八区液氮冻结方案(1)

八区

液氮冻结封堵

施

工

方

案

编制：

审核：

审定：

中煤隧道工程有限公司

2012年12月

目录

目录 (1)

1. 工程概况 (2)

2. 液氮冻结施工 (3)

2.1液氮冻结施工工艺流程（见图3） (3)

2.2冻结孔施工 (4)

2.3 液氮冻结施工 (5)

2.3.1冻结系统安装 (5)

2.3.2制冷设计 (5)

2.3.3液氮需要量 (5)

2.3.4冻结时间估算 (6)

2.4施工总工期 (6)

2.5劳动组织 (6)

2.6施工安全措施 (6)

2.8主要冻结加固材料清单 (8)

3. 应急预案 (9)

4．融沉注浆 (13)

1. 工程概况

八区训练场西北面在最后2m的开挖施工过程中，有涌砂漏水现象，为保证后续工程开挖顺利进行，拟采取液氮冻结封堵地连墙接缝漏水点。

道外地区很少有地下顶管11米以下的项目，稍有不慎极易突发流沙，治理稍有延迟发生大量流沙毁灭道路，建筑物，各种管道下沉断裂后果严重。

具体的施工方法为：采用打1排5个液氮孔，冻结孔间距均为800mm，该排孔离地道桥水平间距800mm，离下水方渠水平间距约950mm，在两侧距离冻结管800mm距离处各布设一个测温孔，每根冻结管和测温管长度为12.8m。采用局部冻结法，冻结管结构见图4，冻结管隔板位于标高-7.100m处，底口标高-12.800m。冻结管选用Ф108×8mm不锈钢管，测温管选用Ф89×5mm不锈钢钢管,供液管选用φ32×3mm不锈钢管。冻结壁厚度取1.75m。

图1 冻结孔布置图

图2 冻结孔立面图

液氮冻结封水原理：液态的氮经过减压后，变为气态的氮气，在气化的过程中要吸收大量的热量。利用该原理，在漏水部要封水的部位布置好冻结孔让液氮通过冻结孔，从而使液氮气化过程中吸收冻结管周围土体的热量，达到土体快速冻结形成冻土维幕，达到封水的目的。

2. 液氮冻结施工

2.1液氮冻结施工工艺流程（见图3）

图3：施工工艺流程图

2.2冻结孔施工

采用1排5个液氮冻结孔冻结，间距800mm；液氮冻结管选用Ф108×8mm不锈钢管，测温管选用Ф89×5mm不锈钢钢管，供液管及系统连接管路选用Ф32×3.0mmR304不锈钢管。

选择XY－2型垂直钻机1台（电机功率22KW），进行钻孔，以泥浆护壁钻进，再下入冻结管。选用BW-250/50型泥浆泵1台，电机功率14.5KW。

图4 冻结管结构图

2.3 液氮冻结施工

2.3.1冻结系统安装

五个冻结管分成五组连接以保证冻结效果；液氮供应槽车设置在地面离冻结位置较近位置，利用?40×4不锈钢管将液氮接至冻结工作面，进行冻结。

2.3.2制冷设计

液氮冻结的关键环节为温度控制，根据以往液氮冻结的经验，液氮储罐出口的温度控制在-150℃～-170℃，压力控制在0.10MPa～0.15MPa为宜，冻结管出口温度控制在-50℃～-70℃，压力控制在0.05MPa～0.1MPa为宜，压力调节可使用液氮储罐上的散热板，温度调节使用每组进路中截止阀。

2.3.3液氮需要量

冻结体积为：长×宽×高＝5.4×2.2×7.9＝93.85m3。

每立方米冻土约需液氮2000Kg，则积极冻结时总需液氮量：

2000×93.85×1.6=300326Kg。

维护冻结按24小时计算，每组每小时约200 Kg,共分5组，每天维护冻

结需液氮量24×200×5=24000Kg，此次开挖完成暂定5天,如工期延长维护冻结液氮量将相应增加。

初步估计液氮消耗量，封水总共消耗量：300326+24000×5=420326Kg。2.3.4冻结时间估算

液氮冻结由于温度极低，冻土的发展速度也较快，根据液氮在冻结管中单位时间的蒸发量不同，冻土的发展速度约在1～5cm/h，根据以往工程的施工经验，取冻土的发展速度为10cm/天。

冻结帷幕要达到冻结壁厚度1.6m，需要冻土的发展半径约为1100mm，按冻土的发展速度为10cm/天，距此推算冻结时间为:

T=950/10=9.5天

为确保效果，需冻结11天，再通过测温孔的测温判断，方可进行后继施工。

2.4施工总工期

总工期 21天；

1．准备 1天

2．打钻 3天；

3．安装 1天；

4．积极冻结 11天；

5、维护冻结 5天。

2.5劳动组织

施工人员见下表

2.6

（1）进点前对全体施工人员进行安全施工交底，提高遵章守纪、安全生产、

文明施工、安全用电、用火、防液氮的安全意识。

（2）认真贯彻执行保安规程、井巷工程施工验收规范、安全操作规程等各项安全生产规程、规范，健全落实岗位责任制，忠于职守，各尽其责。

（3）健全组织、发挥专职安全工作人员的作用，建立以项目经理为第一责任者的安全生产责任制，支持兼职安全人员的工作，发挥他们的监督指导作用。

（4）合理使用并定期检查保养液氮设备，提高设备有效施工时间和效率，保证设备状况良好，杜绝跑、冒、滴、漏现象。

（5）强化生产指挥系统，做到分工明确、调度指挥有力、工序衔接合理，保证生产环境整洁有序，道路畅通，做到安全生产和文明施工。

（6）做好防汛、防火工作，冷冻系统以内严禁吸烟及明火，并备好消防器材，在必要的位置安装警戒牌。

（7）认真执行各项安全生产规定，严禁违章指挥和违章操作。

（8）液氮操作注意事项：

①操作人员开关阀门必须戴棉手套；

②液氮出气管尽量向上靠近地面2米以上；

③对于设备、管道、阀门的解冻，只能用水冲，严禁敲打、火烤和电加热。

④液氮储槽严禁油类、酸、碱等物质接触。

⑤非工作人员一律不准进入液氮区域，不得随意拨弄阀门、减压装置，发现问题及时通知供应商。

⑥蒸发器结霜严重时，及时做好除霜工作。

⑦密切注意槽车的储液量，若达到规定下限，应及时联系供应商送气。

⑧液氮泄露，立即关闭供液阀门，人员当心窒息（放空时尽可能远离）。在以下情况易发生窒息事故：在储槽、容器、管道排气口等的排出口；进入氮气吹扫过的容器；隧道及通风性能不好的地方。为防止窒息事故发生特规

定如下:

a未知密闭空间存在何种气体或知道有何种气体却未采取安全措施的严禁入内；

b在进入密闭空间或窒息性气体泄漏区前，应先进行打扫或清理工作，并用测氧仪测量环境中氧的含量。须确认含氧量在安全范围内或采取安全措施后方可进入；

⑨严格控制进气压力不超过2kg/cm2；

⑩液氮管路处设置安全警示牌。

2.8主要冻结加固材料清单

液氮冻结加固主要材料汇总表

3. 应急预案

3.1开挖抢险方案

3.1.1发生险情的组织和汇报程序、处理方案

（1）险情发生时，项目经理、项目总工、负责立即去现场组织抢险，抢险队伍火速抵达，按预定方案进行抢险。同时报告总包及业主单位。

（2）抢险领导小队队长在第一时间将险情的发生地点、状况向业主代表汇报。

（3）险情发生后，由项目总工及项目负责人在12小时内写出书面报告，报总包及业主单位，报告内容包括：事故发生的时间、地点、事故发生的简要经过、事故损失的初步估计、事故发生原因的初步判断、事故发生后采取的措施及事故的控制情况。

3.1.2开挖施工中遇到险情的具体方案

（1）窒息事故应急预案

将受伤人员移到通风处，进行人工呼吸。关闭漏气阀门，堵住漏源对现场进行通风。报告部门领导。

（2）低温冻伤应急预案

若发生冻伤事故，不要摩擦或活动冻伤部位，而是用40摄氏度以下的温水冲洗，使其温度缓慢回升。若全身大面积冻伤，应尽快脱去衣服再用温水

冲洗，使其升温。同时立即送医院治疗，若由于物料泄漏而造成，还要断开漏源。

（3）维护冻结时，为防止在基坑开挖过程中出现冻结温度升高而化冻、开挖面渗漏水砂等一系列可能引起严重后果的事件发生，本着“安全施工、预防为主”的原则，对此冻结施工作如下预案：

①开挖面有水渗出处理措施

如果开挖过程中有水渗出，立即停止施工，在第一时间由当班工长通知值班管理人员，同时对渗漏水点进行处理。若量很小，只是滴漏，并没有形成线流，可用双快水泥封堵，如果流量大，要用沙袋回填开挖面后商定处理方案。

冷冻站人员及时对渗水点进行观察，立即查找原因，调整冻结参数。

②开挖面有化冻现象处理措施

掘进施工人员如果发现已开挖暴露面不断土块掉下，且影响面积较大，而周围土体有松冻现象，应立即通知冻结站施工人员，由冻结施工人员根据判断情况，加强冻结，同时用保温板做好开挖面保温。

③当测点温度每天有1℃以上升高时处理措施

当测点温度每天有1℃以上升高时，查出温度升高原因，加强冷冻板液氮循环，加厚加宽该测温孔附近的保温层。

3.1.3其它措施

（1）冻结措施

①施工前对各系统进行严格调试，对各个环节严把质量关，精心调试，在施工前做到所有管路设备正常运转。

②安装各类计量和检测仪表，并预留备件；液氮正常循环前应进行管路施压渗漏检测；制定及实施检查和监督机制，做好记录和巡察工作，特别是要做好冻结管的打压工作。

③按照方案对各系统参数进行监测，做到每天一测，关键参数多次监测，发现问题立即处理，决不放过每个环节。

按设计，冻结达到要求准备开挖时，除根据测温孔温度情况外，还应在冻结可能存在的最薄弱部位打几个探孔，以确定冻土的强度，冻土强度达到设计值后，再实施开挖。如果达不到开挖条件，应组织有关专家、技术人员等进行现场分析研究，找出原因合理延长冻结期，待冻结壁完全达到设计厚度后方可正式开挖。

3.2抢险（应急）物资准备情况

3.3.1成立抢险领导小组

组长：项目经理

副组长：副经理

组员：项目部其他管理人员等

3.3.2救援队伍的组成

组建强有力的救援队伍，在发生突发工程事故时能在工程事故应急指挥领导小组的指挥下迅速启动。救援队伍由经理部和各项目队中抽调年轻

力壮的人员组成，并根据需要分为抢险小分队、救护小分队或机动小分队。

紧急事故发生时，抢险小分队在现场指挥统一调动下，有条不紊的实施工程抢险；救护小分队立即实施现场紧急救护，并与当地医院联系。机动小分队根据现场实际情况，机动调配，协助抢险小分队和救护小分队，以及做好其他现场处理工作。

抢险领导小组人员分工：

组长：全面负责、处理、协调施工工作的一切事物，落实措施，确保生产、生活的正常进行。

副组长：负责施工中所有施工方案、技术措施、抢险予案等工作的开展实施及施工现场质量、进度、安全。

组员：在抢险中负责施工机械、抢险人员的组织调动；安全文明施工日常检查工作，施工预案的准备工作；处理所有机械设备的故障。

施工及社会各方联系电话

当紧急情况发生时，由班组应急联络员或事故发现者立即向专职安全员报告；专职安全员获知后，须在事故发生立即向经理部领导及监理、业主代表汇报；经理部领导赶到现场在听取初步分析事故原因后，根据现场实际情况进一步分析事故原因，制定相应处理办法，并视情况通知附近居委会、防汛工程指挥部等。

3.4其它相关事项

3.4.1值班制度

每天值班时间：8：00～次日8：00，轮流滚动。

3.4.2材料设备管理制度

（1）储备物资的管理由物资部进行统一管理，分项目单独存放。

（2）储备物资的调用必须由抢险小组下令后方可领用。

（3）储备物资的定期检查、更换、补充、调整工作由物资部进行做好动态管理。

（4）储备物资、设备的使用培训由物资部组织、质检部门及工程部进行培训。

（5）所有储备物资不得挪作他用。

（6）在突发事件发生后，如储备物资不能满足现场需要时，物资部必须按紧急情况立即进行购置或从外单位借调，指令由抢险领导小组组长下达。

（7）一旦发生险情或需要其它施工单位配合的有关事宜，由值班人员或抢险领导小组组长立即向指挥部或现场项目工程师汇报，以便采取统一方案进行协调处理。

（8）在抢险过程中表现出来的先进人物、先进思想、先进事迹要及时的表扬认可，如需对外宣传报道的要上报指挥部，由指挥部统一安排对外宣传报道。

4、融沉注浆

冻结施工结束后拔除冻结管，安放注浆管，进行融沉补偿注浆。

施工进度计划

放空管主干管主闸阀

液氮槽车分配器

冻结器

液氮冻结施工示意图