冷冻法施工 工艺.doc

冷 冻 法 施 工 20目 录1.1工程概况11.1.1工程简介11.1.2工程地质及水文地质21.2冷冻法施工工艺及特点31.2.1施工工艺流程31.2.2冻结加固设计51.3冷冻主要物资表91.4冷冻施工时间表131.5冷冻的质量控制与监测131.5.1监测内容131.5.2监测方法151.6开挖与构筑施工161.6.1开挖冻结技术指标161.6.2预应力支架安装161.6.3土方开挖171.6.4支护结构171.7本工程的重难点及采取的措施181.7.1冻结壁与管片交接位置的处理181.7.2钢管片与联络通道拱顶交接位置的处理181.1 工程概况1.1.1 工程简介【南浦站洛溪站区间】区间长度920m，联络通道设置在里程YDK6+829.561处，上方中心为花坛。联络通道埋深约16m，结构高4.25m，宽3.8m，长6.54m。联络通道采用矿山法施工，结构形式为初期支护+二次衬砌。联络通道结构见图1、2。图1 联络通道结构图图2 联络通道结构剖面图冷冻前已对联络通道范围地层采用800600双管旋喷桩加固，相邻排错位布置。加固在08年12月中旬完成。考虑到加固地层地下水流动性较强且位于砂层，采用先联络通道开挖，后切割隧道管片的方法，即地层加固后，在地面两隧道之间先施工一竖井（直径2.5m的钢护筒）至联络通道位置，然后再使用矿山法开挖联络通道，在联络通道初衬完成后，最后切割管片连通隧道并施工二衬。1.1.2 工程地质及水文地质南浦站洛溪站联络通道顶部埋深为15.7m，底部埋深19.8m，穿越地层主要为粉细砂层。联络通道上方是：粉细砂层、淤泥及杂填土等地层，下方是：淤泥质土、硬塑粘土、全风化红岩、强风化红岩等。洞身上覆土层为粉细砂层、下卧土层为地层淤泥质土、粉细砂层，剖面图如图3。勘察报告显示，联络通道地层及隧道上覆地层均为透水地层，渗透系数分别为：粉细砂层2.5m/d； 淤泥质细中砂层1.8m/d。由于地层渗透性强，又距离江边较近，联络通道位置地下水与三枝香水道有直接水力联系。图3【南浦站洛溪站】右线联络通道位置地质剖面图1.2 冷冻法施工工艺及特点1.2.1 施工工艺流程联络通道施工可分为冻结孔施工、冻结施工和开挖构筑施工三个主要部分，其主要施工顺序见下图所示。施工准备冻结孔封堵冷冻站系统拆除图 1融沉注浆充填冻结孔施工冻结站安装开挖、临时支护冻结运转(积极冻结和维护冻结)永久支护开挖准备图4 联络通道冷冻法施工流程图图5 冻结站盐水循环流程图盐水系统氟系统清水系统盐水泵盐水箱闸阀螺杆压缩机冷却塔清水泵去路回路去路回路1.2.2 冻结加固设计1、冻结帷幕的设计要求 冻土强度的设计指标为：单轴抗压3.6Mpa，抗折2.0Mpa，抗剪1.5Mpa(-10) ；开挖区外围冻结孔布置圈上冻结壁与隧道管片交界面处温度不高于-5，其部位设计平均温度为-10；冻结加固厚度为1.8m。2、冻结孔布置（1）冻结孔布置联络通道冻结孔的布置采取从两侧隧道打孔方式进行。冻结孔按上仰、水平、下俯三种角度布置，共布置冻结孔64个，其中设置4个穿透孔。施工技术要求：冻结孔的开孔位置误差不宜大于100mm，应避开管片接缝、螺栓、主筋和钢管片肋板。冻结孔开孔间距最大允许偏斜误差不得大于150mm 。冻结孔有效深度不小于冻结孔设计深度。冻结管管头碰到冻结站对侧管片的冻结孔，不能循环盐水的管头长度不得大于150mm。冻结管用898mm,20#低碳钢无缝钢管，冻结管耐压不低于为0.8Mpa，并且不低于冻结工作面盐水压力的1.5倍。冻结管接头抗拉强度不低于母管的75%。施工冻结孔时的土体流失量不得大于冻结孔体积，否则应及时注浆控制地层沉降。首先施工透孔以复核对侧隧道预留口位置的偏差及钻孔施工质量，如大于100mm应按保证冻结壁设计的厚度的原则对冻结孔布置进行调整。（2）测温孔布置联络通道测温孔布置7个，上行线布设5个，下行线布设2个，目的主要是监测冻结帷幕范围不同部位的温度发展状况，以便综合采用相应控制措施，确保施工的安全，测温孔布置示意图见附图。（1）测温管选用324mm,无缝钢管；（2）测温管长度每个26m；（3）管前端焊接密封，管内不得渗水。（3）卸压孔布置在冻结帷幕封闭区域内布置4个卸压孔，上行线、下行线各2个（详细布置见（附图6）。在卸压孔上安装压力表，可以很直观的监测冻结帷幕内的压力变化情况，通过每日观测，及时判断冻结帷幕的形成，并可直接释放冻胀压力。卸压管选用323.5mm,无缝钢管；卸压管长度每个23m；管前端开口，进入土体段钻孔呈梅花状,以确保冻结帷幕内的压力有效传递。（4）冻结孔图纸及相关参数右线隧道左线隧道图6 冻结孔平面布置图图7 冻结孔剖面布置图表1 冻结孔参数表3、制冷设计积极冻结期盐水温度为-28-30，维护冻结期温度为-25-28。积极冻结时间为40天，维护冻结时间为30 天（暂定，实际为从开挖开始至主体结构施工结束）。冻结孔单孔流量不小于5m3/h。1.3 冷冻主要物资表编 号项 目单位数量备 注一主要设备1冷冻机组台2单台制冷量为8.75104 Kcal/h，电机功率110KW2盐水泵台1IS150-125315型，流量200m3/h，电机功率30KW;3清水泵台1IS150-125315型，流量200m3/h，电机功率30KW;5测斜仪台16测温仪台17冷却塔台2KST-80型2台，补充新鲜水10m3/h8水平钻机台19电焊机台210风机台2二主要材料1898无缝钢管M52020#低碳钢21596无缝钢管M150盐水干管和集配液圈3453.5无缝钢管M900供液管4高压胶管M1000耐压0.8MPa5冷冻机油KG400N466氟里昂R22KG800制冷剂7氯化钙T30冷媒剂8单向阀只60开启压力1.0MPa1089阀门只13011159阀门只612219阀门只2013保温材料M280014合金钻头只809515合金钻头只80130表2 冻结施工主要设备及材料用量表图8 钻孔及钻机图9 冷冻机组散热用巨扇冷却塔清水泵：提供自身冷却系统水循环冷却水箱冷却供水图10 冷却水系统图进液主干管回液主干管图11 冷冻管路1.4 冷冻施工时间表表3 冻结施工时间表工序工期时间（天）102030405060708090100110施工准备2冻结孔施工18冻结站安装18冻结准备3积极冻结45维护冻结25开挖与构筑25拆除10总工期1031.5 冷冻的质量控制与监测1.5.1 监测内容1、水平孔施工监测内容（1）钻孔长度 （2）铺设冻结管长度 （3）冻结管偏斜 （4）冻结器密封性能 （5）供液管铺设长度2、冻结系统监测内容 （1）冻结器去回路盐水温度； （2）冷却循环水进出水温度； （3）冷冻机吸排气温度； （4）盐水泵工作压力； （5）冷冻机吸排气压力 （6）制冷系统冷凝压力（7）制冷系统汽化压力图12 干路去回路盐水温度随时间变化曲线3、冻结帷幕监测内容（1）冻结帷幕温度场； （2）开挖后冻结帷幕表面温度（3）开挖后冻结帷幕暴露时间内冻结帷幕表面位移图13 3号孔测点温度变化曲线图4、周围环境和隧道土体进行变行监测内容（1）隧道的沉降位移监测（2）隧道的水平及垂直方向的收敛变形监测（3）地面管线沉降的观测1.5.2 监测方法1、冻结孔偏斜冻结器密封性能监测水平冻结孔偏斜的监测使用经纬仪结合灯光进行。冻结器密封性能的监测采用管内注水，试压泵加压的方法试漏，试漏程序及指针符合水平孔冻结器设计要求，每孔测量一次。2、温度监测盐水系统和冻结帷幕温度监测，使用测温仪。制冷系统和冷却水循环以及冻结帷幕帮壁温度使用测温仪并结合精密水银温度计测量，监测频率每天13次，必要时每2小时一次。3、压力监测制冷系统和盐水系统的工作压力安装压力表量测，制冷高压系统选用02.5MPa压力表，中低系统选用01.6MPa压力表，监测频率，每班一次。4、地面环境及隧道监测（）地面测点布设基准点布设：在联络通道位置对应的地面中心50m以外的稳定区域布设两个沉降基准点（其中一个作为复合点）。 沉降点布设：在联络通道位置对应的地面中心20m范围内布置沉降监测点，测点间距5m，在联络通道位置中心及管线和建筑物位置加密布置测点。（）隧道内测点布设 基准点布设：在联络通道50m以外的稳定区域分别布设水平位移检测基准点和两个垂直基准点（其中一个作为复合点）。 沉降点布设：在通道两侧50m范围内对隧道水平及垂直方向的收敛变形及施工影响范围内的隧道整体进行监测。沉降监测点布设在隧道底环片上，测点间距为2m，测点用道钉打入环片内牢固。 位移点布设：位移监测点布设在隧道两肩的环片上，测点间距为2m，测点用道钉打入环片内牢固。隧道收敛监测点布设：监测点布设在上、下、左、右隧道壁上。用红漆做好标记。1.6 开挖与构筑施工1.6.1 开挖冻结技术指标要确定打开管片进行开挖还需结合测温孔资料、卸压孔压力、探孔情况等方面综合考虑，需具备如下条件，方可开挖。项目数值备注冻结帷幕平均温度-10用成冰公式法计算盐水温度积极期-28-30用测温仪监测维护期-28盐水去、回路温差(包括各支路)积极期2以内冻结至设计温度时维护期1.0以内卸压孔交圈前静水压力通过压力表观测交圈后剧增至0.150.3MPa1.6.2 预应力支架安装开挖施工之前，在通道开口处隧道管片开口环中不开口部位均匀设置8个支撑点隧道支架（支撑点的支撑能力不小于500KN/点），以减轻联络通道开挖构筑施工对隧道产生不利的影响。根据结构施工图要求，单个钢支架6个预应力千斤顶、2个固定支撑及支撑保护板等部分组成。安装方法：在区间隧道上、下行线联络通道开口两侧各架两榀，共四榀，并在联络通道两端沿隧道方向对称布置，每榀支架有8个支点，由6个50t螺旋式千斤顶提供预应力，施加预应力时每个千斤顶要同时慢慢平稳加压，每个千斤顶以压实支撑点为宜。图14 预应力支架图1.6.3 土方开挖经探孔确认可以进行正式开挖后，打开钢管片，然后根据采用矿山法进行暗挖施工。图15 联络通道开挖顺序图由于土体采用冻结法加固，冻土强度较高，冻结帷幕承载能力大，因而开挖时可以采用全断面一次开挖，开挖步距为0.5m左右。开挖断面超挖不大于30mm，开挖中心线偏差不大于20mm。另外，冻土强度高，韧性好，需采用风镐进行掘进。图16 开挖出的冻土 图17 测温显示冻土为-91.6.4 支护结构采用两次支护方式。第一次支护（临时支护）采用钢支架加木背板和喷射混凝土。第二次支护（永久支护）采用现浇钢筋混凝土。图18 临时支护与永久支护结构图1.7 本工程的重难点及采取的措施1.7.1 冻结壁与管片交接位置的处理1、重难点（1）广州地区气温较高。（2）广州地区水温较高，平均在26上下。（3）由于车站结构施工需要，隧道两端的井口均封闭。以上情况导致隧道内热量无法散发，对冻结部分的管片降温影响较大。在冻结50天后管片温度依然在0以上。2、主要措施：（1）增加鼓风机2台，增大冷却塔附近的空气流动。（2）将回流的冷却水直接排放，补充温度较低的自来水。（3）紧贴管片设置冷冻排管。（4）加厚保