1、工程所在位置的地层主要为-2b4流塑状淤泥质粉质粘土层，-3b2-3粉质粘土。具体工程地质分层与其特征描述一览表 表1时代成因层号地层名称颜色状态特征描述分布层底埋深（m）厚度（m）层亚层最小最大新近期-1杂填土杂色松散表层0.50米左右为沥青路面和块石垫层，下部以粘性土夹碎石、砖等。普遍0.502.100.502.10-2b2-3素填土灰黄色稍密以粉质粘土为主，夹少量碎石、瓦片等。分布较为普遍1.804.000.602.90-3b4淤泥质深灰色淤泥质粉质粘土为主，夹少量碎石、腐植物。仅见YM2孔4.502.00Q4-1b2-3粉质粘土黄灰软塑为主夹粉土薄层，水平层理，无摇振反应，韧性中等，干
2、强度中等。局部缺失3.406.000.502.50-2b4淤泥质粉质粘土流塑含有机质和腐植质，夹粉土薄层，无摇振反应，韧性中等，干强度中等，压缩性高。厚层状分布西厚东薄13.0035.008.4029.00-3b2-3灰色软可塑夹粉土薄层，切面光滑，无振摇反应，韧性较高，干强度中等，中高压缩性。局部缺失14.3037.500.5013.70-3C2粉土灰黄灰色中密湿，含少量云母片，夹粉质粘土薄层，水平层理，中等振摇反应，韧性低，干强度低。局部透镜体状分布31.9037.600.603.80-3d3含粉土中粗纱灰白色含少量粉质粘土，分选差，砂质为石英质，粉土充填混杂，为透镜体状。透镜体壮分布25
3、.100.50Q4-3-1b1-2灰绿色可塑硬塑含少量铁锰质结核，刀切面光滑，韧性高，干强度高，中等压缩性。局部分布17.3030.701.109.20-2b1-2刀切面光滑，韧性高，干强度高，中等压缩性。21.5024.502.402.90-4e1-2混粉质粘土卵砾石中密密实粉质粘土、卵砾石混杂，卵砾石含量3060%，石英质为主，次圆状，粒径一般37cm，局部有粗纱充填。东段以卵砾石为主。均有分布自西向东抬升22.2038.800.105.10K1gK1g-1a强风化泥质粉砂岩紫红色泥质粉砂岩强烈风化，呈砂土夹泥状，遇水极易软化崩解，夹碎石状岩屑。岩石基本质量等为V级。25.0040.200
4、.403.6K1g-2a中风化泥质粉砂岩极软岩中等风化，呈碎块短柱状，层状构造，泥质胶结，软化岩石，岩石基本质量等级为V级。部分孔揭露未揭穿5.00m1.2.2水文地质条件（1）地下水类型孔隙潜水赋存于-1、-2b2-3、-3b4、-1b2-3、-2b4、-3b2-3和-3c2层中，属弱微透水性，区间地段土层总体分析，其赋水性不强。但-1层杂填土，局部有空隙较大，与排水管道连通性较好，存在较强的透水性；其次-2b4层淤泥质粉质粘土中有薄层粉土分布，水平向地下水渗透性要好于垂直方向，构成地下水水平渗透的通道，是该段土层具有薄层状水平弱透水性。（2）地下水位埋深勘察期间，孔隙潜水稳定水位埋深1.0
5、02.20m（标高约在8.00m）。设计地下水位埋深按1.112.30m考虑，年最高地下水位标高在8.50m左右。（3）地基土的渗透性 地基土以微透水弱透水层为主。（4）地下水不良作用场地地下水对砼不具腐蚀性，对砼结构中钢筋不具腐蚀性，对钢结构具腐蚀性。二. 方案设计与计算2.1 设计依据与原则2.1.1 设计依据（1）工程地质资料、工作井结构图与管线布置图等相关资料；（2）井巷工程设计规范；（3）国家与南京市相关规范。2.1.2 设计原则（1）水平冻结帷幕技术性能必须满足盾构始发施工的安全和质量要求；（2）水平冻结方案应符合现场实际条件的施工可行性和良好的可操作性；（3）施工方案应在满足工程
6、要求工期的条件下具备优化能力；（4）施工方案与措施必须满足城市环保与节能要求；（5）减少冻胀与融沉的危害。2.2 盾构始发技术要点根据以往地铁隧道盾构始发工程施工的经验，提出以下技术要点。（1）为保证盾构始发的安全、可靠，根据盾构掘进速度以冻结孔施工和冻结达到设计强度、冻结厚度所需时间，计算出盾构推至冻结板块处的距离，开始冻结孔的施工与积极冻结。通过检测确认冻结帷幕达到设计强度、厚度，并与槽壁完全胶结后，进行槽壁破除，拔管，盾构始发施工。（2）在冻结帷幕外围拱顶部设置一排卸压孔，必要时进行冻胀卸压，加强对上部管线的保护。（3）利用布置的卸压孔作为后期融沉控制的注浆孔，在盾构始发后根据监测加强对
7、土体的注浆，防止地面沉降。（4）加强地面检测，在加固区上方和周边管线等处设监测点，监测施工过程中的沉降变化情况。（5）在始发口附近管片上增设注浆孔，进行后期融沉注浆。（6）利用管片上注浆孔进行跟踪注浆（始发区域的管片增加注浆孔），减少融沉。2.3 施工方法与施工主要工序2.3.1 施工方法根据工程地质条件与其它施工条件，确定采用“工作井内钻孔水平冻结加固”的施工方案，即：在工作井内利用水平冻结和部分倾斜孔冻结加固地层，使盾构机外围与开洞口范围内土体冻结，形成圆柱加板块、强度高、封闭性好的冻结帷幕。详见图3盾构始发土体加固帷幕图3。2.3.2 施工工序根据盾构始发的工期安排，首先加固上行线盾构始
8、发口，通过测温孔观测计算，确定冻结帷幕交圈、冻土与槽壁完全胶结，并达到设计强度后，盾构推进到离圆柱冻结帷幕一定距离处，开始破除洞口槽壁0.5米，然后施工探孔，无泥、水流出，冻结效果良好，再将槽壁完全破除，槽壁破除过程中土体继续加强冻结，根据监测数据分析冻结帷幕达到设计强度，将洞口内冻结管拔出，最后实施盾构始发推进。冻结站安装与钻孔施工同时进行，钻孔施工结束即可转入冻结器安装和冻结阶段。水平地层加固和盾构始发的主要施工工艺与顺序见图4。图3 盾构始发土体加固帷幕图 图4 施工工艺流程图2.4 荷载计算由于该工程复杂，土层条件差，为了确保施工过程万无一失，现对该工程冻土帷幕进行强度验算。我们对冻土
9、帷幕采用有限元分析软件ANSYS进行了应力场分布情况的三维有限元数值分析，并根据计算结果进行了强度验算。2.4.1 计算依据（1）工程地面环境、地质状况；（2）设计的冻结加固帷幕，见图3；（3）对于平均温度为10的冻土，冻土强度指标取抗拉强度1.8MPa，抗剪强度1.5MPa。2.4.2计算模型2.4.2.1假设1.冻土帷幕为10的等温体；2.未冻土和冻土均为弹塑性材料。2.4.2.2模型材料参数模型材料的力学见表 2。表 2 模型材料参数土层编号土层名称土层厚度（m）天然重度（kN/m3）压缩模量（MPa）粘聚力（kPa）内摩擦角（度）418.54.925151819.34.551316卵砾
10、石混粉质粘土取至计算模型底17.34.9714-10冻土27.315050302.4.2.3荷载1.计算区域内分布土体自重荷载；2.地面超载20KN/m2。2.4.2.4模型计算区域取隧道始发洞口中线上方至地面、下取16m，从隧道纵向中点往两头方向各取15m，自地下连续墙沿隧道轴线方向取15m，整个计算区域为30 27 15m（见图 5）。坐标原点位于隧道中心，z轴与隧道轴线平行，y轴为竖直方向。整体模型的顶面（地面）为自由面，后左右三个垂直面上水平位移约束，底面上水平和垂直位移均约束。根据施工组织设计，本数值计算考虑隧道始发最不利的情况，即地下连续墙开口洞体全部开挖，2.0m厚的板块加固体承
11、受水土压力。如果在这种情况下冻土帷幕满足强度要求，则实际情况下冻土帷幕的强度必然得到保证。整体模型见图 5，网格划分见图 6，冻土帷幕外表形状见图 7，网格划分见图 8。图 5 冻结加固冻土帷幕计算模型图 6 计算模型网格划分图 7 冻土帷幕模型图 8 冻土帷幕模型网格划分图2.4.3隧道始发冻结工程计算结果2.4.3.1计算结果冻土帷幕加固体剪应力、主应力云图见图 9图13与表3。拉应力为正，压应力为负。表 3 单元最大、最小主应力、剪应力表 1 3 xy yz xz最大值（MPa）0.06-0.150.170.1最小值（MPa）-0.21-0.92-0.18-0.12-0.1从表中可以看出，最大最小主应力值都很小，最大主应力值不超过1MPa。2.4.3.2强度验算根据以上计算结果，冻土帷幕的最大拉、压应力和剪应力与强度验算见表4。冻土强度指标取值见第2.4.1节中说明。表4 ANSYS计算结果强度验算部位应力名称计算值指标安全系数隧道始发洞口加固最大拉应力1.8最大压应力0.924.54.8最大剪应力1.58.8根据以上计算和强度验算结果，冻土帷幕的设计温度和厚度均满足强度要求。图 9 冻土帷幕主应力图 10 冻土帷幕主应力图 11 冻土帷幕剪应力图 12 冻土帷幕剪应力 yz分布图 13 冻土帷幕剪应力
