上海6#线浦三路~滨洲路联络通道专项最新方案.doc

上海轨道交通6号线工程土建18标（龙阳路站浦三路站滨洲路站区间隧道单圆盾构推进施工）浦三路站滨洲路站区间旁通道施工组织设计编制:复核:审核:中铁隧道集团有限公司上海轨道交通6号线18标项目经理部 2006 年 7 月77目 录1 概述- 1 -1.1 工程概况- 1 -1.2 工程地质及水文地质条件- 2 -2 施工方案的选择- 3 -2.1 方案编制依据及参照的标准、规范- 3 -2.2 施工方案设计的基本原则- 4 -2.3 方案设计技术要点- 4 -2.4 冻结土体加固、矿山法暗挖构筑方案- 5 -3 冻结帷幕设计计算- 7 -3.1 计算模型- 7 -3.2 联络通道计算结果- 10 -3.3 结论- 14 -4 冻结孔布置及制冷设计- 14 -4.1 冻结孔的布置- 14 -4.2 测温孔与卸压孔布置- 15 -4.3 制冷设计- 15 -5 冻结施工- 17 -5.1 施工准备- 17 -5.2 冻结孔施工- 17 -5.3 冷冻站安装- 19 -5.4 积极冻结与维护冻结- 22 -6 开挖与构筑施工- 25 -6.1 施工准备- 25 -6.2 开挖- 29 -6.3 支护方式- 31 -6.4 开挖及支护质量要求- 35 -6.5 开挖与构筑质量控制程序图- 36 -7 地层跟踪注浆及其它- 37 -7.1 融沉控制- 37 -7.2 防腐、钻孔补强等收尾工作- 40 -8 监测监控设计- 40 -8.1 监测内容- 40 -8.2 监控量测- 41 -9 施工专项技术措施与应急预备方案- 44 -9.1 预防钻孔漏泥冒砂的措施- 44 -9.2 钻孔偏斜控制措施- 44 -9.3 地层冻结安全质量技术措施- 45 -9.4 开挖构筑安全质量技术措施- 45 -9.5 喇叭口施工措施- 46 -9.6 预防及应急预案- 46 -10 临时用电组织设计- 52 -10.1 冻结工程用电电压等级- 52 -10.2 施工用电负荷统计- 52 -10.3 供电方案- 53 -10.4 供电线路安排- 53 -10.5 安全用电措施- 53 -11 施工进度及资源配置计划- 54 -11.1 施工进度计划- 54 -11.2 劳动力配备计划- 55 -11.3 设备与材料供应计划- 55 -12 施工安全措施- 55 -13 文明施工措施- 57 -14 质量保证体系- 58 -14.1 思想保证体系- 60 -14.2 组织保证体系- 61 -14.3 过程保证体系- 61 -14.4 检验保证体系- 61 -15 附件一：安全门强度计算书- 61 -15.1 工程简介- 61 -15.2 计算内容- 62 -15.3 计算依据- 62 -15.4 数值分析- 63 -15.5 计算结果- 63 -15.6 小结- 64 -15.7 结论- 66 -16 附件二：预应力支架数值分析报告- 66 -16.1 计算依据- 66 -16.2 计算原理及结果- 67 -1 概述1.1 工程概况上海轨道交通6#线浦三路站滨洲路站区间隧道旁通道里程为SK22+510.00，旁通道所在隧道中心标高-16.500m，地面自然标高3.5m，隧道中心埋深22.000m。上下行隧道中心距离为12.800m，旁通道泵站开挖后底部标高为-22.090m。旁通道/泵站其结构由喇叭口、水平通道及集水井三个部分组成。联络通道长约7m，通道两端开口部分为1.4m2.14m的矩形洞门，中间部分断面为半圆拱直墙形式：直墙结构宽2.0m，高为2.1m，拱形部分高0.3，宽2.0米，通道中部设防火门一道；通道下面的泵站净空断面为3.5m2.0m3.25m（长宽高）。喇叭口开挖尺寸约为1.1m（长）4.4m（宽）4.83m（高）；通道的开挖尺寸：6.6m（长）3.2m（宽）4.23m（高）；集水井开挖尺寸：4.8 m（长）3.2 m（宽）4.2 m（深）。衬砌采用二次衬砌方式，所有临时支护层厚度均为200mm；通道墙、拱和集水井的结构层为400mm厚的现浇钢筋混凝土，通道底板其余的结构层为1000mm厚的现浇钢筋混凝土；支护层和结构层之间安装防水层，其结构见图1。图1 旁通道结构剖面示意图1.2 工程地质及水文地质条件1.2.1 工程地质工程区域内地势平坦，地表高程在3.253.91m之间。地层土属第四纪沉积层，自上而下共分布着七层和分属不同层次的亚层。旁通道/泵房覆土厚约17.8m。根据地质资料，选用靠近旁Q21C6号钻孔柱桩图，自上而下分别为1杂填土，1褐黄色粘土，2灰黄色淤泥质粉质粘土，1灰色淤泥质粉质粘土，2灰色粘质粉土，3灰色淤泥质粉质粘土，1灰色淤泥质粘土，1-1灰色粘土，1-2灰色粉质粘土，1暗绿色粉质粘土，1-1草黄色粉质粘土。具体见下表。旁通道所处地层上部为1-2粉质粘土层。层号岩性层厚（m）层底标高（m）备注1杂填土1.51.851褐黄色粘土1.00.852灰黄色淤泥质粉质粘土0.40.451灰色淤泥质粉质粘土1.4-0.952灰色粘质粉土1.1-2.053灰色淤泥质粉质粘土4.3-6.351灰色淤泥质粘土4.4-10.751-1灰色粘土3.0-13.751-2灰色粉质粘土8.2-21.951暗绿色粉质粘土3.55-25.51-1草黄色粉质粘土3.5-291-2草黄色粉砂1.2.2 水文地质根据钻探揭示的地层结构，工程区域内受影响的地下水为潜水。其水位动态变化主要受控于大气降水和地面蒸发。钻孔水位埋深为0.201.40m，可按静止水位0.5m使用。场地内地下水对混凝土结构无腐蚀性。1.2.3 地下管线根据管线资料和实地调查，旁通道施工影响范围无管线。综上所述，在该地层内进行旁通道开挖构筑，须对土体进行稳妥、可靠的加固处理。根据以往施工的成功经验，用冻结法加固土体具有强度高，封水性好，安全可靠的优点，适于本工程。2 施工方案的选择2.1 方案编制依据及参照的标准、规范（1） 龙阳路站滨洲路站区间总平面图；（2） 地下铁道工程施工及验收规范GB50299-1999；（3） 盾构法隧道工程施工及验收规范 DGJ08-233-1999；（4） 混凝土结构工程施工质量验收规范 GB50204-2002；（5） 地下防水工程施工及验收规范 GBJ208-83；（6） 建筑变形测量规范 JGJ8-97；（7） 煤矿井巷工程施工及验收规范GBJ213-90;（8） 混凝土强度检验评定标准 GBJ107-87；（9） 混凝土质量控制标准 GB50164-92；（10） 普通混凝土拌和物性能试验方法 GBJ80-85；（11） 混凝土结构设计规范 GBJ-10-89；（12） 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥 GB175-1999；（13） 普通混凝土配合比设计技术规定 JGJ55-81；（14） 普通混凝土用砂质量标准及检验方法 JGJ52-92；（15） 普通混凝土用碎石及卵石质量标准及检验方法 JGJ53-92；（16） 混凝土拌和用水标准 JGJ63-89；（17） 混凝土和砂浆用粒化高炉矿渣微粉DS31/T35-1998;（18） 粒分高炉矿渣微粉在水泥混凝土中应用技术规程DG/TJ08-501-1999;（19） 钢筋混泥土用热扎带肋钢筋GB1499-98;（20） 钢筋混泥土用热扎圆钢筋GB13013-91;（21） 钢筋焊接及验收规程GBJ1818-84;（22） 气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝GB/T8110-95;（23） 地下铁道设计规范GB50157-92;（24） 地下铁道工程施工及验收规范了GB50299-99;（25） 上海市轨道交通6号线浦三路站滨洲路站旁通道结构施工图；（26） 上海市轨道交通6号线工程地下管线探测成果图册；（27） 工程测量规范（GB 5002693）；（28） 上海市地铁基坑工程施工规程（SZ082000）；（29） 软土市政地下工程施工技术手册；（30） 基坑变形监测技术规程（上海市地质矿产局98.6）；（31） 国家和上海市相关技术规范及法律条文、强制性规定。2.2 施工方案设计的基本原则（1） 水平冻结帷幕技术性能必须满足旁通道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） 施工方案应在工程要求工期的条件下具备优化能力。（4） 施工方案措施必须满足城市环保及节能要求。（5） 减少冻胀与融沉的危害。2.3 方案设计技术要点由于该旁通道所处地层主要为1-2粉质粘土，施工时有可能发生泥、水突出和地层沉降。在施工中必须采取切实可靠的技术措施，以确保旁通道施工的安全并保证施工工期。提出以下技术要点：（1） 由于混凝土和钢管片相对于土层要容易散热得多，会影响隧道管片附近土层的冻结速度，从而影响冻土帷幕的整体稳定性和封水性。特别是要保证旁通道喇叭口部位冻土帷幕的厚度和强度及与管片的完全胶结，在冻结孔施工端喇叭口部位布置三排孔加强冻结，在对侧隧道布置冷冻板。所有的钢管片的格栅要用砼充填密实，同时管片外面采用PEF板隔热保温，以减少冷量损失，在冻土墙与管片胶结处放置测温点，以加强对冻土墙与管片胶结状况的检测。（2） 用金刚石取芯钻开孔，跟管钻进法下冻结管。冻结孔开孔前，在布孔范围内打小孔径探孔，探测地层稳定情况。如发现有严重漏水冒泥现象，先进行水泥水玻璃双液壁后注浆，以提高孔口附近地层稳定性，然后再钻进冻结孔。每个钻孔都设有孔口管，并安装钻孔密封装置，以防钻进时大量出泥、出水。（3） 针对施工冻结孔时容易产生涌水现象，采用强力水平钻机，尽量实现无泥浆钻进。如发现钻孔泥水流失，及时进行补浆。（4） 加强冻结过程检测。在冻土帷幕内布置测温孔，以便正确判断冻土帷幕是否交圈和测定冻土帷幕厚度。对侧隧道管片附近土层的冻结情况将成为控制整个旁通道冻土帷幕安全的关键，为此，在对侧隧道管片上沿冻土帷幕四周布置测温孔，以全面监测冻土帷幕的形成过程。（5） 在旁通道两端布设泄压孔，以减小土层冻胀对隧道的影响。该孔可作为冻结帷幕压力变化的观测孔，同时利用管片上的注浆孔来卸压。（6） 旁通道开挖时在隧道内设预应力支架，以防打开预留钢管片时隧道变形和破坏。施工完旁通道临时支护层后再打开对侧隧道旁通道的预留钢管片。在旁通道衬砌中预埋压浆管，采用注浆方式以补偿土层融沉。注浆应配合冻土帷幕融化过程进行，采用水泥浆进行融沉注浆。（7） 由于冻土的蠕变性很强，冻土帷幕在破坏前必然有一个较大的蠕变过程，可以通过检查开挖过程中的冻土帷幕变形情况判断其安全性。为此，在开挖过程中必须及时进行冻土帷幕变形和温度观测，如遇冻土帷幕有明显变形，立即用钢支架加木背板支撑，调整开挖构筑工艺，并同时加强冻结。（8） 为了进一步提高旁通道掘砌施工的安全性，特采取以下措施：选用可靠的冻结施工机械；准备足够的备用设备；加强停冻时的冻土帷幕监测；尽快施工衬砌，必要时用堆土法密闭开挖工作面。（9） 由于冻胀力和冻土融沉的作用，影响周围土层的力系平衡，使隧道产生水平位移和沉降，故在整个施工过程中，加强隧道变形的监测，确保隧道安全。在冻土帷幕关键部位，多布置测温孔，监测冻土帷幕的形成过程和形成状况。2.4 冻结土体加固、矿山法暗挖构筑方案根据上述施工条件并结合上海地铁旁通道施工的经验，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傾斜孔冻结加固地层，使旁通道及集水井外围土体冻结，形成强度高，封闭性好的冻土帷幕。在冻土中采用矿山法进行旁通道及泵站的开挖构筑施工，地层冻结和开挖构筑施工均在区间隧道内进行，其主要施工顺序见下页图2： 施工前的准备工作（进场、加工件组织）钻孔定位钻 孔冻结管打压下冻结器冻结管安装冻结系统调试积极冻结旁通道开挖、临时支护旁通道防水施工旁通道永久结构施工泵站开挖、临时支护泵站防水施工泵站永久结构施工注 浆竣工验收维 护 冻 结冻 结 系 统 部 分 安 装工 程 监 测注 浆试 挖钢管片焊接、冻结测温监测、预应力支架安装图2 旁通道冻结法施工工艺流程图3 冻结帷幕设计计算为了旁通道泵站开挖时的安全，我们采用在两条隧道分别钻孔的方案，即在另一条隧道底部打一排孔，将旁通道和泵站封闭，这样泵站里面没有冻结管，挖泵站时，就挖不到冻结管（以往方案泵站内有十几根冻结管通过，挖冻土时，要割断冻结管，如后续工程慢，冻土融化，非常危险），确保了冻土的安全，另挖土时，减少了冻土的挖掘量；为安全考虑，满足冻结开挖工期要求，在通道下部布置一排冻结孔。3.1 计算模型3.1.1 假设1. 由于工程影响范围不大，假设工程所在位置计算范围内各地层均水平分布；2. 由于上下行线隧道中心标高基本相同，假设两条隧道位于同一标高；3. 冻土帷幕为10的等温体，冻土厚度为1.6m；4. 未冻土和冻土均为弹塑性材料。3.1.2 模型材料参数模型材料的力学见表1。表3 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）杂填土1.519.3褐黄色粘土夹灰黄色淤泥质粉质粘土1.418.54.571816.0淤泥质粉质粘土6.817.43.151217.0灰色淤泥质粘土4.416.82.111210.5粉质粘土11.218.14.691522.0暗绿色粉质粘土3.5519.56.724718.5草黄色砂质粉土取至计算模型底18.610.83431.5-10冻土17.315050303.1.3 荷载1. 计算区域内分布土体自重荷载；2. 1-2草黄色粉砂层可能有承压水，微承压含水层作用在、粉质粘土上；3.1.4 模型计算区域包括隧道旁通道及泵站工程和两条隧道，取隧道中线上方至层表面、下方30m，从联络通道纵向中点往两头方向各取30m，自联络通道中心线沿隧道轴线方向两边各取30m，整个计算区域见图3。坐标原点位于联络通道中心，x轴与隧道轴线平行， y轴与水平面垂直，z轴通过两隧道中心与通道中心线平行。根据3.1.1 节的假设，计算模型为沿x和z轴对称，故实际计算模型只取其四分之一。整体模型的顶面（地面）为自由面，前后左右四个垂直面上水平位移约束、垂直位移自由，底面上水平和垂直位移均约束。根据施工组织设计，联络通道先开挖一侧喇叭口导硐，再开挖通道中间段，而后另一侧喇叭口导硐贯通；贯通后，进行通道部分的防水层、结构层施工，然后刷扩两端喇叭口，刷够设计断面后，然后再进行泵站施工。因此考虑联络通道和泵站全部开挖但无临时支护的假设情况进行建模。这是最不利的情况，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。3.1.5 联络通道模型四分之一整体模型见图3，网格划分见图4，冻土帷幕外表形状见图5，网格划分见图6。图3 旁通道及泵站计算模型（四分之一整体）图4 旁通道及泵站计算模型1/4模型网格划分图5 旁通道及泵站冻土帷幕1/4模型图6 旁通道及泵站冻土帷幕1/4模型网格划分图3.2 联络通道计算结果3.2.1 计算结果旁通道及泵站冻土帷幕拉应力为正，压应力为负。主应力和剪应力的最大、最小应力值见表2。表5 单元相对坐标方向最大、最小应力表名称s1s2s3txytyztxz最大值(MPa)0.500.170.010.370.500.15最小值(MPa)-0.34-0.93-2.57-0.52-0.56-0.39冻土帷幕最大主应力s1分布见图7，可见冻土帷幕没有拉应力集中，整体只有少数几个地方出现拉应力，且拉应力很小，最大拉应力数值为0.50MPa，出现喇叭口与隧道交接处冻土帷幕中部。最小主应力s3分布见图8，由图可见，最大压应力出现在喇叭口与泵站冻土帷幕交接处外侧，最大压应力出现在喇叭口与泵站冻土帷幕交接处外侧，除小范围应力集中外最大压应力数值为2.00MPa。剪应力txy、tyz、txz分布见图9、图10和图11。最大剪应力出现在tyz中，最大剪应力出现出现在泵站和喇叭口交接处冻土帷幕外侧，最大剪应力数值为0.56MPa。3.2.2 强度验算根据以上计算结果，旁通道及泵站冻土帷幕的最大拉、压应力和剪应力及强度验算见表3。表6 ANSYS计算结果强度验算部位应力名称计算值指标安全系数备注旁通道及泵站最大拉应力0.502.14.2大部区域无拉应力最大压应力2.003.61.8应力集中点，大部区域安全系数为25最大剪应力0.561.62.8根据以上计算和强度验算结果，旁通道及泵站冻土帷幕的设计温度和厚度均满足强度要求。图7 旁通道及泵站冻土帷幕最大主应力s1分布图8 旁通道及泵站冻土帷幕最大主应力s3分布图9 旁通道及泵站冻土帷幕剪应力txy分布图10 旁通道及泵站冻土帷幕剪应力tyz分布图11 旁通道及泵站冻土帷幕剪应力txz分布3.3 结论按照冻土帷幕平均温度10，冻土强度指标取单轴抗压强度3.6MPa，抗弯强度2.1MPa，抗剪强度1.6MPa。旁通道及泵站冻土帷幕厚度1.6m，进行了ANSYS三维数值分析，根据分析结果可得出如下结论：旁通道及泵站冻土帷幕没有拉应力集中，整体只有少数几个地方出现拉应力，且拉应力很小，最大拉应力数值为0.50MPa，抗拉安全系数为4.2。最大压应力出现在出现喇叭口与隧道交接处冻土帷幕中部，除小范围应力集中外最大压应力数值为2.00MPa，抗压安全系数大于1.8，满足强度要求。不同方向的剪应力最大值出现在不同部位，但均满足强度要求，最大剪应力值为0.56MPa，抗剪安全系数为2.8。除应力集中点以外的冻土帷幕主体部分的应力普遍比较小，可见其安全储备得以保证。冻结壁有效厚度选取1.6m。设计要求，通道冻土有效厚度大于1.6米，因开挖喇叭口时冻土又向外发展0.1m厚，即喇叭口冻土有效厚度在扩喇叭口时大于1.7m。4 冻结孔布置及制冷设计4.1 冻结孔的布置根据冻结帷幕设计及旁通道的结构，冻结孔按上仰、近水平、下俯三种角度布置。在通道下部布置一排冻结孔，加强通道冻结效果，把泵站和通道分为两个独立的冻结区域，见图13：冻结帷幕示意图，开孔间距为0.3m0.7m，冻结孔数64个(下行线隧道58个包括4个穿孔、上行线隧道6个)。冻结孔的布置详见附图冻结孔施工平面图及附图冻结管布置剖面图，并根据钻机情况、管片配筋情况和旁通道拟开管片的实际位置，对钻孔孔位作少量调整。冻结孔的布置详见附图：冻结孔施工图及冻结孔布置剖面图。图12 冻结帷幕示意图4.2 测温孔与卸压孔布置共布置8个测温孔，两端各布置4个，目的主要是测量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。测温孔管材选用323.5mm20#低碳钢无缝钢管。每个联络通道卸压孔布置4个，上行线布置2个，下行线布置2个。4.3 制冷设计4.3.1 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） 冻结孔终孔间距Lmax1000mm，冻结帷幕交圈时间为20天，达到设计厚度时间为40天。（4） 积极冻结时间为40天，维护冻结时间为30 天。（5） 冻结孔布置64个，冻结管总长度为590m。布孔位置见附图。（6） 测温孔布置暂定8个，上行线和下行线隧道各布置测温孔4个，深度为1 m 3m，测温孔一般定在终孔间距较大的位置，根据冻结孔偏斜情况再适当的增加测温孔数。（7） 卸压孔布置4个，开挖一侧布置2个，对侧布置2个，深度1 m 。4.3.2 需冷量和冷冻机选型冻结需冷量计算：Q=1.3dHK式中：H冻结总长度；d冻结管直径；K冻结管散热系数；将上述参数代入公式得：Q=1.3dHK =54858Kcal/h选用W-YSLGF300型螺杆机组一台套，设计工况制冷量为8.75104 Kcal/h，电机功率110KW。另外备用W-YSLGF300型螺杆机组一台。4.3.3 冻结系统辅助设备（1） 盐水循环泵选用IS150-125200型1台，流量200m3/h，电机功率30KW 。（2） 冷却水循环选用IS150-125200C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。4.3.4 管路选择（1） 冻结管选用898mm,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1m1.5m。（2） 测温孔管选用323.5mm,无缝钢管。（3） 供液管选用1.5钢管，采用焊接连接。（4） 盐水干管和集配液圈选用1596mm无缝钢管。（5） 冷却水管选用1334.5mm无缝钢管。4.3.5 用电负荷 总用电负荷约250kw/h。4.3.6 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。5 冻结施工5.1 施工准备（1） 用1.5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） 在旁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4cm6cm的木板在旁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1.5钢管搭建冻结孔施工脚手架。5.2 冻结孔施工5.2.1 冻结孔定位与管片开孔根据施工基准点，按冻结孔施工图进行冻结孔孔位放线，提请注意的是：孔位布置首先要依据管片配筋图和钢管片加强筋的位置，在避开主筋的前提下可适当调整，一般不应大于100mm。详见开孔措施，其中包括4个穿孔。（1） 在正式开孔前，利用检查孔，即隧道管片上的注浆孔钻38mm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130mm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)孔口装置安装：用螺丝将孔口装置装在闸阀上，注意加好密封垫片。详见如下示意图。图13 孔口装置示意图5.2.2 冻结孔施工顺序根据旁通道施工的孔位，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。5.2.3 钻孔偏斜和终孔控制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，相邻终孔间距不得大于1.0m，否则应补孔。冻结孔钻进深度应不小于设计深度，不大于设计深度0.2m（钻头碰到隧道管片者除外）。5.2.4 冻结孔钻进与冻结管设置（1） 钻孔设备使用MD-5钻机一台，配用BW250型泥浆泵，钻具利用898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。（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，30分钟允许降压0.05 Mpa，后稳定15分钟压力无变化者为试压合格。（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.5.2.5 钻孔质量控制程序图生产准备测量定孔位钻场施工安 装搬迁、找正正常钻进单孔完成调试安装测 斜纠 偏图14 钻孔质量控制程序图5.3 冷冻站安装5.3.1 冻结站布置与设备安装将冻结站设置在上行线隧道内，靠近旁通道位置，占地面积约80平方米，见图15，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。图15 冻结站平面布置图选用YSLGF-300型冷冻机组1套，当盐水温度为-26，冷却水温度-26时，其最大制冷量约为 87500kcal/h。冷冻机组电机总功率为110kw；选用IS150-125-200盐水循环泵2台（其中1台备用），流量200m3/h，扬程30m，电机功率30kw；选用IS150-125-200冷却水循环泵1台，流量200m3/h，扬程30m，电机总功率30kw；DBNL3-50型冷却塔2台，电机总功率6kw；设盐水箱一个，容积6m3；盐水干管和集配液管均选用1595mm无缝钢管，集、配液管与羊角连接选用1.5高压胶管；冷却水管用5焊管；冷冻板用1.5管加工；在冷冻机进出水管上安装温度传感器，在去、回路盐水管路上安装压力、温度传感器和控制阀门，在盐水管出口安装流量计，在盐水箱安装液面传感器；在配液圈与冻结器之间安装阀门二个，以便控制冻结器盐水流量；在盐水管路的高处安装放气阀；在去路盐水干管上安装单向阀；盐水和清水管路耐压分别为0.7MPa和0.3MPa；冻结施工冷却水用量为15m3/h，最大总用电量约190KW。 其它：冷冻机油：选用N46冷冻机油；制冷剂：选用R22制冷剂；冷媒剂：用氯化钙溶液作为冷冻循环盐水。盐水比重为1.2601.270。5.3.2 管路连接、保温与测试仪表管路用法兰连接，隧道内的盐水管用管架敷设在隧道管片斜坡上，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伸缩接头、流量计、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。旁通道主排冻结孔每23个一串联，其他冻结孔34个一串联。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。旁通道两侧管片保温：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，旁通道两侧管片内表面采取保温措施，以减少冷量损失。冻结孔施工侧即上行线，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。 下行线隧道，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板保温板对冻结帷幕发展区域管片进行隔热保温。上、下行线钢管片格栅内填满素混凝土（除欲拉开的管片外）然后再用PEF板保温板进行保温，对上下行线冷冻板施工中加宽到冻土设计厚度，保温区域如图16示。图16 保温板设置示意图5.3.3 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。5.4 积极冻结与维护冻结5.4.1 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。5.4.2 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：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。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。在冻结初期卸压孔是没有压力的，随着冻土的逐渐扩展，水分不断迁移，交圈后冻土形成一个封闭的土体，冻胀压力得不到释放而逐渐增加，它的外在表现即为卸压孔压力的增长。探孔测冻土帷幕温度和厚度达到设计值后，打开泄压孔确认无泥水涌出，并安装好防水门后，打开旁通道预留口的钢管片。开挖过程中，根据暴露冻土帷幕的稳定性，进入维护冻结，盐水温度不高于-20。在冻结效果达到设计要求时，对估算的上、下行线冻结帷幕边缘处进行探孔测温检测，探孔数量为上下行线各两个；深度为0.5m；测量温度应在0以下，方可进行旁通道开挖。旁通道开挖期间，在施工场地附近准备2罐液氮。盐水去、回路温差由于冻结帷幕交圈后需冷量较交圈前要小，因此冻结帷幕交圈前盐水去、回路温差要比交圈后大，不过此现象仅作为判断冻结帷幕交圈的参考。设计要求各冻结孔组的回路温差不超过1.2，盐水循环系统去回路温差不超过1。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。施工冷却水温度+23，以保证冷冻机的工作效率和制冷效果，使积极冻结盐水温度调整到-28-30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。停止冻结浇筑完混凝土内衬后停止冻结，进行自然解冻。冻结孔密封截去露出隧道管片的孔口管和冻结管，然后在孔口管管口焊接8mm厚的钢板。5.4.3 冻结及开挖技术控制指标（见表4）表12 冻结及开挖技术控制指标项目数值备注冻结帷幕厚度喇叭口1.6m根据测温孔推算通道1.6m集水井1.6m冻结帷幕平均温度-10用公式法或作图法得出盐水温度积极期-28-30用测温仪监测维护期-25-28盐水去、回路温差积极期2.51.0以内用测温仪监测维护期1.0以内冻结孔组1.2以内总流量盐水系统循环设计值5M3/H流量计卸压孔交圈前一般无压力通过压力表观测交圈后剧增至0.15 MPa0.3MPa附：主要地层冻结施工参数一览表(表5)表13 主要地层冻结施工参数一览表序号参数名称单位数量备注1冻结帷幕设计厚度 m1.6喇叭口开挖时1.7m2冻结帷幕平均温度-10取冻土抗压强度为3.6mPa3冻结帷幕设计交圈时间天204冻结孔个数个645冻结孔设计间距m0.30.7旁通道周边孔6终孔最大间距m1.0旁通道周边孔7设计盐水温度-28-30积极冻结期8冻结管规格mm89820#低碳钢无缝管9测温孔个数个8（暂定）13m10冻结深度m604含冷板100米11卸压孔（压力观测孔）个数个412m12最大总需冷量Kcal/h54858工况条件13施工工期天1005.4.4 冻结质量控制程序图充氟、试运转正常运转旁通道掘进拆 除冷却水供给冻结孔验收检 测生产准备基础施工安 装试压包扎冻结器安装设备试压图17 冻结质量控制程序图5.4.5 四方验收 在积极冻结维护以后，按照冻结施工参数一览表（表5）的参数值进行冻结效果的验收，在验收合格后通知四方单位再次进行验收，在四方单位验收合格后，方可进行开挖与构筑施工。6 开挖与构筑施工6.1 施工准备准备工作是整个工程施工进展顺利的前提和保证，具体工作内容如下：6.1.1 三通一平（1） 供水，将水管接送至施工场地，水量为15m3/h；排水，从旁通道口到地铁车站区间利用排水管路，水泵设在旁通道口附近，形成排水系统。（2） 供电，250kw电量接送至施工场地。（3） 井上、井下通讯联系使用内部专用有线电话。（4） 道路，能允许510t卡车进出施工场地，必要时应提供市内运输通行证。6.1.2 通风排水系统通风：采取用压入式通风系统，将风机和管路布置好，把旁通道施工区段附近隧道内混浊气体排送到地表或送至空闲隧道的远端。排水：从旁通道口到地铁车站区间布置一条排水管路，水泵设在旁通道口附近，形成排水系统，以备旁通道端口处集水、开挖构筑中产生的出水或涌水排放之用。6.1.3 端头井提升旁通道的开挖构筑施工井占用隧道的出洞端头井，进出车辆方便，有利于场地布置，且有盾构施工时建有的集土坑，所以施工材料、设备的下放及渣土提升采用汽车吊按施工的进度进行分次集中进行。为保证吊运安全，满足下放深度要求，拟采用25t汽车吊或行车提升。汽车吊停放于端头井地表，大型材料及设备直接吊放，零散材料、设备及渣土放入吊桶内吊放，为便于渣土的倾倒，吊桶加工成底小口大的梯形吊桶，吊桶体积1m3,吊桶由6mm厚的钢板加工而成。根据现场实际情况也可采用建筑用提升井架来对开挖及上下物料进行提升，设备使用前必须通过上海市机械检测中心检测。6.1.4 临时支护金属支撑架根据土体加固技术参数，土体压力等，计算、设计金属支撑架的材料、结构形式。临时支护支撑架验算当冷冻效果不理想时支撑架的受力较为不利，当冷冻完全失效时支撑架受力最大，支撑采用16工字钢，根椐支撑结构及水土压力上拱部受力最为不利，只要验算上拱部符合要求即可。喇叭口部位钢支撑最大间距按0.3 m计算。18.017.84.40.3=422.9KN 422.94.4=96KN/ m跨中最大弯矩M=160.24.42/8=232.6 KN. m Q=232.64.42=511.7 KN 5117002610=196 Mpa小于215 Mpa所以喇叭口部位钢支撑采用16工字钢，间距0.3 m是安全的。通道部位钢支撑最大间距按0.7 m计算。3793.20.7=981.6KN 981.73.2=306.7KN/ m跨中最大弯矩M=306.73.22/8=392.5 KN. m Q=306.73.22=490.7 KN 4907002610=188 Mpa小于215 Mpa所以通道部位钢支撑采用16工字钢，间距0.7 m是安全的。图18 通道支撑架结构示意图喇叭口、通道内为拱形金属支撑架结构，按两种断面尺寸加工，结构形式如图19、20所示。图19 金属支撑架结构示意图集水井部位为矩形支撑圈，结构及分段加工尺寸如右图所示。接头部位结构：如图20所示，连接板厚10mm，A3钢板与型钢焊接，螺栓取m1860。支架在地面预加工成型后，在工作面组装安设。图20 接头示意图6.1.5 隧道内工作平台搭设按旁通道出口尺寸及施工需要，工作平台由上下两层平台和一斜坡道构成。（1） 在旁通道开口处的隧道支撑架底梁上表面搭设中间工作平台，主要作为通道材料运输手推车换向之用，面积约为2m3.5m=7m2。（2） 在旁通道运输侧，搭设斜坡道与中间平台相连接，斜坡道高端宽约3m，坡长约18m，坡度以方便手推车运输为原则可以适当调整。（3） 在中间平台的另一侧搭设材料设备平台，为节省材料，平台面可低于中间平台0.3m，面积8m4.5m=36m2。平台梁可用长4.5m，间距为2m的槽钢，直接搭在砼管片上，台面用50mm厚木板铺盖而成。6.1.6 抢险物资的堆放为了应付冻结孔施工及开挖构筑过程中可能出现的突发情况，除了制订切实可行的应急措施外，施工现场需要堆放一定数量的抢险物资：应急沙包（5m3）、木楔（若干）、水泥（3T）、麻丝、木背板（3m3），以保证旁通道施工的安全。应急抢险物资应堆放有序，并设立醒目的标识牌，抢险物资应专项专用，不得随便挪用，并设有专人看护、保管，定期检查。6.1.7 钢管片接缝焊接将旁通道口部的钢管片之间（欲拉开的管片除外）接缝采用满焊的方式将每条拼装缝一焊接好，以提高其整体稳定性。注意事项：焊接前应首先对拼装缝进行除锈除垢处理，避免虚焊。焊接时，划分区域，采取对称方式焊接，以防止应力集中，引起钢管片变形。焊接材料选E4303型结构钢焊条，用手工电弧焊焊接。6.1.8 预应力支架及安全应急门安装开挖施工之前，需在通道开口处隧道管片开口环中不开口部位均匀设置不小于7个支撑点隧道支架，予以预应力支撑（支撑能力不小于500KN/点）适当焊接钢管片的环、纵缝，以减轻旁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，设计预应力支架，单个钢支架由圆形（或中部矩形）封闭钢支架、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（见附图：预应力支架简图）。安装方法：在区间隧道上上下行线旁通道开口两侧各架两榀，共四榀，两榀钢支架间距2m，并在旁通道两端沿隧道方向对称布置，两榀支架间用67mm67mm等边角钢搭焊组合。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。注意事项：架设时要有专人负责指挥，拼装时螺栓必须拧紧，高处千斤顶应固定在主架上，防止脱落。要定期检查千斤顶压力情况，发现松动等异常情况要及时处理。安全应急门是考虑开挖构筑期间，帷幕发生大量砂、水涌出，或位移变形超值，其它措施抢救无效的情况下，为确保隧道安全而使用的。根据结构施工图要求，设计安全应急门。安装要牢固可靠，安全门要满焊，焊接高度要大于10mm，门扇启闭方便。6.2 开挖 6.2.1 开管片在拆除钢管片开洞前，利用扭矩扳手将旁通道前后共10环管片的纵向和环向连接螺栓进行复紧，包括钢管片和砼管片间的连接螺栓，扭矩需达到300NM。此外将未拆除钢管片的环、纵缝进行焊接连接，提高钢管片门架结构的刚度和整体稳定性。焊接采用对称式焊接，以防止应力集中，引起钢管片变形。焊接材料选用E4303型结构钢焊条，用手工电弧焊焊接，焊接前应首先对拼装缝进行除锈除垢处理，避免虚焊。加固土体强度达到设计要求及准备工作就绪后开挖构筑工作就可正式开始，探孔后即可开管片。开管片前，首先准备2台5t千斤顶，5t和2t手拉葫芦各一个。（1） 开管片方法将两台千斤顶架在被开管片两侧，中间用一根型钢横梁同钢管片直接相连接，通过千斤顶顶推横梁向外顶推钢管片。操作时，要认真观察管片受力及位移情况，消除局部受阻因素，防止管片变形。5t葫芦作为辅助拉拔管片用，一端挂住欲拆管片，一端系在对面隧道管片上，水平方向稍加力向外（隧道内）拉拔管片，要配合千斤顶操作。2t葫芦悬吊在欲拆管片的上方，一端钩住欲拆管片，以防管片拉出时突然砸落在工作平台上（如下图所示）。（2） 注意事项在用千斤顶及5t葫芦拉拔期间要注意观察管片外移情况，并随时注意调整2t葫芦拉紧程度和方向。当拉拔困难时，应检查受阻原因并处理。如为管片锈蚀引起，则需用大锤锤振管片，以减少拉拔阻力。图21 开钢管片示意图6.2.2 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。根据工程结构特点，旁通道开挖掘进采取分区分层方式进行，其施工顺序如下图所示。图22 旁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（除喇叭口处侧墙和拱顶外）可以采用全断面一次开挖，开挖步距为0.5m，通道、集水井开挖步距为0.5m。两端喇叭