广州轨道交通建设监理有限公司 广东省广州市 510000
摘要：以某区盾构施工中采用冷冻法更换盾尾刷施工为背景，结合本工程地质水文情况复杂，以常规地面加固或洞内注浆加固方法更换盾尾刷风险较大。通过施工过程总结了相应有效的技术措施，为以后类似的工程提供了很好的借鉴作用。
关键词：轨道交通工程；盾构；更换尾刷；措施
引言
盾构法施工能够适应绝大部分地质，但在长距离施工中，由于诸多因素影响，盾尾刷会存在不同程度的磨损，如情况严重，会导致盾尾密封系统失效，对盾构施工带来不可接受的风险。因此，在施工中需对盾尾密封系统进行检查，维修，如何在地质情况较差的地段更换盾尾刷，本文提供了很好的一个借鉴。
一、工程概况
区间线路长 1935 米，区间线路纵断面为V形坡，最大坡度为27‰，隧道顶覆土10. 29m~28.54m，区间范围内，上覆素填土、杂填土、可塑状黏性土、淤泥质土、淤泥质粉细砂和粉细砂，下伏基岩为泥岩、砂质泥岩。区间隧道主要穿行于<2-1B>淤泥质土、<2-2>淤泥质粉细砂、<2-5>淤泥质粉土、<3-1>粉细砂、<3-2>中粗砂、<3-4>圆砾、<3-5>卵石、<7-2>强风化泥质粉砂岩。本区间采用直径6980mm泥水平衡盾构机，盾尾经改造后为四道盾尾刷，掘进地层多为富水软弱地层且长距离穿越细砂、中粗砂、圆砾层，地层渗透系数大、更换盾尾刷施工风险高，因此考虑采用冷冻法对第一、二道盾尾刷（可更换式）进行更换。
二、更换位置选择
尾刷更换位置根据地质勘探孔揭示从地面至隧道底部依次为<1-1>素填土（5m）、<2-1B>淤泥质土（20.4m）、<2-5>淤泥质土（6.3m），隧底 1.8m为<3-4>圆砾层。洞身范围内为全断面淤泥质粉土，为软土地质，透水性弱，有利于冻结施工。根据已加工完成的 1环具备冷冻功能的特殊钢管片，6块钢管片拼接形成完整的环形隧道管片，各管片内的冷冻管相互连接形成冷冻回路，通过外部冷冻机将低温冷冻液输送至冷冻管，并将能量传递至土层，从而将盾构机尾部处的土层进行冻结，形成具有密封效果的环形冻土加固区域。
三、冷冻施工
3.1冻结站布置及设备安装
冷冻机的尺寸为7800×900×2000（长×宽×高），根据隧道内电瓶车净空及净高并结合电瓶车的组合，将冻结站布置于电瓶车的渣土车（3台渣土车的长度）位置。
在盾构停机保压后，电瓶车开至车站，在车站内将渣斗吊出并在原渣土车底座上铺设型钢，形成冻结站的布置平台。利用管片吊装的龙门吊将冷冻机组吊至平台组装，组织完成后将电瓶车开至盾构机前端直至整个冷冻换盾尾刷的工程完成，整个过程中，电瓶车不能挪动位置，电瓶车停至施工位置后采用手拉葫芦进行牵引固定，确保设备平台稳固。
冻结站主要占用3台渣土车的位置，长20.747m、宽1.5m，平台面积约31.1m2。站内设备主要包括冷冻机、盐水箱、盐水泵以及电箱等。设备安装按设备使用说明书的要求进行。
3.2管路连接、保温与测试
隧道内的盐水管沿隧道底部敷设，在钢管片位置延伸至接头位置。在盐水循环管路连接至冷冻温控集成系统，冷冻盐水经温控集成系统进行统一分配分流及温度监控。盐水管路经试漏、清洗后用橡塑材料保温，保温厚度为50mm，保温层的外面用塑料薄膜包扎。温控集成系统与钢管片冻结管的连接用高压胶管，每组冻结管的进出口各装阀门一个，以便控制流量。
为确保盾尾止水效果，冻结范围需充分覆盖盾尾土体和盾尾间隙。计划将2#、 3#、4#各连接成一道独立盐水回路，负责盾尾土壤的冻结，5#、6#、7#各连接成一道独立盐水回路，负责盾尾间隙的混合体冻结。
3.3钢管片格腔保温
为确保钢管片内冷冻管路与钢管片充分的接触和导热，采用保温性能良好的材料充填冻结管所在的钢管片隔舱，以增强钢管片的保温性能。
最后，在冷冻管片和前后各一环砼管片接触50cm范围内的隧道管片内侧敷设保温层，保温层厚度 30mm。保温层采用橡塑保温材料，导热系数不大于 0.04w/mk。
3.4化盐和积极冷冻
盐水（氯化钙溶液）比重为 1.26～1.27 之间，将系统管道内充满清水，盐水箱充至一半清水，在盐水箱内（加过滤装置）溶解氯化钙，开启盐水泵，边循环边化氯化钙，直至盐水浓度达到设计要求。
积极冻结 2 天盐水温度降至－28℃以下，去、回路盐水温差不大于 2℃，如盐水温度和盐水流量达不到计算要求，延长积极冻结时间。
冻土扩展半径300mm，外围温度平均温度约-12℃；冻土发展速度25～35mm/d计算，同时考虑冻土发展的不均匀性等因素，要形成冻土帷幕，积极冻结时间约需要10d。根据计算分析理论结果，同时主要结合现场实际测温结果而定，综合把控冻结成效。
为确保冻结封水的可靠性，冻结施工中，应根据测温数据，对冻结效果进行分析判断；并在薄弱环节，打探孔检验实际冻结效果。根据具体情况，最终确定积极冻结时间。
在积极冻结过程中，要根据实测温度数据判断冻土帷幕是否达到设计厚度，测温判断冻土帷幕交圈并达到设计厚度后，通过钢管片预留孔打探孔，确认冻土帷幕后更换盾尾刷。
3.5冻结温度现场监测
管片每砌块设置1个测温孔，K块不设。整环钢管片共设置共计5个测温孔。测温孔孔内设丝牙口，钢管片运输及拼装过程中采用配套胶塞进行封堵。
观温度孔：用于监测冻结期间温度场，采用小直径无缝钢管，规格25*3，20#钢材，插入深度0.8m。传感器精度0.1℃，采用智能化冻结温控系统实时监测数据，相关仪器使用前需要标定。观测频率,积极冻结期间每12h观测一次，尾刷更换围护冻结期间每8h观测一次，停止冻结解冻期间24h观测一次。
各孔进行编号并形成原始记录，并有观测者签字。并应根据温度检测结果定期分析冻结壁的形成情况，评价冻结壁形成的质量与安全性。
3.6管片拆除更换尾刷
通过积极冻结期间的测温传感器温控监测，若环向冻壁达到300mm以上，且管片无渗漏水现象。即可进行预拆环拆除。
考虑到拆管片时下部可能发生冒水的的险情，同时又要尽可能的把损坏的盾尾刷更换掉，预拆除环管片的拆卸分步进行，由上至下逐片拆除，且需即拆即换，减少冻结面暴露时间。
拆除管片后开始清理管片盾尾刷上附着的油脂、砂浆等污物，污物清理后方可进行盾尾刷的更换。
四、经验总结
1、因本次钢管片冷冻管路只在出厂前进行了气密性试验，在到达现场拼装前未进行气密性试验，导致施工时有两路冷冻管不能形成闭环，后期施工采取增加冷冻排管进行了补充加强冷冻措施；
2、预拆除管片K块时由于受冷冻影响，拆除较困难，建议采取相关措施防止类似事情发生。由于冷冻更换期间冻结设备在台车轨道上，其余物件运送至盾尾处较为困难，建议提前备上一块K块运至盾尾附近，以免拆除的K块不能使用需更换K块较为困难；
3、更换期间需拆除一块管片更换完成后方可进行下一块拆除，优化作业工艺及工序，减少作业时间。并采取措施进行反顶，防止盾构机后退；
4、盾尾刷更换期间采用红外线测温枪对更换部位盾壳进行手动测温，确保焊接作业期间更换部位冻结帷幕温度，如冻结帷幕温度身高超出要求，则停止焊接作业，冻结帷幕温度有限降低后，再继续施工。
综上所述，在富水软弱地层且长距离穿越细砂、中粗砂、圆砾层，地层渗透系数大、无法提前进行预加固或加固效果不佳情况下更换施工风险极高，采用冷冻法更换盾尾刷无疑是一种安全、合理、快捷的方法。