地铁盾构联络通道冷冻法

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。
孔口密封装置示意图
孔口装置示意图
孔口管及密封装置照片
冻结壁交圈时间可按下式估算
3.4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4Mpa，抗折1.8Mpa，抗 剪1.5Mpa，进行三维数值分析。
3.5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50个，右线50个，左线联络通道处沿冻结壁敷 设5排冷冻排管。 布置8个测温孔（左线6个，右线2个），深度2.5m， 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2.5m。（详见冻结孔布置平面图、立面图）。
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。
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
冻结管
蒸发器
压缩 机
盐水泵
盐水
制冷剂
气中
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、勘探要求
• 编写旁通道冻结法施工组织设计时，必须有该旁通道的检 查孔地质报告。 • 地层中的含水层自然和人为抽水后形成的地下水流速，当 超过一定限度 （5m/d）时，将影响地层正常冻结。 • 对冻结构筑物附近的水源井应进行调查，收集水源井的用 途、数量、方位、距离、深度，抽水层位及深度，抽水时 间，日抽水量以及抽水影响半径等资料。 • 当在冻结构筑物附近 600m 范围内有大抽水量（600m³ /h） 的水源井时，或 抽水量≥200 m³ /h 的连续抽水，或有地 下古河道，必须实测构筑物穿过的含水层的地下水流向、 流速并提供实测报告。
3.6.4 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。 3.6.5 用电负荷: • 总用电负荷约200kw/h。 3.6.6 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。
地铁盾构区间
联络通道冻结法施工联络源自道冻结法施工一：冻结法概论 二：勘探要求 三：冻结方案设计 四：冻结孔施工 五：冻结站安装 六：积极冻结与维护冻结 七：开挖与构筑施工 八：融沉注浆 九：监测监控 十：应急预案 十一：风险源及对策 十二：事故案例
一、冻结法概论
• 人工地层冻结技术最早于 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年代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。
三、冻结方案设计
3.1工程概况
东方马城站～金银湖站2#联络通道工程 Ⅱ号联络通道的开挖长度为8.905m(包括左右线两侧开口 环的厚度），宽度为3.9m,高度为4.05m.在距左右线各1.61m 的位置各安装一道防火门，防火门的高度为2.1m，宽度为 1.6m。Ⅱ号联络通道下穿 金银湖、侧穿银桥桥桩。 Ⅱ号联络通道以已贯通的盾 东金2#联络 通道位置 构隧道为作业面采用矿山 法施工、采用冻结法加固。
3.6.2 需冷量和冷冻机选型: 冻结需冷量计算：Q=1.2·π·d·H·K 式中：Q—冻结孔需冷量； H—联络通道冻结管总长度； d—冻结管直径； K—冻结管散热系数； 根据计算，联络通道需冷量为4.02×104Kcal/h ，选用 JYSLGF300III冷冻机机组（标况制冷量8.75×104Kcal/h ） 2台，其中1台备用。 3.6.3 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。
地层冻结原理简图
地层冻结原理简图
氨（氟利昂）－盐水冻结系统
制冷技术（制冷系统、冷媒剂循环、冷却水循环） 制冷循环一般包括四个过程：压缩—冷凝—降压—蒸发
冷凝器 冷却水 冷却水循环 节流阀
冷媒剂循环
制冷循环
冷媒剂循环：在冻结 管内循环，将地层热 量带出
冷却水循环：将制冷 系统的热量释放于大
冻结地层
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。
开孔实际操作图
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，不参与制冷循 环的长度不大于150mm。
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
冻结孔立面布置图
四、冻结孔施工
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
3.6 制冷设计
3.6.1 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45天。 • 7.积极冻结时间为45天，维护冻结时间为25天。
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.
• 主要参考规范：旁通道冻结法技术规程 • 冻结法施工：在构筑物（旁通道）掘砌之 前，用人工制冷的方法，将构筑物周围含 水松散不稳定的冲积层、岩层进行冻结， 形成封闭的符合工程施工安全要求的起到 临时保护作用的冻结壁（俗称冻土帷幕或 冻土墙），然后在冻结壁的保护下进行构 筑物掘砌工作的一种施工方法。 • 冻结壁：用人工制冷的方法在构筑物周围 土层（或岩层）所形成的具有一定厚度和 强度的连续封闭的冻结岩土体，又称冻土 帷幕或冻土墙。
3.2水文地质情况
东方马城站～金银湖站区间2#联络通道轨面深度约为 20.6m，结构所处地层主要为10-2黏土、10-2a粉质黏土、11黏 土、11b粉质黏土中。 拟建场地地下水主要为孔隙承压水及基岩裂隙水。 1、承压水主要赋存于8-1粉质粘土夹粉土、粉砂及12层砂 层中，12层为中透水层，8-1层为弱透水层、层间水具弱承压 性，孔隙承压水赋存环境相对比较封闭，主要接受侧向补给与 排泄，地下水位季节性变化较不明显，水量较为丰富。承压水 位埋深约9.00m(标高13.00m）施工前应复核承压水位，并在 施工期间观测承压水位变化。 2、基岩裂隙水主要赋存于下部基岩中，主要接受其上部 含水层中地下水的下渗及侧向渗流补给。基岩裂隙水与承压水 呈连通关系。
我国情况
1955年，我国首次在开滦林西风井使用盐水冻结法凿井
并获得成功；至今已经冻结近1100个井筒。 上世纪80年代，东北海拉尔水泥厂的上料仓基坑； 1988年，凤台淮河大桥主桥墩基础工程； 1993年，上海地铁一号线1个泵站和3个隧道联络通道； 1998年，北京地铁大北窑(现一号线国贸站）南侧隧道水 平冻结施工，长45m； 2000年以后,上海大量越江隧道（大连路、复兴路、翔殷 路、军工路、上中路、长江隧道等）和地铁工程使用冻结法； 2005年至今，上海、南京、广州、深圳、杭州，苏州、无 锡、常州、宁波、武汉、天津、哈尔滨、沈阳等陆续将冻结
法作为联络通道和盾构进出洞加固的重要施工方法。
•现在地铁施工联络通道采用冻结法施工的城市很多， 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。
3.3冻结设计
地层冻结设计应包括以下内容： 1 冻结壁结构方案比较与选择； 2 冻结壁的承载力和变形验算（I 类冻结壁除外）； 3 冻结孔布置设计； 4 冻结壁形成验算； 5 冻结制冷系统设计； 6 对冻结壁的监测与保护要求； 7 可能对周围环境和建（构）筑物产生影响的分析； 8 对周围环境和建（构）筑物的影响监测与保护要求。 前四项为设计人员确定，在设计图纸中给与明确，后四 项由施工单位自行计算确定，并编制专项施工方案，经专家 论证后报监理单位、建设单位审批。