瘦西湖隧道冷冻加固方案-工程部

1、扬州瘦西湖隧道工程冷冻加固施工方案编制： 审核： 中铁十四局集团有限公司扬州瘦西湖隧道工程指挥部二零一二年十一月目录1工程概况42施工总体安排52.1总体方案52.1.1冷冻加固设计62.1.2冻结系统设计72.1.3钻孔技术要求82.1.4冻结孔检漏92.1.5保证冻结效率技术措施92.1.6盾构出洞的条件92.1.7冻结管拔除102.1.8拔管后充填与冻胀融沉控制102.1.9盾构出洞穿越冻结的协调作业102.2冷冻时间安排102.3人员、设备配置112.4监控量测123质量、安全保证措施123.1质量保证措施123.2安全保证措施134施工应急预案144.1施工风险分析144.2施工风险

2、的应急措施144.3应急处理程序144.4应急救援设备、物资配备154.5应急领导小组联系人及电话154.6应急指挥网络图16附图1：冻结孔平面布置图171编制依据（1）瘦西湖隧道盾构始发井相关图纸和地质资料；（2）地基基础设计规范；（3）建筑结构荷载规范；（4）制冷设备安装工程施工及验收规范；（5）冷冻水系统操作规范；（6）上海市工程建设规范旁通道冻结法技术规程；（7）煤矿井巷工程质量检验评定标准。1工程概况盾构出洞段最小覆土厚度为7.42m。上覆土层主要有杂填土，层厚2.52m；粉土，层厚2.22m；粉砂,层厚2.68m。主要穿越地层有粉砂,层厚0.99m；粘土层，层厚14.15m, 粘土

3、层为主要穿越地层， 隧道围岩分级，该层土体呈褐黄色，硬塑，含铁锰结核，具有中等膨胀性，中压缩性，遇水易崩解。该层土粘性较大，盾构施工极易发生结泥饼等事故，施工难度大。工作井围护结构地下连续墙厚度1.2m，采用C35、P8水下混凝土，墙身内布设钢筋笼，主筋保护层厚度为70mm，墙身外层钢筋网主筋为连续墙顶面下14.5m内一层32100，14.529.35m内为两层32100，29.3542.5m内为两层32100，内层钢筋网主筋为连续墙顶面下8m以内一层28100，827m内为两层28100，2742.5m内为一层28100。1-1盾构始发段底层剖面图始发井端头采用1000mm高压旋喷满堂加固。

4、加固范围为18000mm*24500mm，有效桩长为26.8m，桩底标高-18.3m，桩顶标高为8.5m；水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，水灰比控制在0.71.0。图1-2始发井端头加固平面图图1-3始发井端头加固立面图为确保盾构始发安全，洞门破除前对洞门前土体进行冷冻加固。2施工总体安排2.1总体方案鉴于大型泥水平衡盾构出洞对加固体强度及密封性要求很高，为增加泥水平衡盾构初期工作的可靠性，采用整体板块全深冻结方案。根据南京长江过江隧道的冷冻施工经验、相应施工规范及现场地层加固情况，安装两排冻结管，冻结管取冻结帷幕发展速度30mm/天，冻结管最大孔间距取0.8米，则交圈时间为t1=800

5、/2/30=14天，积极冻结时间取45天。在旋喷加固体和连续墙结合处，即在地下连续墙外围0.41.20米布置二排冻结孔，并通过人工制冷工艺形成一个冻土壁，将高压旋喷加固土体和地下连续墙胶结，以隔绝地下水，在冻土壁（封水）与地下连续墙（抗地压）的联合支护下洞门凿除。钻孔施工冻结器安装施工准备监测系统安装冻结站安装探孔槽壁凿除冻结积极运转冻结管拔除盾构出洞2-1施工工艺流程图2.1.1冷冻加固设计盾构出洞设计前冻结板块采用二排冻结孔，梅花布置。A排距槽壁0.4米，B排距A排为0.8m，孔间距为0.8m。A排布置25个，B排布置24个，总计49个，每个冻结孔长度为25.9m，钻孔总长度为1269.1

6、m，盾构出洞布置3个测温孔。1）确定冻结加固尺寸盾构出洞处主要穿越粘土层，该处土体褐黄色，硬塑，含少量铁锰结核，中压缩性。根据类似工程成功的施工经验，参考上海地区的冻土实验数据，进行工程类比确定冻结加固体尺寸：全深冻结深度为25.9米（穿过洞口下沿3米），冻结壁与连续墙胶结宽度20米，冻结壁厚度取1.6米。2）冻结施工方案A冻结孔的布置冻结孔布置见附图1，冻结块板布置冻结孔2排，冻结孔呈梅花状布置。第1排冻结孔距连续墙0.4米，孔间距0.8米，第1排孔数25个；第2排孔与第1排的排间距为0.8米,其孔间距为0.8米，第2排孔数24个。冻结孔深度为25.9米，冻结孔总长度为：1269.1米。同时

7、，布置测温孔3个。B主要技术参数（1）冻结壁厚度1.6米，宽度20米，深25.9米；（2）冻结孔共49个， 冻结孔长度为1269.1米；（3）冻土平均温度-10；（4）盐水温度：-25-30；盐水比重1.26；蒸发温度：-33-38；冻结管内盐水流量5m3/h冻结管散热能力：260Kcal/m2.h冷量损失系数：1.2；冷却水温度：23；（5）总需冷量：Q=1.2dHK=15.6104 Kcal/h。；（6）主要设备: 根据需冷量计算，选用2台W-YSLGF300型螺杆冷冻机, 每台机组制冷量8104 Kcal/h，电机功率110kw。2.1.2冻结系统设计1、盐水系统盐水干管、集配液圈选型：

8、1594.5焊管加工制作。氯化钙（80晶体）总用量：16吨盐水泵选型选用2台IS150-125-315型离心式水泵，流量200m3/h,电机30kw。2、清水系统1) 清水管选型：1274.5焊管加工制作。2) 选用8m3清水箱个。3) 新鲜水补充量：30m3/h4) 设备选型a 选用2台IS150-125-315型离心式水泵，流量200m3/h,电机30kw。b 选用GBLA-3-450(15KW)型冷却塔4台。3、冻结管设计冻结管采用20#低碳钢1274.5无缝钢管，供液管选用483.5钢管。管材均为近期出厂的首次用新管，管材进场后进行验收，合格后方可使用，冷冻管连接使用扩孔箍焊接，并对焊

9、缝进行着色探伤检测，对不合格的焊缝进行重新焊接并检测，成孔后应进行压力测试。图2-1扩孔箍2.1.3钻孔技术要求1) 钻机就位后，应进行钻进找平，按照设计角度进行调整，并使钻机天轮、中轴、钻口“三点一线”，正式钻进前还需进行校合后方可开钻，钻进时，应按深度及地层情况的需要，及时增减钻铤，要求作到均匀、匀速钻进，严禁忽快忽慢，压力忽大忽小。2) 合理掌握转速、压力及冲洗量，加尺或更换钻头时，钻具应下到距孔底0.30.5m处扫孔，不准将钻具停在一个深度长期冲洗。停电时，应将钻具提至安全深度，停电超过2小时，应将钻具全部提出，对所有钻具应经常详细检查，弯钻杆和磨损过大的钻杆禁止使用，终孔时应复核钻具

10、全长，并冲孔将岩粉排净，再下管。3) 冻结管应进行地面配组，丈量全长，做好记录，下管时应清除管内异物，保持清洁，试压封口后，应及时将冻结管周围的空隙用土填实，防止泥浆串孔。4) 偏斜：冻结孔平均偏斜率不得大于5，冻结孔终孔间距不大于设计值0.8米，否则应予以补孔，冻结深度应满足设计要求，下管长度应不小于设计冻结孔深度。5) 测斜：冻结孔成孔后使用经纬仪利用灯光测斜法进行终孔测斜，即用端头带灯光的测斜管下放至冻结孔底部，在冻结孔上方用经纬仪观察并画出偏向及数值，利用三角函数计算出该孔的偏斜情况，并及时绘制冻结孔偏斜平面图。6) 钻场基础：鉴于本工程打钻工期短，为了保证钻孔质量，现场应铺设简易泥浆

11、沟槽。2.1.4冻结孔检漏将成孔管内注水进行冻结管检漏试验，试验压力为0.8MPa，经试压30min压力下降不超过0.05MPa，再延续15min压力不变为合格。方法为冻结孔成孔下放冻结管后，在冻结管内注入清水，然后用盖板封死管口，用试压件连接冻结管与压力表，再用试压泵通过试压件往冻结管内加压至设计压力即可。对于压力测试不合格的冻结孔，能拔除的直接拔除然后重新钻进下管，对于不能拔除的下放102X4.5的套管，然后对套管进行压力测试，套管与原冻结管之间空隙用清水填充；2.1.5保证冻结效率技术措施1) 冷冻机油选用N46冷冻机油；2) 制冷剂选用氟立昂R-22(首次充氟量不少于1.5T)；3)

12、冷媒剂选用氯化钙溶液。4) 管路用法兰连接，盐水管路经试漏、清洗后用PEF保温板或棉絮保温，保温厚度为40mm，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，该处保温选用30mm厚PEF保温板。冷冻机组的蒸发器及低温管路用40mmPEF保温板保温，盐水箱用50mm厚的保温板或保温。5) 洞门混凝土破除后期，盾构机靠近洞门前，为了减小空气热量对洞门处冻结效果的不利影响，对于暴露的部分，可选用30mmPEF保温板对破除混凝土后暴露部分进行保温。2.1.6盾构出洞的条件盾构在出洞之前，必须具备表2-1条件方可出洞：表2-1冻土参数表序号内 容指 标1冻土墙厚度1.6m 2冻土的平均温

13、度-103盐水温度-25-304盐水去回路温度差25探孔温度-52.1.7冻结管拔除冻结管分二次拔出，第一次为在盾构推进之前，将所有位于隧道推进范围内的冻结管拔离隧道顶部0.5m，然后再恢复冻结。第二次为盾构穿越冻结段后，将所有的冻结管全部拔出并用黄砂带水充填。冻结管拔除利用人工局部解冻的方案进行实施，具体方法如下：利用热盐水在冻结器里循环，使冻结管周围的冻土融化达到50mm80mm时，开始拔管。2.1.8拔管后充填与冻胀融沉控制1、拔管后的充填冻结管拔除后，可用黄沙或水泥浆液充填拔除后留下的容隙，填满即可；2、冻胀融沉控制冻胀是因土体冻结时水结冰而引起的土体膨胀，一般含水丰富的粘性土层冻胀量

14、较大。由于本工程采取开放式局部冻结模式，根据类似工程经验，冻胀对地连墙影响很小。施工过程中我们采取如下措施：1) 为了预防冻胀和融沉,设计选用标准制冷量较大的冷冻机组,在短时间内把盐水温度降到设计值,以加快冻土发展,提高冻土强度,减少冻胀和融沉量。2) 掌握和调整盐水温度和盐水流量,必要时可采取连续控温模式冻结,控制冻土发展量，以减少冻胀和融沉量。3) 利用盾构推进后洞门位置的管片注浆孔对冻结加固地层进行注浆，注浆选用BW250型变速注浆泵，注浆水灰比为1：0.8，为防止隧道管片受到影响，拟选用小压力、多注次的方式；注浆压力一般为0.20.5MPa。洞门位置沉降稳定后即可停止注浆。2.1.9盾

15、构出洞穿越冻结的协调作业（1）等所有需拔除的冻结管全部拔离盾构推进区域后，盾构方可出洞，以防未及时拔出的冻结管受挤压变形，造成不能拔出。（2）鉴于以往同类工程中有盾构机刀盘被冻住不能转动的事故，要求盾构在穿越冻结区时，不宜停留，在拼装管片时，每隔1015分钟将刀盘转动35分钟，以防刀盘被冻住。2.2冷冻时间安排根据隧道盾构出洞冰冻法实测并结合该工程，群孔冻结内部冻土平均发展速度均为40mm/d以上，外部（向外）冻土平均发展速度为30mm/d。冻结板块交圈时间为16天，冻土墙与连续墙完全胶结时间为29天。冻土墙达到设计厚度和强度可完全凿除洞门，冻结管拔到隧道顶部1米以上，恢复冻结，盾构可以出洞。

16、盾构在穿过冻土区后停止冻结，最后拔除冻结管。工期计划安排：冻结造孔、设备安装时间为30天，自2012年10月30日起，至2012年11月29日止，此间段完成后具备开始冷冻条件，开始实施冷冻。积极冷冻时间为45天，自2012年11月30日起，至2013年1月13日止。冻结维持时间为45天，自2013年1月14日起，至2013年2月28日止。2.3人员、设备配置洞门冷冻投入主要设备及如下人员：2-2主要工程设备（工具）配备编号项 目型号单位数量用途1螺杆冷冻机组W-YSLGF300台2冻结制冷2盐水泵IS150-125-315台2输送盐水3清水泵IS150-125-315台2输送清水4抽氟机2F6

17、.3台1设备调试5测斜仪ZH3014台1钻孔测斜6测温仪VC890C+台1冻结制冷7冷却塔GBLA-3-450(15KW)台4冻结制冷8钻机XP-30B台1垂直造孔9泥浆泵BW250台2垂直造孔10空压机GR200-20台1垂直造孔11电焊机BX1-315台4通用设备12平板振动器LZF-15台113注浆机SYB 50-45II台114加热箱个1强制解冻15发电机320KW台1应急供电2-3劳动力配置表工 种按工程施工阶段投入劳动力情况冻结与解冻钻孔施工融沉注浆管理人员121技术人员111电工11维修工11焊工12冻安工3测量定向人员1钻工7配管工2其他人员03合计81752.4监控量测盾构出

18、洞布置3个测温孔，如附图1中所示。根据钻孔的偏斜情况确定测温孔的位置，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。3质量、安全保证措施3.1质量保证措施1、冻结孔施工要求及措施（1）认真按图纸要求施工钻场基础，确保钻场基础平整、稳固。（2）造孔上部采用取芯钻进或冲击钻头钻进，下部使用牙轮钻头钻进。（3）测温孔布置严格按照设计方案执行。测温管的下放及焊接严格按冻结孔的质量要求施工，并及时绘制偏斜平面图。（4）钻进时，应按深度及地层情况的需要，及时增减钻铤，要求作到均匀、匀速钻进，严禁忽快忽慢，压力忽大忽小。（5）合理掌握转速、压力及冲洗量，加尺或更

19、换钻头时，钻具应下到距孔底0.30.5m处扫孔，不准将钻具停在一个深度长期冲压。停电时，应将钻具提至安全深度，停电超过2小时，应将钻具全部提出，对所有钻具应经常详细检查，弯钻杆和磨损过大的钻杆禁止使用，终孔时应复核钻具全长，并洗孔，再下冻结管。（6）冻结管应进行地面配组，丈量全长，做好记录，下管时应清除管内异物，保持清洁，试压封口后，应及时将冻结管周围的空隙用土填实，防止泥浆串孔。（7）偏斜：冻结孔平均偏斜率不得大于5，冻结孔终孔间距不大于设计值，否则应予以补孔，冻结深度应满足设计要求，下管长度应不小于设计冻结孔深度。（8）测斜：冻结孔施工过程中使用灯光经纬仪进行终孔和成孔测斜并及时绘制冻结孔

20、偏斜平面图。（9）钻场基础：为了保证钻孔质量，在现场铺设简易钻场基础和挖泥浆沟槽，并用砂浆抹面。2、冻结工程质量的主要措施（1）选用先进的螺杆式冻结机组，具有如体积小、重量轻、运转平稳、易损件少、故障率低、效率高、单级压比大、能量无级调节等优点，非常适合在市政地铁工程中使用。（2）严控冷冻站安装质量，提高制冷效率，确保盐水降温符合要求。冷冻站基础41m9.5m范围内浇筑30cm厚C30混凝土，进、回盐水管路过路段开挖一道宽1m深0.5m的沟槽埋设，上部浇筑C30混凝土。（3）冻结前，对所有冻结设备安排专人进行检修调试，保证运转期间的正常使用，并在现场配备常规零件，以备更换。（4）在冻结过程中，

21、监测各个支路的盐水温差情况，通过阀门相应地调节各支路的盐水流量，直到各支路的温差满足控制要求。（5）加强冻结过程中对盐水箱液面的测量，一旦发现盐水泄漏，及时对现场所有盐水管路进行检查。（6）经常检查洞门处有无漏水现象，如发现有流水现场，要及时进行封堵，防止流水影响冻结效果。（7）冻结设备积极期间全部运转，破除洞门维护冻结期间一台运转，一台备用。（8）为保证施工连续性，防止突然断电影响施工进度，配备一台500kw发电机提供应急用电。3、破壁及盾构穿越冻结区的相关措施（1）破壁措施通过探孔观测，判断冻土墙的冻结效果前先在洞门上有分布的打若干探孔，以判断冻土与槽壁的胶结情况。然后，采用测温仪进行量测

22、，要求各探孔实测温度必须低于-5。当通过探孔实测温度与水平测温孔实测温度判断冻土墙与槽壁完全可靠胶结方可全部破壁。在逐层破壁过程中，如发现有渗水点，要及时进行封堵，防止水土流失，影响冻土墙交圈；如未发现异常情况,可直接进入下一层破壁。（2）盾构穿越冻结区的注意事项冻土墙已进行了强制解冻，需冻结管拔到盾构推范围以外，包括测温孔，拔冻结管时，一定注意不得使用冻结管掉入孔内。盾构在穿越冻结区时，宜每隔1030分钟将刀盘转动35分钟，以防刀盘可能被冻住现象。3.2安全保证措施（1）施工现场严格按照文明标准化工地进行组织施工。（2）现场人员佩戴规范整齐，材料码放合理有序。（3）施工管理制度健全，严格执行

23、。（4）营造文明施工氛围，措施得力，效果明显，施工现场秩序良好，现场布局合理，无脏乱差现象。4施工应急预案4.1施工风险分析（1）钻孔时，当钻杆接头连接不好，易发生掉在钻孔内，影响钻孔现象。（2）钻孔时，当遇到较硬的物体（主要是连续墙混凝土坍塌），易发生卡钻无法钻进，钻杆提不上来，和钻孔偏斜过大现象。（3）安装冻结管时，当冻结固定不好时，易发生冻结管掉入孔内。（4）冻结过程中冻结管断裂。（5）盾构出洞时，洞门口漏水。4.2施工风险的应急措施（1）每班对钻杆等钻具进行检查，杜绝不合格的钻杆的使用，连接时，一定要连接紧后再钻孔。在现场准备一套打捞器具，一旦发生掉钻杆事情，及时打捞。（2）钻孔时，当

24、遇到较硬的物体时，一定要轻压慢进，不得硬钻，同时分析原因，再进行钻进。当卡住时，要及时调整钻矩，控制力度不得过大。如果处理不掉就在旁边再行钻孔。（3）冻结过程中冻结管断裂时，及时下放套管，再恢复冻结。拔管时如果冻结管断裂，可用胀管器或深层套丝机进行二次拔除。（4）在洞门破壁期间，现场备有足够抢险物资，当发生渗漏水时，及时进行封堵，并积极冻结直至达到封水条件为止。槽壁破除后，盾构机及时靠上洞门后方可进行拔管，拔管后盾构机方可进行推进。（5）成立应急预案领导小组，对抢险工作进行总体协调指挥，以做到万无一失。4.3应急处理程序（1）险情发生时当班负责人必须立即向现场值班负责人汇报。现场值班负责人接到事故报告后，立即向项目经理部应急领导小组汇报，同时立即组织现场施工人员采取必要的应急措施。（2）项目经理部应急领导小组接到事故报告后，立即赶赴现场，启动应急预案。项目经理部应急领导小组根据现场实际情况，第一时间内保护现场，并对现场进行隔离；第一时间内抢救伤员，将事态控制在稳定范围内。（3）警戒组立即疏散现场的作业人员，疏通现场施工便道，并保证在抢险过程中施工便道的畅通，