《轨道交通工程盾构 始发与接收冻结法端头加固技术标准》

目次

摇摇

总则……………

1摇1

术语和符号……………………

2摇2

术语……………………

摇摇2.1摇2

符号……………………

摇摇2.2摇5

基本规定………

3摇8

勘察和试验……………………

4摇10

一般规定………………

摇摇4.1摇10

冻土试验………………

摇摇4.2摇10

冻结设计………

5摇12

一般规定………………

摇摇5.1摇12

冻结壁设计……………

摇摇5.2摇14

冻结孔和冻结管设计…………………

摇摇5.3摇23

测温孔设计……………

摇摇5.4摇27

冻结参数设计…………

摇摇5.5摇27

洞门保温设计…………

摇摇5.6摇29

冷冻站设计……………

摇摇5.7摇30

冻胀和融沉控制设计…………………

摇摇5.8摇34

冻结施工………

6摇35

现场准备………………

摇摇6.1摇35

冻结孔施工……………

摇摇6.2摇35

冻结管安装……………

摇摇6.3摇38

供液管安装……………

摇摇6.4摇38

·1·

测温系统安装…………

摇摇6.5摇39

冷冻站安装……………

摇摇6.6摇40

冷冻站运转和积极冻结………………

摇摇6.7摇41

冻结壁检测与判断……

摇摇6.8摇43

洞门凿除………………

摇摇6.9摇44

冻结管拔除和封堵…………………

摇摇6.10摇44

冻结管的割除和封堵………………

摇摇6.11摇45

冷冻站停冻与拆除…………………

摇摇6.12摇45

冻胀和融沉控制……

摇摇6.13摇46

盾构始发接收与冻结配合…………………

7摇()47

一般规定………………

摇摇7.1摇47

盾构接收………………

摇摇7.2摇47

盾构始发………………

摇摇7.3摇49

洞门空隙封堵…………

摇摇7.4摇49

施工监测………

8摇51

一般规定………………

摇摇8.1摇51

沉降和变形监测………

摇摇8.2摇51

冻结加固土体监测……

摇摇8.3摇54

冻结系统监测…………

摇摇8.4摇54

工程质量验收…………………

9摇56

一般规定………………

摇摇9.1摇56

冻结孔验收……………

摇摇9.2摇56

孔口管验收……………

摇摇9.3摇57

冻结器验收……………

摇摇9.4摇58

测温系统验收…………

摇摇9.5摇59

开始冻结前验收………

摇摇9.6摇60

始发接收条件核查…………………

摇摇9.7摇()61

融沉注浆验收…………

摇摇9.8摇62

·2·

应急管理……………………

10摇64

一般规定……………

摇摇10.1摇64

应急措施……………

摇摇10.2摇64

应急设备和物资……

摇摇10.3摇65

其他应急条件………

摇摇10.4摇65

附录洞门板块冻结壁厚度计算和校验解析法计算方法…

A摇67

附录冻结孔检验批质量验收…………………

B摇70

附录冻结器检验批质量验收…………………

C摇73

附录测温装置检验批质量验收……………

D摇74

附录开始冻结前检验批质量验收……………

E摇75

附录盾构始发接收前检验批质量验收…

F摇()76

附录融沉注浆检验批质量验收……………

G摇78

本标准用词说明…………………

79

引用标准名录……………………

80

条文说明…………

81

·3·

1摇总摇摇则

1.0.1为加强轨道交通工程盾构始发与接收冻结法端头加固工

摇

程质量管理促进技术进步做到安全可靠经济合理特制定本

,,、,

标准

。

1.0.2本标准适用于河南省轨道交通工程盾构机始发和接收端

摇

头采用盐水制冷系统的冻结法加固的勘察设计施工验收

、、、。

1.0.3盾构机始发与接收采用冻结法端头加固施工应推广应用

摇

新技术新工艺新设备新材料

、、、。

1.0.4盾构机始发与接收段加固工程采用冻结法施工除应符合

摇,

本标准外尚应符合国家和河南省现行有关标准

,。

·1·

2摇术语和符号

2.1摇术摇摇语

2.1.1冻结法

摇摇摇freezingmethod

在不稳定含水地层中修建地下工程时用人工制冷手段暂时

,

加固地层和隔断地下水的一种特殊施工方法

。

2.1.2盾构始发

摇摇摇shieldlaunching

盾构自始发工作井内盾构基座上开始掘进到完成初始掘进

,

止划分为洞口土体加固段掘进初始掘进两个阶段本标准主要

,、。

指洞口土体加固段掘进

。

2.1.3盾构接收

摇摇摇shieldreceiving

盾构自距接收工作井一定距离掘进空推到盾构落到工作井

、

内接收基座上止划分为到达掘进接收两个阶段

,、。

2.1.4洞门

摇摇摇tunnelportal

盾构始发或接收工程中为盾构掘进在围护结构中预留的洞

口一般会在内衬结构墙上镶嵌一个直径大于盾构外径的钢圈也

,,

称洞门圈

。

2.1.5盐水制冷系统

摇摇摇brinerefrigerationsystem

以氯化钙水溶液为冷媒剂的间接制冷系统

。

2.1.6液氮制冷系统

摇摇摇liquidnitrogenrefrigerationsystem

以液氮灌入冻结管路气化的直接制冷冻结系统

。

2.1.7垂直冻结

摇摇摇verticalfrozen

在加固区地面施作垂直冻结孔并安装冻结管对加固区进行

,

竖向冻结

。

2.1.8水平冻结

摇摇摇horizontalfrozen

在围护结构内部施作水平单圈或多圈冻结孔并安装冻结管

,

·2·

对加固区进行水平冻结

。

2.1.9冻结壁

摇摇摇frozenwall

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

。

2.1.10水平杯式冻结壁

摇摇摇horizontalcup-shapedfrozenwall

通过工作井内向地层打设水平冻结孔洞门圈内部短外部

,、

长通过冻结形成类似玻璃杯形状的冻结壁包括杯底和杯壁

,“冶,。

外圈杯壁高出杯底长度大于杯底厚度的为长杯壁冻结壁小于杯

;

底厚度的为短杯壁冻结壁外圈杯壁长度与杯底厚度相同的为圆

;

板式冻结壁仅有外圈杯壁部分没有杯底的为圆筒形冻结壁

;,。

2.1.11冻结壁厚度

摇摇摇thicknessoffrozenwall

冻结壁壁面上任一点与另一壁面之间的最小距离自然冻结

。

壁厚度是指自然形成的冻土厚度有效冻结壁厚度是指开挖面外

。

侧冻土厚度

。

2.1.12冻结壁等效平均温度

摇摇摇equivalentmeantemperatureof

frozenwall

平均温度为冻结壁冻结范围内温度分布的平均值冻结壁的

。

体平均温度为冻结壁整体的平均温度冻结壁的面平均温度是冻

;

结壁横截面平均温度为指定冻结管深度位置横截面上冻结壁的

,

平均温度等效平均温度为相应计算和测算时对应的平均温度

;

取值

。

2.1.13冻结壁交圈

摇摇摇closureoffreezingwall

从地层冻结开始至构筑物周围主要冻结器布置圈上所有相邻

的冻结器所形成的冻土圆柱按设计要求完全相交

。

2.1.14积极冻结

摇摇摇activefreezing

从地层冻结开始至冻结壁形成并达到设计要求

。

·3·

2.1.15维护冻结

摇摇摇maintainedfreezing

冻结壁形成达到设计要求后为了维持其功能要求继续向冻

,,

结器输送冷量以维持冻结壁满足设计要求

,。

2.1.16冷冻站

摇摇摇refrigerationplant

集中安设制冷设备和设施的场所冷冻站主要由制冷剂氟

。(

利昂等循环系统冷媒盐水等循环系统冷却水循环系统及供

)、()、

电配系统构成

。

2.1.17冻结孔

摇摇摇freezinghole

按设计在地层中钻孔用于安装冻结管的钻孔分为垂直孔水

,、

平孔倾斜孔

、。

2.1.18冻结管

摇摇摇freezingtube

安装于冻结孔内漏出冻结孔的端头安装冻结器用于冷媒循

,,

环直接接触地层进行热交换

,。

2.1.19冻结器

摇摇摇freezingapparatus

安设在冻结孔内用以循环冷媒剂并与地层进行热交换的装

,

置冻结器由冻结管和置于冻结管内的供液管回液管与主管路

。、、

连接装置等组成

。

2.1.20孔口管

摇摇摇boreholeorificepipe

洞门正常钻孔前在钻孔位置埋设一段带有法兰的钢管为钻

,,

孔定位并作为安装其他装置的基础这段钢管即为孔口管

,。

2.1.21孔口防喷装置

摇摇摇blowoutpreventer

洞门正常钻孔前在孔口管上安装的用于防止钻孔时泥水或

,

砂喷涌的密封控制装置又称孔口压紧装置密封盒

,、。

2.1.22集配液圈

摇摇摇distributionandcollectingpipe

冷媒汇集或分配装置一端连接到主干管一端连接到各组冻

,,

结器通过阀门调节各组冻结器流量

,。

2.1.23测温孔

摇摇摇temperaturemeasurementhole

布置在冻结壁及冻结降温区内用于安装温度传感器监测地层

·4·

温度分布状况的钻孔

。

2.1.24探孔

摇摇摇inspectionhole

用以检查土体冻结效果的检验孔

。

2.1.25测斜

摇摇摇deviationmeasurement

检查冻结孔测温孔泄压孔在不同深度上的偏斜值和偏斜方

、、

位的工作

。

2.1.26测深

摇摇摇depthmeasurement

检查冻结孔测温孔泄压孔的实际深度

、、。

2.1.27冻结孔间距

摇摇摇adjacentfreezeholespacing

相邻两冻结孔之间的距离冻结孔不同深度处的冻结孔间距

。

一般也是不同的相邻冻结孔孔口之间的距离称冻结孔开孔间

。

距实际施工完成的冻结孔间距称冻结孔成孔间距

。。

2.1.28融沉

摇摇摇thawingsettlement

冻土融化时的下沉现象包括与外荷载无关的融化沉降和与

。

外荷载直接有关的压密沉降

。

2.1.29冻胀

摇摇摇frostheave

土在冻结过程中体积膨胀的性状

。

2.1.30端部效应

摇摇摇endeffect

在冻结管端头冻土沿径向发展多沿轴向发展少实际冻结

,,,

管端部冻结壁只能发展成近似半圆弧形状

。

2.2摇符摇摇号

A冻结管表面积

———

c盐水比热

———

D洞门直径

———

E设计冻结壁厚度

sj———

G氯化钙用量

———

g单位盐水体积固体氯化钙含量

———

·5·

h冻结壁厚度

———

H埋深

———

K安全系数

———

K侧压力系数

0———

k计算安全系数

———

k抗弯折安全系数

l———

k抗剪安全系数

j———

L主干管单向长度

z———

m冷量损失系数

———

m工况调整系数

g———

m主干管长度调整系数

z———

P洞门中心处的水土压力之和

———

P侧向土压力

s———

P计算点的垂直土压力

t———

Q冻结管吸热能力

g———

Q冷冻站制冷量

z———

q冻结管吸热系数

———

R冻土的强度指标

———

R冻结孔布置半径

2———

T去回路盐水温差

驻———、

t冻结时间

———

V冻结器内盐水体积

1———

V干管及集配液圈内盐水体积

2———

V蒸发器和盐水箱内盐水体积

3———

V冻结壁平均单侧扩展速度

dp———

W盐水循环总流量

———

茁计算系数

———

酌盐水密度

———

·6·

滋冻土泊松比

———

籽固体氯化钙纯度

———

冻结壁应力

滓———

滓冻土抗弯折强度

t———

子冻土抗剪强度

C———

·7·

3摇基本规定

3.0.1盾构机始发与接收冻结法端头加固应结合工程实际情况

摇

和周围环境通过合理筹划精心设计精心施工各方协作制定

,、、、、

预案措施等手段严格控制风险预防各类事故发生保证工程

,,,

质量

。

3.0.2盾构机始发与接收端头加固可单独采用冻结法亦可以与

摇,

水泥系加固配合使用采用冻结与水泥系复合加固时冻结加固滞

,,

后水泥系加固不宜小于天当工程风险较大时应增加其他措

28。,

施做到本质安全

,。

3.0.3采用冻结法加固时应充分考虑冻结加固与边界条件的相

摇,

互影响应避免降水停电等因素对冻结的影响应减小冻胀和融

。、,

沉对周围环境的影响

。

3.0.4采用水平冻结法加固端头工作井建筑设计应为水平钻孔

摇,

预留位置和操作空间

。

3.0.5盾构机始发与接收采用冻结法端头加固从设计到施工的

摇,

全过程应采用节能和环保措施保温材料泥浆盐水和废弃物应

;、、

进行回收和无害化处理

。

3.0.6盾构始发与接收冻结法端头加固应委托具备相应能力的

摇

设计单位进行专项设计并由具备相应能力的专业施工单位进行

,

施工

。

3.0.7盾构始发与接收端头冻结法加固应编制技术文件技术

摇。

文件应包含冻结加固和冻土段盾构掘进内容并相互协调

,。

3.0.8冻结法端头加固工程应进行冻结班组和盾构班组共同技

摇

术交底并全程由项目经理统一管理冻结达到设计效果后盾构

,。,

掘进作业时应建立盾构技术负责人和冻结技术负责人共同值班

制度

。

·8·

3.0.9冻结施工技术负责人应具备相应的技术能力和施工经验

摇。

3.0.10施工现场管理应具备健全的安全和质量管理体系施工

摇。

过程应建立技术档案工程竣工时应整理竣工资料并存档竣工

。,

资料应真实准确完整

、、。

3.0.11施工现场应具备水电通讯监控交通等条件

摇、、、、。

·9·

4摇勘察和试验

4.1摇一般规定

4.1.1冻结设计可采用已有的勘察资料对于不满足冻结设计

摇。

需求部分应按现行国家标准城市轨道交通岩土工程勘察规范

,《》

中第条第款条的规定进行施工专项勘

GB503078.0.37、9.6.1

察补充相应的岩土工程资料冻结法的工法勘察内容和要求按照

,,

第条的规定进行

9.6.4。

4.1.2当洞门附近含水层地下水活动频繁地下水流速超过

摇、

时施工专项勘察应提供地下水流向流速等资料

5m/d,、。

4.1.3施工专项勘察应对洞门附近的水源井降水井进行调查

摇、,

查明用途数量方位距离深度抽水层位抽水时间日抽水量

、、、、、、、

以及抽水影响半径等

。

4.1.4施工专项或工法勘察应查明围护结构形式围护结构外土

摇,

体是否采用过其他加固方式是否进行过注浆以及浆液形式和范

,

围端头工作井原施工过程是否出现地层扰动或存在回填土地下

;、

埋藏物胶质化学品等的类型和分布情况

、。

4.2摇冻土试验

4.2.1人工冻土物理力学性能指标宜通过冻土试验获取资料

摇。

冻土的物理力学特性指标应按照人工冻土物理力学性能试验

《》

的规定测定试验项目和试验内容可按表

MT/T593.1~8,4.2.1

确定

。

·10·

表4.2.1摇冻土物理力学特性试验一览表

序号试验项目实验内容

选种不同温度应包含

单轴抗压强度试验-15~-5益3(

1

-10益)

选种不同温度应包含

三轴剪切强度试验-15~-5益3(

2

-10益)

选种不同温度应包含

抗弯折试验-15~-5益3(

3

-10益)

选种不同温度应包含

冻胀试验-15~-5益3(

4

-10益)

选种不同温度应包含

单轴蠕变试验-15~-5益3(

5

-10益)

选种不同温度应包含

三轴蠕变试验-15~-5益3(

6

-10益)

4.2.2特殊地区需对地下水进行化验提供地下水含盐量结冰

摇,、

温度等指标

。

4.2.3对未进行冻土试验的项目应采用可靠的工程类比方法对

摇

冻结法设计的安全性进行评估类比对象应有相似性应详细说明

,,

土的类别和一般物理参数的差异

。

·11·

5摇冻结设计

5.1摇一般规定

5.1.1冻结加固中冻结壁形式的选择冻结孔布置和冻结参数应

摇、

根据工程特征及水文地质条件盾构始发接收工艺盾构机外形

、()、

参数工作井结构周边环境等确定

、、。

5.1.2冻结加固形式可采用水平冻结或垂直冻结或采用两种方

摇,

式组合或根据工程特点设计更有针对性的冻结加固形式端头

,。

加固如采用复合加固方式或配合其他安全措施使用应在设计时

,

一并考虑冻结设计应考虑其他措施对冻结的影响

。。

5.1.3在满足冻结壁强度变形和构造要求的前提下宜减小冻

摇、,

结壁体积

。

5.1.4端头加固冻结设计应包含以下内容

摇:

1冻结壁设计应包括冻结壁形式方案比选厚度承载力和

摇、、

变形计算预估发展速度等效平均温度冻土强度等

、、、;

2冻结孔测温孔的布置

摇、;

3冻结制冷系统技术要求

摇;

4保温措施

摇;

5冻结壁监测

摇;

6洞门混凝土凿除的条件和技术要求

摇;

7冻结管拔除和封堵技术要求

摇;

8冻结管割除和封孔技术要求

摇;

9冻胀和融沉控制技术要求

摇;

10与盾构工序的协调配合要求

摇;

11对冻结有影响的不良或特殊水文地质条件及外界因素的

摇

评估和应对措施

;

·12·

12冻结施工对周围环境和构筑物管线等可能产生影响

摇()、

的分析评估监测保护要求

、、;

13重大风险的识别和应对措施

摇。

5.1.5地层冻结区域内有下列情况时应进行深入分析并采取针

摇,

对性措施

:

1地下水流速大于存在集中水流或地下水水位明显

摇5m/d,

波动

;

2在洞门附近透水砂层存在降水作业

摇;

3土层结冰温度低于或有地下热源

摇-2益;

4土层含水量低于

摇10%;

5洞门底部水头高度

摇逸20m;

6存在沼气古河道地层异物人工填土矿井采空区等不

摇、、、、

良或特殊地质条件

;

7扰动过的地层

摇;

8围护结构采用钻孔灌注桩或存在影响冻结加固的不利

摇

因素

;

9洞门附近存在渗漏水且呈明水流动状态

摇;

10加固范围在立交桥下铁路地铁等保护区内或加固范

摇、、,

围内存在重要水电气油通讯等管线

、、、、;

11江河湖泊附近

摇;

12附近有同步施工的其他地下工程

摇;

13可能影响地层冻结或地层冻结可能严重影响周围环境的

摇

其他情况

。

5.1.6当冻结壁表面直接与大气接触或通过导热物体与大气产

摇

生热交换时应在冻结壁或导热物体表面采取保温措施

,。

5.1.7在冻结壁形成及维护期间冻结壁内和冻结壁外区

摇,200m

域内的透水砂层不宜进行降水施工必须降水施工时冻结设计应

;,

充分考虑降水产生的不利影响并采取针对性措施

。

·13·

5.1.8采用泥水平衡盾构机异性盾构机或当盾构机直径大于

摇、

时应进行深入分析并采取针对性措施

10m,。

5.2摇冻结壁设计

5.2.1冻结壁设计应明确功能要求冻结壁按功能与要求分为

摇。

三类按表的规定确定应根据冻结壁功能要求分类选择

,5.2.1。,

不同形式和安全性能的冻结壁结构

。

表5.2.1摇冻结壁功能分类表

类别功能与要求说明

仅用于止水而无承载围护结构界面缝隙止水有裂隙的岩石

、

玉要求地层止水水泥系加固体中止水等

、

仅用于承载而无止水不透水黏性土层的加固等为盾构提供

,

域要求稳定基础

既要求承载又要求含水砂土层的加固与止水等为盾构提

,

芋止水供稳定基础

5.2.2端头加固常见冻结壁形式及功能要求宜符合以下规定

摇:

1当具备地面施工条件仅需承担围护结构破除时的水土压

摇,

力可采用垂直板式冻结壁亦可增加水平冻结孔作为辅助措施

,,;

2当埋深较大管线阻拦地面无场地等不具备垂直冻结孔

摇、、

施工条件时可采用水平冻结壁水平冻结壁可采用圆板式长杯

,;、

壁短杯壁或圆筒形等形式

、;

3有水泥系加固时可采用垂直或水平冻结作为辅助封水措施

摇,;

4玻璃纤维筋等不需凿除作业的围护结构可采用洞门圈外

摇,

圆筒形水平冻结辅助封水和为盾构提供稳定基础

;

5也可根据工程特点采用其他形式的冻结壁

摇;

6常见的冻结壁形式和功能要求可按表的规定确定

摇5.2.2。

·14·

表5.2.2摇常见冻结壁形式分类表

主要适用范围功能要求

类型示意图

盾构配合、要点、

主要适用范围

主要用于需:凿除的围护

1结.构

其;他情况也可采用

2冻.结壁功能要求。

杯底确保围护结:构凿除后

1洞.门内土体稳定

;

水杯壁辅助纵向封水

平2.软弱地层时为盾构;接收提

冻3供.稳固基础

结接收完成后;外圈不停冻

长

4为.施作洞门环,梁提供辅助,

杯

封水

壁。

冻盾构配合要点

结盾尾管片连续:打环箍

壁内衬结构围护结构冻结壁盾1.盾尾拼入冻结杯壁的;管片

1构—机中盾注浆;2环—箍环箍;3—盾构机;4掘—进2打.环箍注浆封堵盾尾来水

方向盾构工作井;5—;6—盾壳径向,注浆孔打聚氨;酯

;7—3环.箍封堵盾尾来水通道

确定,没有盾尾后方来水;后

盾4方.可顶破冻土底板

构

可配合钢套筒泡;沫混凝

接

5土.箱等辅助措施、

收。

主要适用范围

不需要凿除围护:结构

冻结壁功能要求。

:

水辅助纵向封水

1.软弱地层时为盾;构接收提

平2.

冻供稳固基础

结