联络通道冷冻法施工技术

• 2.卸压孔 在积极冻结过程中，卸压孔有两个作用，一是起到释 放冻胀压力的作用，另一方面根据显示的压力来判断 冻结帷幕是否交圈。 • 3.探孔 在打开管片前应进行探孔检查，探孔应打在冻结帷幕 薄弱处，探孔处无涌沙、突水现象，地层稳定，冻结 帷幕正常，测温效果良好，即可打开管片试挖。 • 4.盐水去、回路温差 正式开挖后，根据冻土帷幕的稳定性，可适当提高盐 水温度，进入维护冻结，但盐水温度控制在-25~28℃之间，冻结时间贯穿旁通道及泵房开挖和主体结 构施工始终。
4.4 钻孔偏斜和终孔控制:
• 1.钻孔的偏斜应控制在1%以内，在确保冻土帷幕厚 度的情况下，单排孔相邻终孔间距不得大于1.2m， 集水井部位群孔相邻终孔间距不得大于1.6m，冻结 孔成孔最大允许偏斜150mm ，否则应补孔。 • 2.冻结孔钻进深度应不小于设计深度，钻头碰到隧道 管片的，不参与制冷循环的长度不大于150mm。
4.5 冻结孔钻进与冻结管设置:
• 1.钻孔设备使用MD-50钻机一台，配用BW250型泥浆 泵，钻具利用φ89×8㎜冻结管作钻杆；冻结管之间 采用套管丝扣连接，接头螺纹紧固后再用手工电弧焊 焊接，确保其同心度和焊接强度。
测温管
卸压管
冻结管套管丝扣连接
• 2.正常情况下，钻进时安装简易钻头，如果钻进困难 遇到砂层，为防止钻进中返砂，在钻头部位安装一 个特制单向阀门。 • 3.冻结管到达设计深度后冲洗单向阀，并密封冻结管 端部。 • 4.钻进过程中严格监测孔斜情况，发现偏斜要及时纠 偏，下好冻结管后，进行冻结管长度的复测，然后 再用灯光测斜仪进行测斜并绘制钻孔偏斜图。冻结 管长度和偏斜合格后再进行打压试漏，压力控制在 0.8Mpa，前30分钟压力变化不大于0.05MPa，后15 分钟压力不变者为试压合格。 • 5.在冻结管内下供液管,然后焊接冻结管端盖和去、 回路羊角.
冻结加固范围示意图
冻结孔布置原则
• 根据所处地层及深度来确定冻结帷幕厚度，以满 足荷载的需要。冻结孔的布置要满足设计时间内 达到设计冻结帷幕的要求，使土层内形成一个封 闭的板块。 • 冻结孔放位时应避开管片主筋、螺栓、止水条， 避免对管片结构及防水的破坏。
冻结孔剖面布置图
冻结孔平面布置图
四、冻结孔施工
冷冻孔串联实际图
集配液圈冻结效果图
测温线布置（监测温度）
冷冻站一角
七、开挖与构筑施工
7.1 钢管片接缝焊接及预应力支架安装 7.2 安全应急门及应急盖板安装 7.3 开挖条件 7.4 开启钢管片 7.5 开挖方式及施工顺序 7.6 支护方式 7.7 开挖及支护质量要求
3.3 制冷设计
3.3.1 冻结参数确定: • 1.积极冻结期盐水温度为-28℃～-30℃。 • 2.维护冻结期温度为-25℃~-28℃。 • 3.冻结孔单孔盐水流量不小于3m3/h； • 4.冻结帷幕设计平均温度为：-10℃(胶结面为-5 ℃ )； • 5.冻结帷幕设计厚度为：2m； • 6.冻结孔终孔间距Lmax≤1200mm，冻结帷幕交 圈时间为25天，达到设计厚度时间为40天。 • 7.积极冻结时间为40天，维护冻结时间为30天。
5.2 溶解氯化钙和机组充氟加油 • 盐水（氯化钙溶液）比重为1.26，先在盐 水箱内充满清水，溶解氯化钙，再送入盐 水干管内，直至盐水系统充满为止，溶解 氯化钙时要除去杂质。 • 机组充氟和冷冻机加油按照设备使用说明 书的要求进行。首先进行制冷系统的检漏 和氮气冲洗，在确保系统无渗漏后，再充 氟加油。
•现在地铁施工联络通道采用冻结法施工的城市很多， 有上海、南京、天津、武汉、杭州等，其联络通道 结构大同小异。有些地区在施工经验及专家意见下， 对冻结孔布孔方式、数量和结构方面作了很好的优 化。
•现冻结法施工的联络通道采用“隧道内水平冻结加 固土体、隧道内矿山法开挖构筑”的全隧道内施工 方案。即：在隧道内利用水平孔和部分倾斜孔冻结 加固地层，使旁通道及泵房外围土体冻结，形成强 度高，封闭性好的冻结帷幕。在冻土中采用矿山法 进行旁通道及泵房的开挖构筑施工，地层冻结和开 挖构筑施工均在区间隧道内进行。
4.2 冻结孔定位与管片开孔:
按冻结孔施工图进行冻结孔孔位放线，孔位布置首 先要依据管片配筋图和钢管片加强筋的位置，应避开管 片接缝、螺栓、主筋、止水条和钢管片肋板，误差一般 不应大于100mm，其中包括4个穿透孔。 • 1.在正式开孔前，利用隧道管片上的补浆孔钻Ф38mm 小孔径探孔，检查地层稳定性。 • 2.开孔选用J-200型金刚石钻机，配φ130mm金刚石取 芯钻头进行钻孔，深度约300mm，以不钻穿管片控制。 用钢楔楔断岩心、取出后，打入加工好的孔口管，并固 定，每个孔口管要至少有4个固定点固定在管片上。
3.3.2 需冷量和冷冻机选型: • 冻结需冷量计算：Q=1.2·π·d·H·K，根据计 算需冷量，选用W-YSLGF300Ⅱ型螺杆机 组一台套，设计工况制冷量为8.75×104 Kcal/h，电机功率100KW。另外备用WYSLGF300Ⅱ型螺杆机组一台。 3.3.3 冻结系统辅助设备: • 盐水循环泵选用IS125-100～200型1台，流 量200m3/h，电机功率30KW。 • 冷却水循环选用IS125-100～200C型1台， 流量200m3/h，电机功率30KW。冷却塔选 用NBL-50型二台，补充新鲜水15m3/h。
冷冻站平面布置图
• 冷冻机组的蒸发器及低温管路用棉絮保温，盐水箱和 盐水干管用50mm厚的保温板或棉絮保温。 • 联络通道两侧管片保温：由于混凝土和钢管片相对于 土层要容易散热得多，为加强冻土墙与管片胶结，联 络通道两侧管片内表面采取保温措施，以减少冷量损 失。 • 冻结孔施工侧即左线，首先将钢管片格栅内用素砼填 充密实，然后采用PEF板保温板对冻结帷幕发展区域 管片进行隔热保温。 • 右线隧道冻结管的端部区域范围内布置冷冻板，同样 将钢管片格栅内用素砼填充密实，然后采用PEF板保 温板进行隔热保温。 • 最后在PEF板保温板上喷射50mm厚聚胺脂进行隔热 保温。
4.1 施工准备 4.2 冻结孔定位与管片开孔 4.3 冻结孔施工顺序 4.4 钻孔偏斜和终孔控制 4.5 冻结孔钻进与冻结管设置
4.1 施工准备:
• 1.用φ48钢管在施工出入端头井内搭建脚手架，作 为连接隧道与地铁车站底层平台的便桥。 • 2.在隧道内敷设一条120mm2动力电缆，用于冻结 钻孔施工及隧道内冻结系统安装供电。 • 3.利用隧道内清水和排污管道，用于冻结孔打钻和 冻结站运转的供水和排污。 • 4.在联络通道施工工作面两端砌高约0.5m的泥浆挡 墙，以免冻结孔钻进时泥浆四溢影响隧道内环境整 洁。 • 5.用厚4~6cm的木板在联络通道处铺设冻结施工场 地，按不同位置的冻结孔钻进要求，用φ48钢管搭 建冻结孔施工脚手架。
联络通道冷冻法施工技术
2009年5月23日
联络通道冻结法施工
一：冻结法概论 二：隧道中线及联络通道控制点复核 三：冻结方案设计 四：冻结孔施工 五：冷冻站安装 六：积极冻结与维护冻结 七：开挖与构筑施工 八：融沉控制 九：监测监控 十：风险源及对策
一、冻结法概论
• 人工地层冻结技术的发展地层人工冻结技术最早 于 1862年在英国应用 ,此后德国、比利时、美国、 法国、奥地利、荷兰、前苏联、瑞典和日本等相 继应用了冻结法。冻结法最初应用最多的领域是 矿山工程 ,但在其他工程领域起步也较早。 1886 年瑞典在一个长 24ｍ的人行隧道施工中成功应用。 此后作为一项成熟技术国外已广泛应用于地铁建 设中，国内早在上世纪90开始在地铁建设中进行 了该技术的应用和研究，同时利用国内外2个工程 应用实例，证明了冻结技术在地铁建设中的可靠 性和有效性。
压力测试实际图
五、冻结站安装
5.1 冻结站布置与设备安装
• 将冻结站设置在地铁车站中板上，占地面积约80平 方米，站内设备主要包括冷冻机、盐水箱、盐水泵 清水泵、冷却塔及配电控制柜等。设备安装按设备 使用说明书的要求进行。 • 管路用法兰连接，隧道内的盐水管用管架敷设在隧 道管片上，以免影响隧道通行。在盐水管路和冷却 水循环管路上要设置阀门和测温仪、压力表等测试 元件。盐水管路经试漏、清洗后用保温板或棉絮保 温，保温厚度为50mm，保温层的外面用塑料薄膜 包扎。集配液圈与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。联 络通道主排冻结孔每2~3个一串联，其他冻结孔3~4 个一串联。
南京地铁二号线茶莫区间联络通道结构图
三、冻结方案设计
3.1冻结帷幕设计
根据联络通道埋深及地层特性，按照冻土帷幕设计有 效厚度：通道和泵站为2m，冻结帷幕平均温度为-10℃， 相应的冻土强度的设计指标为：单轴抗压3.5Mpa，抗折 1.8Mpa，抗剪1.5Mpa，进行三维数值分析。(见冻结加 固范围示意图)
3.3.4 管路选择: • （1）冻结管选用Φ89×8mm,20#低碳钢无缝钢管, 丝扣连接,另加手工电弧焊焊接。单根长度1m～ 1.5m。 • （2）测温孔管选用Φ32×3.5mm,无缝钢管。 • （3）供液管选用Φ48mm钢管，采用焊接连接。 • （4）盐水干管和集配液圈选用Φ159×6mm无缝 钢管。 • （5）冷却水管选用Φ133×4.5mm无缝钢管。 3.3.5 用电负荷: • 总用电负荷约200kw/h。 3.3.6 其它: • 1.冷冻机油选用N46冷冻机油。 • 2.制冷剂选用氟立昂F-22。 • 3.冷媒剂选用氯化钙溶液。
冷冻站实际图
六、积极冻结与维护冻结
• 6.1 冻结系统试运转与积极冻结:
• 设备安装完毕后进行调试和试运转。在试运转时，要 随时调节压力、温度等各状态参数，使机组在有关工 艺规程和设备要求的技术参数条件下运行。在冻结过 程中，定时检测盐水水位、盐水温度、测温孔温度和 冻土帷幕扩展情况，必要时调整冻结系统运行参数。 冻结系统运转正常后进入积极冻结。 • 积极冻结期盐水温度为-28℃～-30℃，设计冻结时间 40天，要求冻结孔单孔流量不小于3m3 /h；积极冻结7 天盐水温度降至-18℃以下，积极冻结15天盐水温度降 至-24℃以下，去回路温差不大于2℃；开挖时盐水温 度降至-28℃以下。如盐水温度和盐水流量达不到设计 要求，应延长积极冻结时间。
3.2冻结孔、测温孔、卸压孔的布置
冻结孔采用在隧道两侧打孔的施工方案，按上仰、近 水平、下俯三种角度布置。开孔间距为0.5m～1.0m，冻 结孔数63个，左线50个，右线13个。 布置8个测温孔，左右线各4个，深度1～3m，一般定 在终孔间距较大的位置。卸压孔布置4个，左右线各2个， 深度1～2m。（详见冻结孔布置平面图、立面图）。
地层冻结原理简图
冻结施工工艺
联络通道冻结加固及暗挖构筑工艺
冻结孔施工
施工准备 冻结站安装 检测系统安装
冻结器系统安装
冻结运转
隧道支撑
探孔试挖
拆钢管片
开挖、临时支护
永久支护
冻结孔封堵
土层注浆充填 冷冻站系统拆除
二、隧道中线及联络通道控制点复核
• 因里程及管片拼装误差，联络通道的方位角并不是设计理论上的0度， 为了钻孔不发生偏差，在施工前需要对隧道中线及联络通道控制点进 行测量来重新定方位角和高程。如下图
4.3 冻结孔施工顺序:
根据联络通道施工的孔位，采用由上向下的顺序进 行施工：即先施工穿透孔，根据穿透孔的偏差，进一步 调整有关的钻进参数，再按由上向下的顺序施工，这样 可防止因下层冻结孔的施工引起上部地层扰动，减小钻 孔施工时的事故发生率。
密封装置示意图
wenku.baidu.com口装置示意图
孔口管及密封装置照片
开孔实际操作图
6.2 试挖与维护冻结 • 在积极冻结过程中，要根据实测温度数据判断 冻土帷幕是否交圈和达到设计厚度，同时要监 测冻土帷幕与隧道的胶结情况，测温判断冻土 帷幕交圈并达到设计厚度且与隧道完全胶结后 再进行探孔试挖，确认冻土帷幕内土层基本无 压力后再进行正式开挖。试挖条件： • 1.测温孔 可根据测温孔实测数据，推算出冻土发展速度 及在该冻结时间内的冻土发展半径，从而算出 冻结帷幕厚度，再根据成冰公式或用作图法得 出冻结帷幕平均温度，若各个层位、部位冻结 帷幕的厚度和平均温度达到设计要求后，即可 打开管片进行开挖。