冻结相关设计

盾构与掘进机施工——冻结设计盾构教研室THESHIELD＆TBMCONSTRUCTIONTECHINQUE1冻结壁设计2冻结孔设计3初衬设计目录4预应力支架设计5防护门设计6保温设计7

冷冻站设计地层冻结设计应包括以下内容：1冻结壁结构方案比较与选择；2冻结壁的承载力和变形验算（I类冻结壁除外）；3冻结孔布置设计；4冻结壁形成验算；5冻结制冷系统设计；6对冻结壁的监测与保护要求；7可能对周围环境和建（构）筑物产生影响的分析；8对周围环境和建（构）筑物的影响监测与保护要求。

前四项为设计人员确定，在设计图纸中给与明确，后四项由施工单位自行计算确定，并编制专项施工方案，经专家论证后报监理单位、建设单位审批。冻结壁frozensoilwall用冻结技术在构筑物周围地层所形成的具有一定厚度和强度的连续冻结岩土体。又称冻土帷幕或冻土墙。冻结壁由两两相交的冻土圆柱组成，相邻冻土圆柱的交界面称冻结壁界面。冻结壁功能分类表类别功能与要求说明I仅用于止水而无承载要求如岩石裂隙和混凝土界面缝隙止水II仅用于承载而无止水要求如不透水粘性土层的加固III既要求承载又要求止水如含水砂土层的加固与止水冻结壁设计一单圆隧道联络通道（有泵房）结构型式单圆隧道联络通道（无泵房）结构型式双圆隧道泵房结构型式

联络通道contactpassage

隧道之间设置的横向逃生通道。通道及泵站因其紧急疏散和汇集、排放区间积水的双重功能而被相辅应用。

设计原则：（1）冻结壁作为临时支撑结构，能承受地下荷载、地面荷载的作用，保护结构施工期间的作业安全。（2）冻结壁的几何形状宜与拟建地下结构的轮廓接近，并易于冻结孔布置，冻结壁作为封水结构应能抵抗地下水的作用并保证开挖结构外形成一个封闭的隔水帷幕。冻结壁结构形式在含水砂性土层中应采用封闭的冻结壁结构形式；联络通道部分可采用直墙圆拱冻结壁，集水井、侧向泵站可采用满堂加固或采用“V”字形冻结壁冻结加固；冻结壁平均温度设计参考值开挖深度Hj

（m）<1212～30>30冻结壁平均温度Tp

（℃）－6～－8－8～－10≤－10冻结壁与隧道管片交界面平均温度不应高于－5℃。最低盐水温度设计参考值冻结壁平均温度Tp°C－6～－8－8～－10≤－10最低盐水温度Ty°C－25～－26－26～－28－28～－30冻结壁设计一冻结壁形成期periodoffrozensoilwallformation从地层冻结开始至冻结壁达到设计要求所需的时间。也称积极冻结期。冻结壁维护期maitainableperiodoffrozensoilwall冻结壁达到设计要求后，为了保证构筑物施工过程中的安全，继续向冻结器输送冷量，以维持冻结壁满足设计要求的一段时间。也称维护冻结期。冻结壁设计一开挖时，去、回路盐水温差不宜高于2℃；在保证冻结壁平均温度和厚度达到设计要求且实测判定冻结壁安全的情况下，可适当提高盐水温度，但不宜高于-25℃。积极冻结7d后盐水温度宜降至-18℃以下，积极冻结15d后盐水温度应降至-24℃以下，开挖构筑时盐水温度应降至设计最低盐水温度以下。施工初期支护后冻结盐水温度不宜高于-25℃，并确保冻结壁与隧道管片的交界面不化冻。

联络通道与管片交界处的冻结壁设计厚度不应小于1.0m，且平均温度不高于-5℃，其他部位的冻结壁设计厚度不应小于1.4m。冻结壁形成预计应符合下列要求：

1冻结壁有效厚度可按下式计算：

式中：Eyj——设计冻结壁有效厚度，mm；

vdp——冻结壁单侧平均扩展速度,mm/d；

Eqr——冻土侵入开挖面以内厚度,mm；t——冻结时间,d。冻结壁设计一单排孔冻结壁（或冻土圆柱）单侧扩展速度设计参考值冻结时间t（d）0～2021～3031～4041～5051～60粘土冻结壁单侧平均扩展速度vdp（mm/d）34～2828～2424～2222～2020～18沙土冻结壁单侧平均扩展速度vdp（mm/d）50～4040～3535～3030～2828～25

冻结壁交圈时间可按下式估算：

式中：tjq

——预计冻结壁交圈时间,d；

Smax——冻结孔成孔控制间距,m；

vdp

——冻结壁单侧平均扩展速度,m/d。2.1冻结孔布置原则冻结孔设计二冻结孔孔位冻结孔开孔间距成孔间距冻结孔布置参数冻结孔深度冻结孔偏斜精度要求（1）对于线间距小于20m的联络通道，可采用从一侧布置冻结孔；对于线间距大于20m的联络通道，宜采用从隧道两侧布置冻结孔。（2）

当单排冻结孔不能满足冻结壁设计要求时，可布置多排冻结孔。2.1冻结孔布置原则冻结孔设计二（3）冻结孔布置设计时宜布置不少于2个的透孔，（特殊情况可不打透孔，但通道两侧预留门洞要进行闭合导线测量）用于验证隧道管片预留门洞位置、线间距长度和对侧冻结管与冷冻排管供冷。2.1冻结孔布置原则冻结孔设计二

（2）冻结孔最大允许偏斜值即冻结孔成孔轨迹与设计轨迹之间的距离。冻结孔偏斜精度应符合下表规定。2.2冻结孔偏斜冻结孔类型水平或倾斜冻结孔竖直冻结孔冻结孔深度H(m)≤1010～3030～60≤4040～100冻结孔最大偏斜（mm）150150～350350～600150～250250～400冻结孔偏斜精度要求表（3）冻结孔最大允许成孔间距指设计冻结壁厚度范围内冻结孔终孔位置和相邻冻结孔的垂直距离。集水井位置开挖时冻结时间比通道正常段长10天左右，冻结孔深度小于10m时允许终孔间距为1400mm。单排冻结孔成孔控制间距应符合下表规定。单排冻结孔成孔间距设计值多排冻结孔密集布置时，内部冻结孔成孔的控制间距可取边孔的1.2倍。冻结孔类型水平或倾斜冻结孔竖直冻结孔冻结孔深度H(m)≤1010～3030～60≤4040～100最大允许终孔间距（mm）1100～13001300～16001600～20001200～14001400～1800

初期支护可采用钢筋格栅、钢筋网和喷射混凝土层组成的复合结构形式，也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。初衬设计三1）预应力支架可采用多边形支撑或环形支撑。2）在结构设计无明确规定时，预应力支架的设计应符合下列要求：

（1）

隧道内每个联络通道预留口应设2榀预应力支架，应分别安装在洞口两侧附近。

（2）

每榀预应力支架应设不少于7个支撑点均匀地支撑隧道管片上，支撑点与管片之间宜设置不小于16mm厚的钢垫板。每个支撑点提供的支撑力不应小于500kN。预应力支架设计四防护门设计五防护门由门框、门及门闩组成，宜安装在通道预留洞口隧道钢管片上。防护门开关应便于人工操作。防护门应能灵活开关，关闭后应能承受安装位置的地下水压，有效阻止旁通道内水、土流出，开启后不得影响正常的开挖和结构施工。（1）在冻结壁附近隧道管片内侧应敷设保温层，保温层应与管片表面密贴，粘结牢固。保温层敷设范围不得小于设计冻结壁边界外1m。（2）隧道管片保温层应采用导热系数和吸水率小，阻燃性好的保温材料。导热系数应不大于0.04W/mh，吸水率不应大于2%。可采用聚氨酯、橡塑、聚苯乙烯和聚乙烯软质泡沫等保温材料。保温层厚度应不小于30mm。采用保温板时，应采用专用胶水将保温板密贴在隧道管片上，板材之间不得有缝隙。保温设计六（3）在冻结孔未穿透管片一侧的隧道管片表面敷设冷冻排管用于冻结壁补强和保温。冷冻排管的敷设范围不应小于冻结壁设计厚度。冷冻排管的冷量一般由冷冻站低温盐水供应，冷冻排管的内径不应小于30mm，管间距不应大于500mm。冷冻排管与管片应密贴。保温设计六冷冻站设计七冻结站设在旁通道附近隧道内，站内设备主要包括冷冻机组、配电柜、盐水箱、盐水泵、冷却水泵、冷却塔及冷却水池等。冻结站安装包括氟系统、盐水系统及冷却水系统安装，要求根据冻结站的总体设计，按照先设备后管路的安装程序和施工图的技术要求，将三大循环系统分别进行安装，并按《井巷工程施工及验收规范》要求试压、检查验收。地层冻结盐水应符合下列规定