地铁盾构冷冻法地层加固施工工法(中铁)_secret

目录

1. 前言 (1)

2. 工法特点 (2)

3. 适用范围 (3)

4. 工艺原理 (3)

5. 施工工艺流程及操作要点 (3)

5.1. 施工工艺流程 (3)

5.2. 主要施工方法及操作要点 (5)

5.2.1. 冻结施工参数 (5)

5.2.2. 冻结孔布置 (5)

5.2.3. 测温孔布置 (5)

5.2.4. 冻结制冷系统安装 (6)

5.2.5. 冻结系统调试 (8)

5.2.6. 积极冻结与停止冻结 (8)

5.2.7. 拔冻结管 (9)

5.3. 控制地表隆沉措施 (10)

5.3.1. 预注浆 (10)

5.3.2. 冻胀控制 (11)

5.3.3. 融沉控制 (11)

5.4. 各项事故处置方案和处理程序 (12)

5.4.1. 拔断冻结管 (12)

5.4.2. 盾构机头被冻结 (12)

5.4.3. 盾构始发地层沉降、塌陷 (12)

5.4.4. 冻结管盐水漏失 (12)

5.5. 信息化施工监测 (13)

5.5.1. 水平孔施工监测内容 (13)

5.5.2. 冻结监测内容 (13)

5.5.3. 沉降监测 (13)

6. 劳动组织 (14)

7. 设备与材料 (15)

7.1. 设备供应 (15)

7.2. 材料用量供应 (15)

8. 质量控制 (16)

8.1. 质量要求 (16)

8.2. 保证冻结加固质量的技术措施 (16)

9. 安全措施 (17)

10. 环保措施 (17)

11. 技术经济分析 (18)

12. 工程实例 (18)

冷冻法地层加固施工工法

1.前言

十九世纪六十年代，冻结法首先应用于英国南威尔士的建筑基础工程。1883年，德国工程师波茨舒（P.H.Potsch）在阿尔巴里的煤矿采用冻结法成功施工了103m 深的井筒，并获得了冻结技术专利，引起全世界的关注。世界各国都广泛地应用冻结技术，促进了冻结技术的发展。冻结法在我国起步较晚，但发展速度却很快。我国自1955年开滦矿区首先应用冻结法凿井以来，冻结法已发展成为我国工程领域通过不稳定冲积层和裂隙含水层的主要施工方法。冻结法施工是利用人工制冷技术，使地层中的水结成冰，把天然土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下结构的联系，以便在冻结帷幕的保护下进行开挖施工的一种特殊施工方法。随着冻结技术在在国内的使用和发展，冻结法在国内有着广泛的应用，但目前，冻结法用于市政工程，其工艺质量控制技术还处于起步阶段，在施工中技术难度大。冻结法具有灵活性好、强度高、均匀性和隔水性好、对周围环境影响小等优点，为保证冻结法的安全可靠，经过施工实践，总结提高，积累经验，形成此工法。

盾构始发地层加固需要解决的技术问题，一是要保证打开地连墙时前方土体不坍塌，防止漏水。二是始发时，地层加固要为盾构始发后调整姿态创造条件，以防止盾构上仰、覆土失稳、地表隆沉等问题发生。根据设计提供盾构始发加固图采取下图所示的始发冻结加固形式。根据功能要求，冻结加固区分为两个部分，一是与地连墙紧贴的前冻土墙（封头冻土墙），其作用是保证打开始发口地连墙后前方土体不坍塌，不漏水；二是平衡段，由冻土拱和前冻土墙（平衡段冻土墙）组成，其作用是防止盾构始发后盾构机头上仰、覆土失稳和地表隆沉。

冻结孔

平衡段冻土拱

平衡段冻土墙

地连墙

洞口

封头冻土墙

盾构始发冻结加固形式

2.工法特点

⑴加固效果好，封水效果明显。冻结法利用低温盐水循环带走地层的热量，通过降低地层温度形成冻土帷幕。冻结加固使土体中的大部分水分结冰，冻结体强度通常能达到5~10MPa强度，可以减小加固体体积；结构体强度均匀而且其阻水效果是其他方法无法比拟的。

⑵冻土在达到设计温度时，冻土的抗压强度、抗剪强度和抗拉强度等力学特性有明显的提高。

⑶适应性广。适用于任何含一定水量的松散岩土层，在复杂工程、水文地质如软土、含水不稳定层、流砂、高水压及高地压、埋深大等地层条件下冻结技术有效、可行。

⑷冻结工程施工最大的污染是钻孔时的少量的泥浆排出，冻结过程不向地层

注入任何有害物质，冻结工程完毕后，地层自然融化恢复原有状况，不会在地层留下有碍于其它工程施工的地下障碍物，是一种“绿色”施工方法。

⑸冻结加固土体均匀，整体性好。冻结加固体的形状、大小、可以根据需要灵活设计，可以把设计的土体全部冻成冻土，形成地下工程施工帷幕。土层注浆和深层搅拌桩，只是对土体局部加固，加固范围不易控制、加固体强度不均匀。

⑹冻结施工在正常运转期间，一般每班只需要6~8名操作人员，节约了大量劳动力。

⑺占用施工场地小。冷冻施工仅需地面提供冷却塔和冷冻机组占用地及加固体本身用地。

3.适用范围

本工法适用于软弱含水土层的地铁施工盾构始发及到达洞门地层加固施工，洞门加固、联络通道以及类似地层的加固。

4.工艺原理

冻结法包括三大循环：1.盐水循环，盐水吸收地层热量，在盐水箱内将热量传递给蒸发器中的液氨；2.氨循环，液氨变为饱和蒸气氨，再被氨压缩机压缩成过热蒸气进入冷凝器冷却，高压液氨从冷凝器经贮氨器，经节流阀流入蒸发器液氨在蒸发器中气化吸收周围盐水的热量；3.冷却水循环，冷却水在冷却水泵，冷凝器和管路中循环，将地热和压缩机产生的热量传递给大气。通过三大循环实现地层的降温，把土体变成冻土。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1.施工工艺流程

为形成冻结壁，首先在预加固空间周围打一定数量的冻结孔，孔内安装冻结器。冻结站制出的低温盐水（-25℃~-35℃），经去路盐水干管，配液圈到供液管底部，沿冻结管和供液管之间的环形空间上升到回液管（正循环，反之如果盐水从环型空间到冻结管底部则为反循环），经集液圈，回路盐水干管至蒸发器（盐水箱），形成盐水循环。低温盐水在冻结器中流动，吸收周围地层之热量形成冻结圆柱，冻结圆柱逐渐扩大并连接成封闭的冻结壁，直至达到其设计厚度和强度为止。