冻结法加固联络通道施工技术讲课[共71页]

1、,冻结法联络通道施工技术,中铁十七局集团上海轨道交通工程有限公司 2016年7月,目 录,前 言,地铁联络通道施工一般采用“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倾斜孔冻结加固地层，使联络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，然后根据“新奥法”的基本原理，在冻土中采用矿山法进行联络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。,冻结法的适用条件,冻结法的优点: 1 安全可靠性好,可有效的隔绝地下水； 2 适应面广。适用于任何含一定水量的松散岩土层，在复杂水文地质如软土、含水不稳定土层、流砂、高水压及高

2、地压地层条件下冻结技术有效、可行； 3 灵活性好。可以人为地控制冻结体的形状和扩展范围，必要时可以绕过地下障碍物进行冻结； 4 可控性较好。冻结加固土体均匀、完整； 5 污染性小。 “绿色”施工方法，符合环境岩土工程发展趋势； 6 经济上合理。 冻结法的缺点: 1 冻胀和融沉； 2 对土体加固为临时性质，不能长期起作用。,冻结法的适用条件,1、地下水丰富的软土或砂性土地层。 2、地下水流速不大于5m/d。 3、施工区域200m范围内不宜进行降水，如无法避免则必须充分考虑降水对冻结产生的不利影响。 4、土体结冰温度不小于-2。 5、施工范围内无可能影响土体冻结的地下热源。 6、土体要有一定的含水

3、量。 7、用其它施工方法扰动过的地层，须进行处理后方可适用。 8、有其他可能影响地层冻结或地层冻结可能严重影响周围环境的情况也不适用冻结法。,水平冻结法加固施工,冻结法施工流程,水平冻结法加固施工,根据住建部87号文要求，联络通道属于危险性较大的分部分项工程，需要进行专家评审。设计和施工方案必须邀请5名专家进行评审，设计方案评审通过后方可评审旁通道施工方案； 冻结孔按上仰、近水平、下俯三种角度布置在通道的四周，文天区间1#联络通道，左线隧道内冻结孔数47个，右线隧道内13个，共计60个(包括4个穿孔)；文天区间2#联络通道，左线隧道内冻结孔数59个，右线隧道内13个，共计72个(包括4个穿孔)

4、；,冻结方案的编制与评审,水平冻结法加固施工,冻结方案的编制与评审,水平冻结法加固施工,冻结方案的编制与评审,水平冻结法加固施工,（1）设计盐水温度为-28-30，盐水比重1.26-1.27。 （2）冻结孔单孔流量不小于57m3/h。 （3）集水井处冻结管设计成孔间距不大于1000mm，其他段不大于900mm，冻土发展速度取28mm/d，冻结帷幕交圈时间为20天，达到设计厚度时间为40天。 （4）设计积极冻结达到开挖时间为40天(按苏州轨道交通工程建设施工管理办法“3-5”控制标准,应增加5天,故积极冻结期为45天。具体积极冻结时间根据测温情况而定)， （5）联络通道维护冻结时间25天，联络通

5、道兼泵房维护冻结时间为30 天。,冻结参数,水平冻结法加固施工,由下式计算：Q=1.3*d*H*K 式中:H冻结总长度（含冻排管长度）； d冻结管直径；0.089 m K冻结管散热系数；250 Kcal/h 通过计算可得，文天区间1#联络通道需冷量为47434Kcal/h，文天区间2#联络通道兼泵站需冷量为59785Kcal/h。 根据需冷量设计，单个联络通道选用YSLGF300型螺杆机组1台套，另备用一台套螺杆机组，设计单台机组工况制冷量为87500 Kcal/h，单台电机功率110KW。,冻结需冷量,水平冻结法加固施工,1、冻结站配盐水循环泵选用IS150-125200型2台，其中一台运转

6、，一台备用，单台流量200m3/h，电机功率30KW。 2、冻结站冷却水循环泵选用IS125-125200C型2台，其中一台运转，一台备用，单台流量120m3/h，电机功率15KW。 3、冻结站冷却塔选用KST-80RT型2台，补充新鲜水15m3/h。 4、每个联络通道设计用电负荷均约为250kw/h； 5、冷冻机油选用N46冷冻机油。 6、制冷剂选用氟立昂R-22。 7、冷媒剂选用氯化钙溶液。,冻结系统辅助设备,水平冻结法加固施工,1、冻结管选用898mm，20#低碳无缝钢管，丝扣加焊接连接，单根长度12m。 2、测温孔管选用D323.5mm，20#低碳无缝钢管。 3、供液管选用483.5m

7、m无缝钢管，采用焊接连接。 4、盐水干管和集配液圈选用D1596mm无缝钢管。 5、冷却水管选用D1274.5mm供水钢管。,冻结管路组成,水平冻结法加固施工,冻结施工流程图,水平冻结法加固施工,冻结孔施工工序为：定位开孔及孔口管安装孔口装置安装钻孔测量封闭孔底部打压试验。 1、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，在避开主筋、管缝、螺栓及钢管片肋板的前提下可适当调整，冻结孔开孔位置误差不大于100mm。 2、在正式开孔前，利用检查孔，即隧道管片上的补浆孔钻D38mm小孔径探孔，检查地层稳定性。 3、开孔选用J-200型金刚石钻机，配133mm金刚

8、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。 4、在钢管片开孔前，要对开孔部分的钢格栅用速凝水混充填密实，然后再按照砼管片开孔方法进行开孔。,钻孔施工,水平冻结法加固施工,1、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。 2、集水井处冻结管设计成孔间距不大于1000mm，其他段不大于900mm，终孔间距允许偏差不得大于150mm

9、，当集水井处终孔间距大于1150mm、其他段大于1050mm时，必须加设一根冻结管。 3、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）。,钻孔施工要求,水平冻结法加固施工,钻孔施工,水平冻结法加固施工,钻孔施工,水平冻结法加固施工,钻孔施工,水平冻结法加固施工,钻孔施工,水平冻结法加固施工,1、总承包单位应在完成冻结管总数的1/3、2/3以及全部钻孔结束时分三次通知旁通道施工督查组开展冻结管测斜和试压验收工作，同时监理单位应会同总承包单位、专业分包单位，根据测斜结果，及时汇总所有冻结孔开孔位置和终孔间距以及各冻结管路试压情况，并形成汇总表，以便与旁通道督查组

10、测斜和试压结果进行比对，确保冻结管成孔间距、试压结果均满足管理要求，方可进入下步工序施工。 2、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以上，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。,冻结孔的验收,冻结施工主要施工设备,水平冻结法加固施工,冻结施工主要施工设备,水平冻结法加固施工,水平冻结法加固施工,冻结站设置在隧道内，单个冻结站占地面积约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。 1、冻结站应通风良好，采用冷却塔散热时，冷却站要加强通风排热，应安装轴流风机强制通风。 2、冻结站采用的设备、压力容器及管

11、道阀门必须清洗干净并经压力试验合格。浮球阀、液面指示器、安全阀等安装前应进行灵敏性试验。 3、冷却水使用自来水。 4、冻结站盐水系统的管路应采用低碳无缝钢管，弯头、法兰盘采用耐低温的碳素钢制作。,冻结站的安装,水平冻结法加固施工,5、盐水循环系统最高部位处应设置排气阀，盐水箱应安设盐水液面可视自动报警系统，干管上及位于配液管首尾冻结器的供液或回液管上，应设置流量计。 6、盐水管路系统必须进行压力试验，试验压力不得小于冻结工作面盐水压力的1.5倍。并持续15min压力不下降为合格。 7、冷冻站机充制冷剂前，制冷系统各部位必须进行试漏检验，高压系统14.61.8MPa，低压系统1.2MPa。 8、

12、冻结站管路密封性试验合格后，对制冷系统的低压、中压容器、管路及盐水箱、盐水干管、配集液管等必须按设计要求铺设保温层和防潮层，并对制冷系统按统一规定的颜色刷漆。,冻结站的安装,水平冻结法加固施工,冻结站的安装,水平冻结法加固施工,冻结站的安装,水平冻结法加固施工,1. 在充制冷剂过程中，制冷剂、盐水、冷却水系统应运转正常，盐水温度逐渐下降。 2. 配电系统应能连续正常供电。 3. 冷冻站内灭火器材、防毒面具、防雷装置、电器接地等安全设施应齐全。 4. 冷冻机易损件、仪表和冷冻机油均应有足够备用。 5. 备用发电机就位。,冻结站的运转条件,水平冻结法加固施工,1. 制冷剂、盐水、冷却水循环系统温度

13、、流量、压力应正常，经过37天盐水温度应逐渐下降并达到设计要求，各冻结器回液温度正常、基本一致，头部、胶管结霜均匀。 2. 制冷剂冷凝压力和蒸发压力应与冷却水温度、盐水温度相对应。 3. 冷媒温度比制冷剂蒸发温度应高57，冷凝温度应高于冷却水温度35。 4. 冷却水进出水温差宜为35。 5. 盐水去回路温差；积极冻结期宜为14；开挖期间不宜大于2。 6. 冷冻站应有运转日志。,冻结站的运转,水平冻结法加固施工,冻结指标,水平冻结法加固施工,冻结指标,水平冻结法加固施工,1. 在冻结壁附近隧道管片内侧应敷设保温层。保温层敷设范围不得小于设计冻结壁边界外2m。 2. 隧道管片保温层应采用导热系数和

14、吸水率小，阻燃性好的保温材料。导热系数应不大于0.04W/mh,吸水率应不大于2。可采用聚氨脂、橡塑、聚苯乙烯和聚乙烯软质泡沫等保温材料。保温层厚度不应小于30mm，在一般情况下可取3050mm。 3. 宜采用现场喷涂施工的聚氨脂发泡保温层。采用保温板材时，应采用专用胶水将保温板密贴在隧道管片上，板材之间搭接宽度不得小于150mm。,管片的保温,水平冻结法加固施工,1、在开挖期间不得停止或减少冻结孔供冷。如因施工需要停止个别冻结孔供冷时，应分析对冻结壁整体稳定性的影响，并制订相应技术措施，确保开挖与旁通道结构施工安全。 2、若在积极冻结期间发生短暂停冻，应按停冻时间的2倍相应延长积极冻结时间。

15、 3、旁通道主体结构施工结束后可停止冻结，拆除制冷设备和管路。,停冻,水平冻结法加固施工,1、停冻后应尽快割除隧道管片上的孔口管和冻结管，防止孔口管和冻结管周围冻结壁解冻漏水。混凝土隧道管片上割除孔口管或冻结管深度应进入管片不小于60mm。 2、应对遗弃在地层中的冻结管进行充填。充填时要排除冻结管内盐水。 3、充填冻结管材料应采用M10以上水泥砂浆或C15以上混凝土，充填冻结管长度应不小于管口以内1.5m。 4、钢管片上的孔口应焊接厚度不小于12mm钢板，然后按设计用混凝土填满钢管片格仓。 5、冻结管充填和封孔应有原始记录。,冻结管充填,水平冻结法加固施工,1、测点的布置应满足判断冻结壁形成质

16、量的要求。 2、在冻结壁最薄弱的部位应有测点。 3、温度测量精度应达到0.5，测温元件和仪器应经过标定。 4、测温管内安装测温电缆和测温元件后，管口应进行密封和保护，防止测温元件及电缆被移位，损坏。 5、在开始冻结前应测量原始地温。从开始冻结至试挖，所有测点温度应每隔1224h观测一次以上，在开挖和结构施工期间，所有测点每隔412h观测一次以上；停冻后至冻结壁全部融化期间宜每隔13d测量一次，监测点可以适当减少。冻结壁全部化冻后可停止温度监测。 6、在冻结壁解冻期间，可在旁通道内布置测温孔检测冻结壁温度回升和解冻情况。,测温孔施工要求,水平冻结法加固施工,1、在与旁通道相接的隧道管片上均必须布

17、置2个以上泄压孔。 2、泄压孔应布置在开挖区非冻土内，泄压孔应贯通开挖区内的透水层，并宜深入地层0.3m以上。 3、泄压孔孔径不宜小于38mm。泄压孔孔口应按安装压力表和用于泄水的旁通道和控制阀门。压力表的精度应达到0.02MPa以上。 4、在冻结站运转前，必须检测地层初始水压，并与泄压孔附近地水文勘察资料比较，发现异常必须查明原因并及时进行处理，确保泄压孔畅通。 5、冻结站运转前期，应每隔1224h观测一次。水压开始上涨后，应每隔612h测量一次以上。所有观测应有原始记录。 6、泄压孔水压上涨超过初始压力0.2MPa时应放水泄压，如泄压孔中有水成线流持续流出，应立即关闭阀门，继续观测。,泄压

18、孔施工要求,开挖施工时必须有可靠的电源，一旦发生断电，以最快的速度进行修复。另外，在开始冻结前，应强制要求分包单位进场备用发电机组，一旦发生停电且较短时间（12小时）内不能恢复供电，应启动应急发电机系统，并要求4小时内送至工地。 旁通道冻结补充水每天补充一次，断水24小时一般不影响冻结；冻结时可以保证清水箱充满水，另外在停水后，也可以从别处运水补充至清水箱或在车站端头井蓄水，以便紧急时抽水至清水箱，保证冻结系统的正常运转。,水平冻结法加固施工,旁通道断电和停水应急措施,矿山法开挖施工,应在开挖前5天按规定提请业主相关部门组织土方开挖节点验收，报经监理单位总监签发开挖令，进行开挖。 1. 按设计

19、要求安装隧道支撑和防护门。 2. 搭设开挖和构筑施工平台。 3. 施工材料与施工机具准备就绪。 4. 水、电供应能满足施工需要。 5. 按应急预案准备好应急材料与设备。 6. 周边环境监测监护实施到位。 7. 地面设开挖工作面的视频监测系统，并具备与冻结和开挖工作面的可靠通讯联络系统。,开挖条件判定,矿山法开挖施工,应急物资,矿山法开挖施工,应急物资,矿山法开挖施工,1、冻结开机前、冻结机组开机后15天、冻结交圈后、开挖节点验收前，由施工总承包单位牵头，联合专业分包单位、监理单位、土建部项目工程师、旁通道督查组进行现场测温确认。 2、在正式冻结开机后15天之内将预应力支架安装完成，并及时施加应

20、力，尽量减小因冻结而造成对隧道收敛的影响。 3、在组织开挖节点验收前5天，安装完成安全防护门，并对安全防护门的密封性进行试压验收，在不停止空压机情况下，压力保持在0.246 Mpa以上，视为合格。 4、开挖节点验收前，应确保冻结管路中盐水去、回路温差不大于2，盐水总去、总回路温度降至-28以下；如达不到要求，应延长积极冻结时间，隧道冻结区内严禁有积水。,开挖条件判定,矿山法开挖施工,安全门和预应力拱架安装,矿山法开挖施工,安全门和预应力拱架安装,矿山法开挖施工,在未冻结的开挖区中部开一试挖窗口，窗口尺寸不宜大于400400mm，开窗要逐步扩大。用锹、风镐等从试挖窗口挖深400600mm，检查土

21、体含水及稳定情况。若土体干燥、能自立，或者挖深至8001000mm无泥水流出时间持续24h以上。则可判定具备正式开挖条件。否则应回填、封闭试挖窗口，继续积极冻结，直至下次试挖满足上述要求为止。,试挖,矿山法开挖施工,试挖,矿山法开挖施工,1、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。 2、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。

22、3、拆除钢管片一定要注意施工人员站位，以免管片脱落伤人。,开管片,矿山法开挖施工,开管片,矿山法开挖施工,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，通道、集水井开挖步距为0.5m。两端喇叭口处断面较大，为减轻开挖对隧道变形的影响，开挖步距控制为0.3m。在开挖过程中，还要及时对暴露的冻土墙覆盖保温板进行保温。,开挖,矿山法开挖施工,1. 初期支护可采用由喷射混凝土、型钢支架、木背板和砂浆充填层组成的结构形式。 2. 初期支护钢支架可采用1822号工字钢等型钢制作，钢支架内侧净尺寸按旁通道结构轮廓外放2030mm计算；喷射混凝

23、土强度设计等级宜采用C15C20，厚度与钢支架型钢高度一致；木背板厚度可取3050mm；充填层可采用粗砂或水泥砂浆，厚度以30mm为宜。 3. 冻结壁暴露时间应控制在24小时内。,初期支护, 施工方法：新奥法的基本原理，短段掘砌、随挖随支； 支护方法：复合衬砌，临时支护+永久支护,矿山法开挖施工,初期支护,矿山法开挖施工,初期支护,矿山法开挖施工,初期支护,总施工顺序：,上部通道及喇叭口集水井,通道施工顺序：,通道底板侧墙拱顶,施工缝的处理：,设置橡胶止水条或止水钢板,二衬结构施工,二衬结构施工,防水层选用土工布加 EVA防水材料，铺设防水层前必须对初期支护大致找平，拱墙补喷找平，底部砂浆找平

24、，对外部的钢筋接头切除、磨平。上述工作完成，首先铺设土工布，然后在土工布上铺设EVA防水材料。防水板采用无钉铺设，衬垫为梅花形布置，间距：拱顶0.7m0.7m，边墙1.0m1.0m。 铺设防水层时应注意以下问题： 1、防水层铺贴应平整、牢固； 2、不允许在防水板上钉明钉，防水板接缝采用自动热融机进行双焊缝焊接； 3、防水板接缝搭接长度应为100，焊接宽度为10mm；,防水施工,二衬结构施工,防水施工,二衬结构施工,1、二衬结构层为C35P10现浇钢筋砼结构。为减少砼施工接缝，联络通道开挖及初级支护完成后，一次连续进行浇筑。 2、应在浇注完通道段衬砌混凝土且混凝土强度达到设计值的60以上后开挖集

25、水井。 3、应采取措施确保旁通道拱部混凝土浇注密实。 4、在模板验收时，一定要保证联络通道的中线位置、净空以及各个方向砼结构的厚度。,结构施工,二衬结构施工,钢筋施工,二衬结构施工,模板及砼施工,充填注浆和融沉注浆,1、停止冻结后37天内进行衬砌后充填注浆。注浆时衬砌混凝土强度应达到设计强度的60以上。 2、注浆宜按由下而上的顺序进行，当上一层注浆孔连续返浆后即可停止下一层注浆，直至注到拱顶结束。 3、为防止隧道管片及旁通道结构受到影响，拟选用小压力、多注次的方式；注浆压力一般为0.2 MPa0.5MPa。集水井部位注浆压力不得大于0.1MPa，通道部位注浆压力不得大于静水压力。 4、为增加压

26、浆的可注性，单液水泥浆或1：1水泥水玻璃浆液。 5、注浆孔宜在旁通道结构施工时预埋。注浆管预埋深度以穿透结构层为宜，布孔密度以1.52.5m2 /个为宜。,充填注浆,充填注浆和融沉注浆,1、停止冷冻后1015天开始融沉注浆，持续时间约4个月,融沉注浆应遵循少量、多次、均匀的原则。 2、一天地层沉降大于0.5mm，或累计地层沉降大于3mm时应进行融沉补偿注浆；地层隆起达到3mm时应暂停注浆。 3、根据温度场和地表沉降监测，冻结壁已经融化完毕，且实测地层沉降持续一个月每半个月不大于0.5mm，隧道最终沉降小于10mm，经四方（分包、总包、监理、业主）签字认证后，可停止融沉补偿注浆，注浆结束后，对注浆管进行封堵，并由人工修整管口与砌筑面齐平，融沉注浆结束后，要对旁通道结构渗漏水点进行彻底封堵。,融沉注浆,充填注浆和融沉注浆,注浆参数,监测要求,1、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，