盾构法隧道施工测量现场管理细则完整

1、盾构法隧道施工测量现场管理细则完整（完整版资料，可直接使用可编辑，推荐下载）盾构法隧道施工测量交底一、依据及学习内容1、 广州市珠江新城旅客自动输送系统土建1标段工程合同文件(JJJZ001)及图纸2、盾构法隧道工程施工及验收规程(DGJ08- 2331999)3、地下铁道、轻轨交通工程测量规范 (GB50308- 1999)4、 地下铁道工程施工及验收规范(GB50299-1999)5、工程测量规范(GB50026-93)6、建筑变形测量规程(JGJ/T 8 97)7、广州地铁三号线工程施工测量管理细则&控制测量学9、工程测量学10、土木工程监测技术11、TBM制导系统SLS-T用户

2、操作手册12、 广州市珠江新城旅客自动输送系统土建1标段盾构区间施工监 测方案13、 广州市珠江新城旅客自动输送系统土建1标段盾构工程施工测 量方案二、分工根据本工程的特点，测量组分隧道白班、夜班和地表监测三个小队，隧道白、 夜班各配4人，地表监测配2人，每个小队各有一个负责人，相应的计算、报 表由专人负责，各小队负责人复核后，由测量主管进行再次复核，详见下图。c测量主管隧道白班)C 隧道夜班)C 地表监测盾构工程测量监测人员分工及职责项 目主要内容频率需求人数分工地 面 控 制 测 量贯通控制导线测量1次/23月4人李彦卿、黄文、 吴振洋、黄传 东、廖伟东及两 名小工共需8 人。黄传东仪器管

3、理员陈晓锐 资料管理趋近导线测量1次/23月贯通控制水准测量1次/23月4人趋近水准测量1次/23月联 系 测 量定向测量贯通前4次4人传递测量贯通前4次3人地 下 测量施工导线测量60米一次4人施工水准测量60米一次2人施工控制导线测量200米一次4人施工控制水准测量200米一次3人盾构姿态测量1 次 /班 （2 次 /天）3人管（环）片测量1次/35环平面（4人）高程（2人）地 表、iT 沉 降 监 测基准点联测1次/23月4人郑建跃、陈晓锐及共需2人地表沉降点监测2次/天2人建筑物及地下管线监测2次/天2人三、主要测量工作（一）、地面控制测量巾、平面控制测量整个区间只有一个盾构隧道区段（

4、因为体育中心站是先隧后站），既林天 区段，故在横向贯通误差分析时，以林天区段（盾构区间的长度0。92km）进行估算。经初步测量设计和贯通误差估算后，决定采用电磁波测距精密导线 网作为隧道外平面控制测量方法，测量导线按四等导线精度要求进行2、高程控制测量地面高程控制网是在城市二等水准点下布设的精密水准网，常规水准测量 按城市二等水准精度指标要求，沿隧道线路走向布设成附合导线，将业主移交的 水准点 II 地 01、II 地 02、II 地 03 联系起来。（二）、联系测量 严格按照广州地铁测量管理细则进行联系测量工作，在盾构推进至规定距 离时，提前 2天通知项目部， 提前 1天做好联系测量辅助工作

5、 （如钢丝支架的安 装, 检查钢丝是否折、扭 , 井下稳定桶及稳定液的到位等） 。正常情况下，测量组 需要23天，业主测量队复检需要1天。（三）、洞内控制测量 洞内控制测量尽量安排在推进或停机时进行，避开与管片车进出时间发生 冲突，保证测量工作安全且最大限度不影响掘进生产 （ 测量控制导线一站的时间 为 50分钟，测量控制水准一站的时间为 20 分钟）。每周左、右线必须复测控制点一次，每月左、右线互换检核一次。每次延 伸控制点时，必须对现有控制点前三个点进行检测 .（四）、盾构、管片姿态测量与中控室取得联系， 提前 1 5分钟做好准备下井。 依现场情况采用管片姿态 一盾构姿态的步骤进行测量，管

6、片必须重合上次3环，检核与上次成果的互差。 测量时间控制在 30 分钟左右 . 现场记录必须完整、整齐，包括测量时间、环号、 里程、偏差等，记录本上严禁乱划乱写，保持整洁。（五）、地表及构筑物沉降监测每天至少监测一次 , 监测点和水准基点应提前 100 米布设在稳定牢固的地 方，并测出初始高程。沉降较大时必须及时向有关部门反映。（六）、竣工验收测量四、盾构工程测量主要技术要求1、各项检测的限差：错误!地上导线点的坐标互差 <± 12m;错误!地上高程点高程的互差 <±mm;错误!地下高程点高程的互差 <± 5mm;导线边的边长互差<

7、7; 8mm 错误!地下导线起始方位角的互差 <± 162、盾构掘进过程中的测量错误!掘进至50m处、200300m处和距离贯通面 150200m处分别 进行一次包括联系测量、地下导线及水准测量在内的检测；始发前 的联系测量必须观测3组独立成果。错误!每天掘进完后必须进行每一环管片测量(环心坐标和高程)，前后 相邻两次管片测量时应重合复测三环管片。环片平面和高程测量允 许误差为±5mm。错误!每天每班掘进前必须进行盾构机姿态测量。盾构机姿态测量误差 技术要求：平面偏差值和高程偏差值 ± 5mm纵向坡度 1%,横向 旋转角w± ,3切口里程±

8、; 10mm施工导线点直线段60米布设一个，曲线段布设在要素点和隔 40 米左右的整里程点，角度中误差 ± 6边长中误差 10mm施工控制 导线点直线段250米布设一个，曲线段布设在要素点和隔 100米左 右的整里程点，必须测左、右角二个测回，左右角平均值之和与360。较差小于6，边长往返观测各二测回，往返观测值平均值小于7mm; 在延伸施工控制导线测量前，必须对现有施工控制导线前三个点进行检测。3、贯通测量地面控制网测角中误差小于 2，边长相对中误差小于1/100000;联系 测量起始方位角中误差小于4；地下导线测角中误差小于3。4、控制测量错误!精密导线的主要技术要求导线 长度(

9、km)平均 边长(m)测角中 误差(”)测距 中误 差(mm)测距相 对中误差DJ2 测回数方位角闭合差(")相对闭合 差相邻点的 相对点位 中误差(mm)353502。561/60000651/350008水平角观测采用方向观测法，技术要求如下等级仪器 型号半测回归零差(”)一测回中2倍照准 差变动范围(”)同一方向值各测回较差(”)一级 及以 下DJ2121812DJ61824采用电磁波测距，技术要求如下:平面控制 网等级测距仪精 度等级总测回数一测回读数较差(mm)单程各测回较差(mm)往返较差一级II2< 10< 15-III4< 20< 30-错误!

10、高程控制主要技术要求高程控制基点采用II等水准测量由业主提供的控制点引测至施工区II等水准测量观测，技术要求如下:等水准视线前后视距前后视累视线离地基尺或辅基尺或辅尺级仪型长度较差（m积差（m）最低咼度尺读数较所测咼差较号(m)(m)差（mr）i差(mm)II等DS1w 601.03.00. 30.50。7五、测量仪器的使用与维护测量仪器是一种结构复杂、精度很高并且价格昂贵的仪器，如果仪 器损坏或发生故障，就会给工程带来直接影响，因此必须严格遵守 操作规程，正确使用，以养成良好的习惯，保证工程的正常施工，特 制订以下管理制度：1、对仪器性能要有全面的了解，掌握其操作要领，做 到“得心应手”最大

11、限度地发挥仪器的作用，每半年（或一 年）应送检（鉴定），控制测量，精密施工测量必须校准仪 器水平气泡（基座，镜杆，水准尺等水平气泡），水准仪必须 检查i角误差及自动安平情况;要对水准仪的I角进行定期检 测，洞内沉降观测时I角必须w 10；要对全站仪的2C值指标差进行检查；2、运输过程中必须注意防震，乘车上工地时，必须有专 人把仪器抱起，不得直接放在车厢里，长途运输最好装在原 包装箱内；3、迁站时，应取下仪器，装在仪器箱里；4、使用仪器时，仪器的望远镜不能直接对准太阳；5、仪器安置在三脚架之前，应检查三脚架的三个伸缩 螺栓是否旋紧，再用连接螺栓将仪器固定在三脚架上，然后 才能放开仪器；严禁在固紧

12、螺旋打开前旋转仪器；测量完毕后应 将仪器基准螺母调整至中间位置；6、在整个操作过程中，观测者决不能离开仪器以避免发 生意外事故；7、仪器应保持干燥,遇雨后应将仪器擦干，放在通风处， 待仪 器 完 全凉干 后 才能 装 在 仪器 箱 内，仪器 箱 同 样应 保 持清 洁、干燥,仪器箱内的干燥剂，每隔半个月应用烘箱烘干一 次；8、装箱时，应 先将仪器的电源关闭，然 后再取下电池;9、仪器应经常保持清洁，用完后使用毛刷或软布将仪 器上的灰尘除去; 测量仪器要凉干，钢尺、标尺、水准尺要清洗擦 干；10、镜头不要用手去摸，如果脏了,可用吹风器吹去浮 尘，再用镜头纸擦净；11、如果仪器出现故障,应及时与代

13、理商联系修理，决 不可随意拆卸仪器；12、棱镜应保持干净，不 用时要放在棱镜包内，避 免碰 坏;13、三脚架、塔尺、水准尺用完后，应除去灰尘，收 好 放好；14、电池充电时间不能超过充电器规定的充电时间,电 池如果长期不用，则一个月之内应充电一次；15、电脑、打印机用完后应关机，全 站仪、对讲机电池 充电时间不得超过规定时间；16、外出测量仪器及工具必须登记，回来后必须清点， 整理放好，其它部门借用仪器及工具必须 登记签名，归还必 须完好无损。17、建立仪器管理台账,记录每台仪器使用及维修情况六、 测量资料管理 与报表测量是工程施工中的一项重要环节 , 是保证工程质量的基本条 件，而测量资料就

14、是测量工作的基本依据，是测量施工的前提条件， 同时也是做好竣工资料的良好保证 , 所以它的管理和存档工作至关 重要,为了确保工程的顺利施工，保证施工进度，必须加强测量资料 的管理工作，特制定测量资料管理制度。1、所有测量资料必须有原始记录（记在记录本上 ） ，整理成表 格形式手写一份 ,打印一份， 签字确认后复印二份。手写一份和打印 原件一份交测量队资料组存档， 复印一份交资料室备查 , 复印一份留 测量组保存备用，同时做好发文登记。2、做到当天外业测量资料，当天晚上整理，完成后一个星期内 交测量队资料组归档，同时有文件交接手续。3、测量资料必须有计算人、复核人签字 , 两人必须独立计算， 直

15、至结果一致 , 签字确认后交测量队资料室， 测量主管审核后签字确 认。4、上报资料必须经监理抽检合格或签字确认，才能归档。5、打印资料必须校核 , 确认准确无误 , 才能归档。6、所有测量原始记录必须详细、真实、清楚，没有涂改。若记 错，必须划后重新记录。同时测量人、记录人须签字确认 , 地点（或 桩号、分项工程名称） ，天气情况，气温 , 气压，仪器型号，仪器高， 镜高，测站、后视点名称等内容都须详细记录下来。7、内业必须认真负责 , 做到准确、清楚，符合资料室的规定。8、内业资料在电脑里必须有备份文件。9、资料柜文件盒必须写好标签，按名称分类保存。10、现场控制测量时，必须采用对应的外业记

16、录手簿，内业整 理的成果必须集中记录在一个本子上，写明日期、点号、角度、距 离等；日常盾构、管片姿态测量记录在专用记录本上，格式要规范； 每日报表要复核 , 并留底，每月整理汇总。冻结法加固应用于盾构隧道施工浙江大成建设集团 章履远由于搅拌桩、 注浆、 高压旋喷等土体加固方法存在土体加 固不均，可能存在局部薄弱带而不能封堵具有压力的地下 水。而采用冻结土形成的冻结帷幕， 其冻土墙均匀性好、 强 度高（大于3MPa）。尤其是冻结体与井壁能做到无缝对接，可保证滴水不漏。 因此， 大直径的泥水平衡盾构大多采用冻结 法加固技术。 大直径泥水平衡盾构使用最多的是日本， 其进 出洞土体加固大多采用冻结法

17、.1995 年，上海延安东路南线隧道， 11。 22m 泥水盾构 ,当 时始发井采用水泥土搅拌桩加固 ,盾构出洞始发 ,因覆土浅产 生冒浆而不能建立泥水平衡 ,影响了 3 个月工期后，最后改 用冻洁法加固土体取得成功 （国内第一次） 。从 2001 年以来， 上海的泥水平衡越江隧道，如大连路隧道、复兴东路隧道、 翔殷路隧道、上中路隧道等都采用了冻结法加固取得成功 . 因此 ,掌握冻结法施工技术对隧道工作者来说,也是必不可少的工作。然而 ,冻结法施工最大缺点是施工成本高，冻融隆沉大， 应该懂得采取相应技术措施。 下面就来谈一谈冻结法的施工 和用冻结法施工的成功案例。、冻结法施工技术1、概况：冻结

18、法是利用人工制冷技术使地层中的水冻结， 把天然岩 土变成冻土，从而增加岩土的强度和稳定性,隔绝地下水与地下工程的联系， 以便在冻结壁保护下进行隧道、 竖井、 地 下联络通道和其他地下工程的开挖与施工的一种特殊施工 技术。其实质是人工制冷技术临时性改变岩土的状态以固结 地层.冻结法施工技术在矿井建设、地基基础工程、水利工程、 河底隧道、 地下铁道和其他地下工程中， 当遇到不稳定地层 或含水量丰富地层、 裂隙岩层等， 只要是地下水含盐量不大， 且流速慢 (6m/d) 都可以采用冻结法固结地层，完成地下工程 施工.英国人和德国人早在 1862 年、 1883 年利用冻结技术完成 建筑基础、煤矿深井施

19、工 .1886 年、 1906 年瑞典和法国用冻 结法施工人行隧道， 穿越河底地铁工程。 前苏联、 日本也在 20 世纪 70 年代用冻结法施工地铁隧道，排水管等。据不完 全统计已有数百项工程用冻结法来完成工程施工。我国从1955年1999年在煤炭系统，利用冻结技术，建 设煤矿竖井近 500 个，总长达 70Km, 最大冻结深度达 435m。 随着冻结技术不断发展，水平冻结、斜井冻结也取得成功 .近年来 ,随着地下工程日益增多，特别是地下铁道建设兴 起,冻结技术开始应用于城市地铁工程的隧道施工。北京、 上海、广州已分别采用了垂直冻结、 水平冻结技术完成了多项地下工程岩土冻结常采用方法叫间接冻结

20、法-低温盐水法。其原理是以氨、 氟利昂等制冷工质， 经过压缩机对工质压缩成高温 液态， 经冷却后到蒸发器膨胀汽化， 在交换器中吸收盐水中 热量，负温盐水作为传递冷量的媒介.把冷量传递给需要冻结的岩土层 ,达到冻结局部岩土目的。这种冻结方法由三大 循环系统构成。 氟利昂（或氨）循环系统 盐水循环系统 冷却水循环系统从而获得20 C35 C左右的低温盐水，用以冻结岩 土。还有一种方法为直接冻结法液氮法。液氮在1个大气压下的蒸发温度为-196 °C。当要冻结的 土体不大，或抢险堵水的紧急情况下，可用液氮冻结技术， 达到快速便利的优点。且液氮冻结设备简单 , 只要液氮槽车输送液氮到液氮储罐

21、内，再通过液氮输送管输送到冻结器（冻结管 ） ，再把汽化 氮气排出， 即达到冻结目的。 该法施工简单， 唯施工成本高 于盐水法。 （图 1）2 、盐水法冻结的原理和工艺：自由水冻结过程：岩土中的自由水的冻结过程可划分为5 个时间段（图2） 冷却段：开始向土层供冷，土体温度逐渐降到冰点； 过冷段：土体温度达到 0OC以下，但土中自由水尚未 结冰，呈现出过冷现象； 突变段：水过冷后，一旦结晶就立即放出结冰潜热， 出现升温现象； 冻结段：温度上升到接近 0O C时稳定下来，自由水开始 结冰过程，将土体颗粒胶结成整体 ，形成冻土； 继续冷却段：随着温度降低，冻土的强度逐渐增大。冻结加固岩土的特点： 强

22、度高：冻结后地层的抗压强度明显提高，可达到210Mpa。各种土层其强度是不一样的；冻土瞬时极限抗压强度参考值（MPa温度砂砂土粘土-20 C4.83.81.7-40 C7。86。82.7-60 C10。09。03。6-80 C12.011。04。5-100 C13.812。55.4-120 C15。113。8-140 C16。0般而言，土体中含水量越高，其冻土强度越高 封水效果好：可保证不漏、不渗 ，在无水条件下工作； 适应性强： 适用于一切含水、 尤其是含水量大的地层。 无 论是砂土、粘土、软粘土，以及其他方法无法施工地层； 支护性能好：冻结体为一完整的支护体； 安全性好 :由于冻结体为一个

23、整体，在冻结体的遮护下， 可保证隧道掘进的安全施工 ; 灵活性好： 可人为冻结任意需要的形状， 可绕过障碍物进 行冻结； 环境保护好：因为冻结是一个临时措施，先将水结成冰， 工程完成后又恢复到原来状态 ,对环境不造成污染 .冻结工艺： 冻结施工的三个阶段：a、积极冻结阶段一在施工地层中开始冷冻，并将地层中的冻结壁扩展到设计厚度的工作阶段；b 、维护冻结阶段维护施工需要的冻结壁厚度，以满足 地下结构施工的正常操作；c 、解冻阶段地下结构施工完成 , 停止制冷 , 地温恢复原 状阶段。 冻结施工的四大工序：a、冻结站安装：冻结站的位置必须满足供冷、供电、供水、排水都比较方便的地方， 还要兼顾到井口

24、、 洞口施工时材料， 施工器材进出方便 . 一般而言，冻结站设在距井口 3050m 距离为好 . 冻结站安装工序见图 3.b、钻孔施工：即冻结孔的钻孔和观察孔的钻孔。冻结孔是用来安装冻结管的。 冻结管的作用是： 管体置于地层钻孔内 , 用来输送低温盐水与地层直接进行热交换， 使冻结管周围的 土体温度降低 ,自由水冻结，形成有足够强度的冻结壁。冻结孔采用钻机完成 .过去，钻孔完成后需撤出钻杆 ,换装 冻结管。 现在 ,采用特别的专利技术可以做到不必取出钻杆， 钻杆直接用作冻结管。冻结管一般选用直径127mm139mm 壁厚510mm的钢管，目前常采用 127mnX 7.5mm 的无缝钢管， 也可

25、以根据地下工程实际情况减小冻结管的直 径。冻结管的构造可见图 4 所示：冻结孔大多分布在冻结壁的设计中心线上 , 用来安装冻结 管，其孔径、间距和设计倾角依地层的土质、水文条件、工 程要求而定。 钻孔容易发生偏斜， 特别是水平钻孔和斜向钻 孔，发生偏斜，对冻结效果影响很大， 对地下工程的施工也 有一定的影响。 为保证施工质量， 避免对相邻建筑物造成损 害和减少地面沉降， 对孔的允许偏斜率要求较高， 钻孔的偏 斜率一般小于5 %o。除了冻结孔之外， 还要安设计要求钻观察孔， 用于安装温 度传感器、 土压传感器、 土层位移传感器和孔隙水压力传感 器等。c、地层冻结：一挨地层开始冻结，就要求以最快速

26、度达到 设计所要求的冻结厚度， 称为积极冻结期。在此期间应保证 冻结站正常工作。最好选在冬季，以求提高冻结站的制冷效 率。当然要勤观察冻结温度，注意盐水循环是否正常。冻结壁的厚度既要满足强度要求，又要满足变形条件要 求。通常由计算确定。根据已有的工程经验， 在城市浅土层 下施工时，冻结壁厚度主要受埋深和地面荷载状况的影响， 常在1。2mr- 2。Om之间选用。冻结前，同一深度的地层具有相同的原始温度。冻结开始以后，在冻结管周围产生降温区， 形成以冻结管为中心的冻 结圆柱，并逐渐扩大直至与相邻的冻结圆柱连接成封闭的冻 结壁。冻结壁的交圈时间主要与冻结孔的间距、盐水温度、 土层性质、冻结管直径、地

27、层原始温度等因素有关.根据试验资料看出：交圈时间随着冻结孔间距的增大而延长，随着 地层土体颗粒的直径的增大和冻结管直径的加大而缩短.下表可作为参考：冻结壁交圈时间参考表冻结孔间距(m)1.01。31。51。82。02。32。52.83.03。33.5冻结 孔交 圈时 间(d)粉细砂101522354459678294114128细中砂9。51421334255647889108121粗砂8.5131930374957708097109砾石8121828354654667591102砂质粘土10.51623374661708699120134粘 土11。517254051677794108131

28、147钙质粘土12182642537080981131371540注：盐水温度为25 C;冻结管直径为159mm冻结壁交圈以后，相邻冻结圆柱体的相交界面的温度会在 冻结的过程中继续降低 ,该部分的冻结壁厚度会逐渐增大。 冻结管中心温度最低， 逐渐向冻结壁边缘升高 ,见图 5 所示。d、地下工程掘进施工：积极冻结阶段完成后应立即进入地 下工程的掘进施工 .掘进施工应注意各工序的合理衔接，以 最快的速度完成地下结构的施工。 因为无论是积极冻结还是 维护冻结 ,每天的电能消耗是可观的。经过积极冻结、维护冻结两个阶段 ,完成地下结构物的施 工以后 ,冻结站可以停止工作 .冷量的供应停止后，地层温度 会

29、自然升高，冻结壁会自然解冻。根据试验资料,砂性土体由停冻到冻结壁开始解冻的时间约为8090天，而粘性土层从停冻到冻结壁开始解冻的时间为90110天。3 、冻结法施工的设备：制冷设备： 制冷压缩机 : 我国冻结法施工所使用的制冷压缩机主要有 活塞式和螺杆式两种。 以氨为制冷工质的制冷机常采用活塞 式压缩机。活塞式压缩机按制冷能力可分为：小型机：功率小于 60KW；中型机：功率介于60KW至 600KW之间；大型机 : 功率大于 600KW.活塞式压缩机按其气缸中心线的位置又可以分为卧式机、 立式机、 V 型机和扇型机等 冷凝器和蒸发器： 冷凝器和蒸发器是完成制冷循环所必须 的辅助设备。 它们的换

30、热效率直接影响冻结站的技术经济指 标。蒸发器由置于盐水箱中的多组金属管组成。 在制冷循环中 压缩后的液态工质 （液态氟利昂或液态氨） 在蒸发器中蒸发， 变为饱和蒸气， 同时吸收周围管路中盐水热量， 形成低温盐 水.冷凝器是一个装有多组冷却水管的密闭筒体，高约2m-3m直径1叶2m。冷凝水从筒体内的冷却管通过，使筒内 的过热氟利昂或氨的蒸气冷却而形成气态和液态混合物。 盐水循环设备： 盐水循环系统的作用是将通过蒸发器得到 冷量的低温盐水输送到需要冻结的地层中的冻结器， 并将吸 收了地层热量的升温盐水通过管路回到蒸发器， 以完成利用 盐水作介质的热交换循环。盐水循环系统主要设备有盐水泵、 盐水干管

31、、 配液及集液 环、冻结器等。在一般保温情况下， 冷量损失约占冻结站总 制冷量的 20- 25，所以为降低能量消耗、盐水循环系 统应有良好的保温措施。 配液器和集液环设在冻结工作面附 近，使去、回盐水管路阻力相等，配液均匀。冻结器由冻结管、 供液管、 回液管组成， 冻结管常用直径 127mm或139mm的无缝钢管制成。而供液管可采用直径 50m叶60mm塑料管或橡胶管。（图4）移动式制冷机组： 随着城市地下工程中采用冻结法施工越 来越多，在每个工作现场建立冻结站相当繁锁 . 为方便工程 使用，近来， 已研制了可移动制冷机组。 将制冷机、 冷凝器、 蒸发器、盐水泵、 电控柜等配置在一个底盘上。

32、只要用平板 车拖到现场，只需在现场增设盐水箱 , 安装盐水循环泵，接 上电源、冷却水源后即可投入运行。大大方便了现场施工。4 、冻结法施工的监测：冻结法施工是包含多工种的复杂 施工过程， 地层温度场控制、 制冷量控制、 现场水文地质条 件的不确定性、 以及暗挖工程自身所包含的信息化施工因素 等，都使量测监控工作成为冻结法施工中不可缺少的重要环 节。冻结法施工过程中，有以下几方面量测监控工作： 钻孔质量检测： 钻孔的平面位置或垂直距离 （斜向或水平 钻孔）及钻孔的垂直度或水平夹角 （ 斜向或水平钻孔） 。用激 光定位法确定孔位， 用陀螺议检测孔的倾角。 这一工作相当 重要，要随时纠偏； 冻结设备

33、工作情况监测： 冻结设备在冻结施工期间必须安 全正常运行。监测内容包括 : 机组运行电流和温度、系统供 冷监测、冻结器工作状态监测等； 地层温度场监测： 冻结地层温度分布、 冻结壁部位温度观 测、开挖断面上土体温度观测、 初衬浇筑时断面壁温度观测 等。这些部位温度观测数据是确定制冷量是否足够， 施工是 否安全的重要保证 . 观测方法常采用地层中钻孔预埋传感器 必要时在关键点补充埋设测温点； 土体位移和地层压力监测： 地层中的自由水会在土体内引 起附加应力和位移 , 当地下开挖掘进时也会使冻结土层内应 力发生变化， 为确保施工安全， 需要用测斜议、 分层沉降议 观测地层的水平位移， 重要部位地层

34、应埋设压力传感器进行 观测， 以防冻土崩塌、 冻结管折断、 地下水喷涌等意外事故 出现； 地表位移及邻近建筑物地下管线变形观测 : 在浅层土中， 土层的冻胀融沉和暗挖所引起的地层沉降较为明显。因此， 冻结法施工全过程必须对地表的隆起、沉陷 , 邻近建筑物的 沉降进行连续观测， 以合理调整冻结和开挖方案， 最大限度 减少对环境影响 .4 、冻结法施工其他注意点： 地下水质对冻结效果影响 : 当水中含有一定盐分时，水溶 液的结冰温度就要降低。 因此,采用冻结法时 , 测量地层水溶 液的低温冰点是必须的 , 以确定冻结法施工方案的冻结温 度； 地层含水率和地下水流速：只要地层含水率大于10%地下水流

35、速小于 6m/d，冻结壁就可以形成。但地层含水率小 于 10时 , 冻结壁难于形成。 当地下水流速过大而影响冻结 时，应采取措施。如加大制冷功率、降低冻结温度、加密上 流区域冻结管分布密度或采取注浆等方法封闭土层孔隙 , 以 减缓地下水流速完成冻结； 冻胀融沉对环境影响 : 地层中的自由水结冰后 , 体积会增 大约 9.07 ，土中自由水要迁移。而冻结地层解冻后，土 体中的冰会融为水，体积要减少，自由水也要迁移 . 在砂性 土地层中孔隙水移动很快完成, 土体冻胀融沉影响相对较小。而在粘土或淤泥质地层中 , 自由水的移动很困难，所以 粘土或淤泥质地层中冻结壁在冻结过程中要产生比较明显 的冻胀，在

36、解冻过程中要产生明显的融沉。因此 , 在该土层 施工中当采用冻结法施工地下工程时 , 由于冻结使地面上 升，由于解冻使地面下降 , 从而造成建筑物和地下管线危害 必须充分考虑并采取相应措施； 冻土壁蠕变的影响： 冻土是一种弹塑性的粘滞体， 在持久 外荷载作用下 , 会产生塑性变形并引起应力松驰 . 因此在冻 土面开挖和开挖面暴露时间过长都必须考虑冻土壁的蠕变 对开挖安全性的影响； 低温环境对混凝土浇筑影响 : 地层温度降低在一定程度上 延长了混凝土的凝结时间。为保证结构混凝土的正常养护， 常采取加热骨料、加热水搅拌、添加外加剂等方法解决 . 但 也应考虑水泥水化热对冻土壁融解不利影响。 可以采

37、取隔热 措施。其实， 冻结法施工的理论并不深奥， 但成套的冷冻设备、 熟 练的操作人员、丰富的施工经验却是短时间内难以形成的。采取与社会上有相当资质的专业冻结法施工队伍合作，并在合作的过程中注意学习和积累，以便尽快掌握应用二、冻结法施工的实际应用举例：A 进出洞：冻结法加固出洞段土体，使土变成冻土结构 承受周围水土压力，然而凿除洞门，待盾构刀盘顶上冻土体后，强制解冻拔出盾构推进范围内冻结管，盾构进入正常推进作业。I、上海大连路隧道： 大连路隧道采用11.22m泥水平衡盾构，开洞直径为II. 6m，始发覆土厚度为10。m工作井洞口底深 21。6m洞口处土层为灰色淤泥质粘土 ，灰色粘土和暗绿一草黄

38、色粘 土。地下水位约在地表下1m。 冻结加固计算：采取板状冻结加固方式。 该出洞口冻结加固体， 其承受的 荷载、计算模型及冻结管布置的示意图如图5所示。应用重液理论计算水土压力，其出洞口的水土压力为：P = 0。013H= 0.013 X 21.6 = 0.279Mpa加固体为整体板块而承受水土压力，运用日本计算理论计 算加固体的厚度h=： kp D2/4 a 1/2，数据见下表：冻土平均冻土弯拉水土压力加固体开挖系数安全系计算加固温度c 0强度aP内直径D3数k体厚度h101。 8Mpa0.279Mpa11。 6m1.21.53。06m园板中心所受最大弯曲应力计算为：a max= p （1/

39、2 D） 2 （3 +卩）/16 6/h 2,结果见下表:水土压力加固体开挖冻土泊松计算加固计算得加固体最冻土弯拉安全p内直径D比 1体厚度h大弯拉应力b max强度b -10c系数k0.279Mpa11.60,m0.353。 06m1.26Mpa1.8Mpa1.43沿工作井开洞口周边验算加固体剪切应力Tmax= p D/4h,计算结果见下表：（安全）水土压力加固体开挖内冻土抗剪加固体厚剪切应力p直径D强度T - 10c度hT0.279Mpa11.60 , m1.5Mpa3。06m0。26Mpa 冻结加固范围洞口冻结加固体计算厚度3.06m,取3。1m采用垂直冻结,冻结宽度17m隧道两侧各 2

40、。5m,冻结深度自地面下 7.3m24m。为增加泥水盾构初始掘进的安全，再在整体冻 结体外，离洞口 3。1m10m加拱形顶棚保护，冻结加固长度 7m拱棚最小厚度2。5m总体冻结长度10m,见图6、图7 所示：2002年3月，大连路隧道11。22m泥水盾构顺利始发。2003年和2004年上海复兴东路隧道和上海翔殷路隧道的泥 水盾构也采用冻结法加固洞口土体实现安全始发。2005年上海上中路隧道14。87m超大直径泥水盾构又采用了冻结 法加固方案取得成功。2、上海上中路隧道 概况：上海上中路越江公路隧道为双管双层双向4车道越江公路隧道 . 采用超大直径泥水平衡盾构，外径14。 87m，盾构长17。6

41、m。出洞口中心标高一11.35m，洞口地面经垫 高后标高为4。9m。盾构出洞工作井槽壁上破洞口径15。2m.场地地势平坦， 无永久性建筑物和市政管线。 上层土为褐 黄- 灰黄粘土和灰色粘质粘土 , 洞门口为淤泥质粉质粘土、 淤 泥质粘土、粉质粘土，洞门下为砂质粘土和粉质粘土。2005年7月冻结系统安装，8月10日开始冻结，10月28 日盾构出洞， 11 月 18 日盾构推出冻结区，冷冻机组停机， 冻结工期共 100 天。 冻结设计： 设计方案应考虑到 : 洞口土体稳定和不透水性； 泥水盾构的压力泥浆不上窜、 不流逸； 盾构机出洞后在封堵 洞门时盾构刀盘前土体稳定； 具有动态的温度、 变形和压力

42、 监测； 冻结过程应具备吸收变形和调节、 减小外载和冻胀力 的手段。据此，冻结设计采用二个冻土板块 , 一是位于洞口前的冻 结板块 , 在盾构机出洞时起抵御水土压力、土层塌落和防止 泥水涌入工作井的作用； 二是位于盾构机完全出洞后的刀盘 前,保证封堵洞口施工时盾构机停滞时前方土体稳定的后冻 结板块；在二个冻结板块之间为冻结棚拱 , 以保证盾构机进 入正常推进前建立压力泥浆系统，进入正常工况 . 见图 8 图 9 示意。经计算（计算方法同大连路隧道）：a、前冻结板块厚度:前冻结板块开洞口底缘深为23.85m。据重液公式： p =0.013h = 0.310Mpa。根据日本经验公式计算加固体厚度

43、h =:k B pD2/4 a 1/2,得到冻土设计厚度 4。2m,取为4.3m。b、 冻土棚拱确定 : 冻土棚拱在两冻土板块之间 , 拱基与盾构下 口齐平，从洞口到洞外 11。5m,可使盾构机尾部全部脱离密 封圈 . 冻土棚拱可看作在深度上受不均匀压力作用的圆拱 , 通过解二次超静定得到截面上的轴力和弯矩， 再应用曲梁理 论求得截面应力， 并以此确定冻土棚拱的厚度。 经计算棚拱 冻结壁厚度1。5m时最大拉应力 1.393Mpa、厚2。0m时最 大拉应力为 0.869Mpa、厚2。5m时最大拉应力为 0.693Mpa。 为安全计，决定棚拱设计厚度取 2。5m.c、后冻结板块厚度： 后冻结板块是

44、保证封堵洞口施工盾构机停滞时前方土体的 稳定 , 只要设置单排冻结管使冻结壁达到一定厚度即可。在 单排冻结管作用下，按冻结发展速度25mm/d计算，盾构完全 出洞进行洞口圭寸门施工时，厚度可达1。54m,满足要求。 冻结管布置：整个冻结区域共布置冻结孔11排，14排为前冻结板块冻结孔， 孔深27.0m,5.8m27。0m局部冻结； 510排为棚拱区冻结孔，孔深从长8。8m弧线变化到24.2m, 局部冻结深度由 5.8m8。8m变化到5.8m24.2m； 第 11 排冻结管为后冻结板块，冻结管深 24 o 2m,局部冻结从5。 8m24.2m。共205个冻结孔。见图10示意。前冻结板块内在盾构出

45、洞前需要拔除的冻结管选用 127mnX 6。0mm 20号低碳钢无缝钢管，不需要拔除的冻 结管用127mn¥ 5mm 20号低碳钢无缝钢管，考虑到封洞 门时间较长，后冻结板块用159mm< 6mm 20号低碳钢无缝钢管，以满足冻土体与冻结管共同受力作用。 冻结施工 : 原计划前冻结板块和棚拱均分二次冻结，以减 小地面冻胀融沉， 后因地面无重要建筑物和管线， 采用前冻 结板块一次冻结， 冻结 30d 后再开始冻结棚拱区。 洞门连续 墙凿除，根据冻结壁发展厚度，分层分阶段凿除。 监测：施工中进行了以下内容的监测：盐水温度、冻土温度、冻胀压力、地表变形、土体分层变形、冻土对槽壁冻胀

46、压力、槽壁顶端位移、土体水平位移、槽壁水平位移等。冻结区内共设测温孔 14 个，测压孔 4 个, 土体分层变形孔5 个，土体位移孔 2 个, 并在洞门槽壁内设槽壁位移孔 1 个, 冻胀压力孔 5 个 .监测表明：冻结初期热负荷较大，盐水去回路温降23°C,35d后当冻土交圈后热负荷减小，盐水去回路温差降到TC； 土体压力变化是顶部大、深部小的变化趋势，当 冻结第 10 35d 交圈期， 土体应力发生突变， 分析为大量水 分冻结，体积急剧膨胀所致。 交圈结束反而略有减小； 最大 冻胀压力为丫4孔8m深处,达3.25Mpa;地面冻胀最大值为12mm左右。根据以往经验，融沉值将超过200m

47、m以上 ,为防止融沉过大造成管片变形过大， 采取强制解冻注浆加固冻结 土体。B 、联络通道：联络通道采用地面加固地层方法主要有 : 三重管旋喷、 深层搅拌、 垂直冻结。 这些方法需要占用较大 地面施工场地， 在市中心或过江段就没法做。 采用水平冻结 技术与暗挖施工能完成联络通道地下施工。联络通道水平冻结暗挖施工技术施工要点为： 地层冻结 加固与开挖均 在隧道内进行 ，冻土单轴抗 压强度要达 45Mpa冻结壁厚度均匀，地表隆起或沉降不超过30mm隧道最终位移不超过 10mm通道冻结壁设计为矩形，冻 结与开挖在一侧隧道内进行 （ 为处理冻结壁与对侧隧道管片 间的薄弱点 , 可在对侧隧道管片内侧敷设

48、冷冻板 , 以增加冷 冻效果）；对冻结过程进行严密监测，在冻结壁内布置测 温孔和压力释放孔 , 以测定冻结壁厚度和冻结壁是否交圈 ; 通道开挖采用钢支架背板临时支护 , 人工进行开挖 ; 控 制地表沉降和隧道变形是冻结法施工的关键点 , 冻结设计中 的泄压孔和采用注浆方式补偿冻结壁融沉是必须的 .1 、水平冻结法在上海地铁 2 号线运用：上海地铁 2 号线九 座联络通道，有四座采用水平冻结法加固 : 杨高路站中央 公园站，江苏路站中山公园站，静安寺站石门一路站， 河南路站 - 陆家嘴站（黄浦江中） .冻结壁设计： 确定在一条隧道内施工冻结孔， 并成放射状 布置，集水井土层加固用冻结孔成向下倾斜

49、状见图示：冻结孔控制间距为 900m叶1100 mm经计算，冻结壁厚度 1。2m- 1。5m用于黄浦江联络通道的冻结壁厚度为1。5m（实际冻结壁拱部和底部厚度要大得多） . 再用有限元法计 算冻结壁的内力， 得到冻结壁薄弱处的应力和安全系数分别 为：侧墙中点附近外侧最大受压 1。45Mpa安全系数3。1 ； 顶板中点外侧受压1。02Mpa,安全系数4。4。 冻结壁交圈：按计算冻结壁交圈和达到设计厚度分别为12d和28d。考虑到冻结壁与对侧隧道管片之间土层不易冻 结因素，最后设计冻结壁交圈时间确定2225d，达到设计厚度再加 15d。 冻结施工：水平钻孔与垂直钻孔存在很大差别：其一，水平钻孔时重

50、力影响使钻孔容易向下偏离设计； 其二， 由于呈 水平方向钻孔，护壁泥浆容易流出 ; 其三，打孔时，如果地 层中有承压水，会造成流砂流泥。 针对上述难点， 首先在隧 道内搭设对应钻孔角度脚手架， 再在钻机上安装导向扶正系 统进行微调，同时使用优质护壁泥浆 , 确保钻孔成形在允许 范围内； 其次发现有流砂出现可能时， 先对地层用双液注浆 封堵 , 避免涌水涌砂的发生。 冻结运转：根据上海地层冻结速度快，冻胀小的特点，为减小冻胀带来的危害， 施工中加快初期冻结的降温速度； 根 据隧道变形和地面沉降观测 , 及时调整冻结层盐水流量 , 以 降低对隧道变形的影响； 根据泄压孔的压力变化规律及时泄 压。通

51、过四个联络通道开挖来看， 冻结效果非常好， 冻土壁 各项参数全部达到或超过设计要求 , 江苏路中山公园通道 开挖面收敛变形小于11.7mm,静安寺一石门一路通道小于12。4mm黄浦江底通道收敛变形仅为4。2mm 暗挖施工：联络通道的开挖采取分区分层方式进行，其顺序为：a、打开冻结侧通道钢管片 ;b 、按照通道中部断面全断面开挖并 临时支护直到对面钢管片 ;c 返回刷大两侧喇叭口断面并临 时支护 ;d 、集水井开挖并临时支护， 一次浇筑混凝土永久支 护：e、打通对侧钢管片。土方开挖采用人工铲和风镐相结 合。临时支护采用工字钢根据通道断面尺寸加工成拱型支架，并配以木背板支护，支护间距0。30.5m

52、，支架之间用拉杆连接.永久支护为现浇钢筋混凝土结构 , 为提高结构抗渗能力采 用一次连续浇筑。 顶板混凝土浇筑比较困难， 对顶部空隙用 混凝土喷射机喷射砂浆填充。掺入水泥用量4%的防冻剂，以增加混凝土的抗冻性，不影响早期强度增长 . 沉降和位移监测：监测点的布置 : 地表沉降测点沿联络通道中心线和地铁隧 道轴线两个方向布置，间距 2.0m 左右；隧道位移监测包括 垂直和水平位移两部分。 监测范围以联络通道中心线两侧各 2025m范围内的上、下行隧道，测点布置间距12m 监测频度： 视施工对隧道预计影响而定。 在钻孔和积极冻 结其以每周 23 次，在开挖和维护冻结期每天一次 . 如发生 突变可临

53、时加大测量频度。 监测结果：对地表沉降来说：a、在钻水平冻结孔时，地表会出现沉 降，原因是钻孔时由于漏泥而造成；b、开始冻结后会出现地表隆起，最大值接近 10mm这是地层冻胀而引起的；c、冻结完成，开始通道开挖 , 由于开挖而破坏了冻结壁和地层 的平衡， 冻结壁产生收敛变形， 使地表产生沉降。 最大值曾 达到81mm d、工程结束，停冻消融阶段，冻结壁化冻，土层 和隧道管片的冻胀力释放， 导致地表的下沉 （如果在进行壁 后注浆充填后再停止冻结效果会好些） 。对隧道位移来说：a、当进行水平钻孔时，由于地层扰动， 隧道会产生向开挖方向的水平位移；b、冻结开始，由于地层冻胀作用 , 上、下行隧道均向

54、背离通道的方向位移。这种 位移在联络通道中心线处最大（10mm左右），离通道越远， 水平位移越小，在25m以外没有影响；c、隧道的垂直位移， 从监测反映， 钻孔时没有影响， 开冻后隧道迅速抬升， 至冻 结壁形成，隧道抬升趋缓,总抬升量能达到20mm左右。而停 冻后，由于冻结壁融化 , 隧道迅速下沉，直到原来位置再下 沉数毫米。根据四个联络通道的监测可知 , 联络通道施工引起最大地表沉降为20mm左右。其中冻胀引起地表隆起约10mm由于开挖和融沉引起地表沉降约30m m隧道水平和垂直位移不大，最大值仅10mm左右。2、上海地铁10号线某旁通道冻结法施工概况：为上海地铁10号线国权路站五角场站区间

55、的旁通道及泵站工程.通道中心线间距13。2m通道中心标高-14.723m. 通道位于四平路下， 上有1。2m煤气管、1.05m雨水管、 1。0m上水管及缆等。通道处于高含水量、 高压缩性、 低强度的淤泥质粘土和1 1粘土层,且触变性大易流变。 冻结帷幕设计 :冻结帷幕平均温度一10° C；相应冻土强度指标为；单轴抗压 3.5Mpa,抗折1.8Mpa ,抗剪1.5Mpa.冻结孔采用上、下行隧 道两侧打孔，按上仰、水平、下俯三种角度布置，共 70 个, 其中上行线 57 个，下行线 13 个（见图 12 所示）。旁通道内设置 4 个穿透孔， 供对侧隧道冻结孔和冷冻排管需 冷用。设置了 14个测温孔，冻结站对侧8个。测温管选用32mm x 3。5mm无缝钢管，长26m,前端密封。再在冻结帷幕封 闭区域内布置 4 个卸压孔， 上、 下行线各 2 个， 在卸压孔上 安装压力表， 可直观地监测冻结帷幕内的压力变化，判断冻结帷幕形成情况， 并直接释放冻结形成的冻胀压力。卸压管选用32mnX