放樣→凍結孔鉆進→凍結器安裝→開機積極凍結→凍結效果達到設計條件→盾構接收措施安裝到位，鑿除圍護結構→盾構機截面范圍內垂直凍結管拔除→盾構機穿過凍結壁→盾構機接收完成→凍結壁解凍并融沉注漿。

3.2""鋼環安裝

在鋼環安裝前應在地面進行試拼裝，對洞門鋼環的直徑、寬度及圓度進行現場檢核，確保與圖紙尺寸無誤后進行安裝。盾構機在吊裝下井前，需對地面導線、高程進行聯系測量，并對洞門鋼環中心、結構進行復測，托架安裝將根據洞門復測實際結果進行控制，預埋鋼環制作精度直徑允差為20"mm，安裝誤差為±10nbsp;mm。

3.3""混凝土導臺澆筑

導臺截面形狀與盾構機外殼類似，半徑同盾構機切口環半徑，弧形導臺采用C25混凝土澆筑。

3.4""洞門鑿除

洞門采用人工鑿除，共分兩次鑿除，如圖3所示。第一次鑿除時采用垂直從上至下、先中間后兩側的順序進行。第二次鑿除采用由下至上分段鑿除的方式。具體流程如下：鑿除最外側鋼筋保護層（第一次鑿除）→第一階段混凝土鑿除→第一層土方回填→第二階段混凝土鑿除→第二層土方回填→第三階段混凝土鑿除→第三層土方回填。

3.5""風井回填

在穿越前，需將負四層結構內部的水抽干，等洞門完全被破除后實施土方回填施工，將其負四層結構用粉土和粉砂進行回填。回填土方須性質均勻，不含有雜質，回填土方內若含有雜質則不易回填密實，回填前用挖機對土方進行翻篩，將含有的渣土等清理干凈。回填時在風井四角預埋帶有注漿孔的注漿管，注漿管深度至風井底板，每層粉砂土回填后，在風井中板四角放置水泵，通過預留孔洞向風井內加水沖砂至回填密實，然后抽出多余積水，如圖4所示。

3.6""孔洞封堵

中板預留孔洞用2"cm鋼板進行臨時封閉，鋼板與結構中板縫隙采用預埋角鋼滿焊封堵。結構孔洞四周預埋L50"mm角鋼，便于后期鋼板封孔焊接；延長度方向預埋螺栓，便于后期鋼板背覆橫梁安裝（如圖5所示）。

3.7""盾構機到達中間風井施工

到達前需對隧道進行測量，并對洞門進行復測。盾構機抵達前150"m處便要對盾構姿態進行加強，對隧道線形進行測量。為方便后續管片拆除，過站范圍管片均采用通縫拼裝方式，將K塊均設置在隧道頂部。為保證管片整體連接質量，管片拼裝好后，加強連接螺栓的緊固，并用高速氣動扳手對連接件進行復緊。

3.8""洞門封堵

盾尾離開風井后，利用雙液漿對管片壁進行注漿，將洞門進行封堵。掘進完成后、二次注漿前，須同步向注漿管內注入膨潤土，以防注漿管發生堵塞。

3.9""渣土清理

土方清理施工前確認洞門部分的封堵效果，結合回填砂土具備的高滲透性特征，在砂土被清理干凈前可以在風井段已經成型的隧道邊緣處設置簡易形式的降水井點，實行抽水試驗，結合抽水情況分析洞門部位的封堵效果，確保洞門被完全封堵后方可對井內土方進行清理。

3.10""負環拆除

先將上半部分渣土進行清理，清理完成后，先拆除上半部分管片，再將下半部分管片分塊拆除。將最頂部K塊及鄰接塊吊裝孔打透，用特制吊具穿過吊裝孔，起吊鉤的作用，連接在手拉葫蘆的倒鏈上，手拉葫蘆固定于中板預埋?25"mm的吊環上。緩慢起倒鏈，使倒鏈處于拉直但管片不受拉力狀態，卸除環、縱向連接螺栓，依次拆除下半部分管片，拆除完成后放置于電瓶車上，水平運輸至井口。

4""結語

1. 本技術已成功應用于江蘇省無錫至江陰城際軌道交通工程項目，應用后盾構穿越區間風井的施工工期由之前的62"d縮短至37"d，從根本上解決了盾構穿越區間風井的技術難題，保證了施工順利完成，具有良好的推廣應用前景。
2. 采用梅花型布孔垂直凍結法，同步進行安裝凍結站與鉆孔施工，鉆孔施工結束后隨即進行土體凍結加固，加快了施工速度。
3. 采用蒙推過站穿越風井技術，使用粉土與粉砂通過預留孔洞對風井進行回填，并對回填土灌水完成分層夯實，提高了回填密實度，盾構蒙推穿越區間風井，實現盾構二次始發，保證了盾構穿越風井的高效施工。

參考文獻

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