联络通道冷冻法施工技术

5.2 溶解氯化钙和机组充氟加油 • 盐水（氯化钙溶液）比重为1.26，先在盐 水箱内充满清水，溶解氯化钙，再送入盐 水干管内，直至盐水系统充满为止，溶解 氯化钙时要除去杂质。 • 机组充氟和冷冻机加油按照设备使用说明 书的要求进行。首先进行制冷系统的检漏 和氮气冲洗，在确保系统无渗漏后，再充 氟加油。
3.2冻结孔、测温孔、卸压孔的布置
冻结孔采用在隧道两侧打孔的施工方案，按上仰、近 水平、下俯三种角度布置。开孔间距为0.5m～1.0m，冻 结孔数63个，左线50个，右线13个。 布置8个测温孔，左右线各4个，深度1～3m，一般定 在终孔间距较大的位置。卸压孔布置4个，左右线各2个， 深度1～2m。（详见冻结孔布置平面图、立面图）。
3.3.4 管路选择: • （1）冻结管选用Φ89×8mm,20#低碳钢无缝钢管, 丝扣连接,另加手工电弧焊焊接。单根长度1m～ 1.5m。 • （2）测温孔管选用Φ32×3.5mm,无缝钢管。 • （3）供液管选用Φ48mm钢管，采用焊接连接。 • （4）盐水干管和集配液圈选用Φ159×6mm无缝 钢管。 • （5）冷却水管选用Φ133×4.5mm无缝钢管。 3.3.5 用电负荷: • 总用电负荷约200kw/h。 3.3.6 其它: • 1.冷冻机油选用N46冷冻机油。 • 2.制冷剂选用氟立昂F-22。 • 3.冷媒剂选用氯化钙溶液。
地层冻结原理简图
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
冻结施工工艺
联络通道冻结加固及暗挖构筑工艺
冻结孔施工
施工准备 冻结站安装 检测系统安装
冻结器系统安装
冻结运转
隧道支撑
探孔试挖
拆钢管片
开挖、临时支护
永久支护
冻结孔封堵
土层注浆充填 冷冻站系统拆除
二、隧道中线及联络通道控制点复核
• 因里程及管片拼装误差，联络通道的方位角并不是设计理论上的0度， 为了钻孔不发生偏差，在施工前需要对隧道中线及联络通道控制点进 行测量来重新定方位角和高程。如下图
冷冻站平面布置图
• 冷冻机组的蒸发器及低温管路用棉絮保温，盐水箱和 盐水干管用50mm厚的保温板或棉絮保温。 • 联络通道两侧管片保温：由于混凝土和钢管片相对于 土层要容易散热得多，为加强冻土墙与管片胶结，联 络通道两侧管片内表面采取保温措施，以减少冷量损 失。 • 冻结孔施工侧即左线，首先将钢管片格栅内用素砼填 充密实，然后采用PEF板保温板对冻结帷幕发展区域 管片进行隔热保温。 • 右线隧道冻结管的端部区域范围内布置冷冻板，同样 将钢管片格栅内用素砼填充密实，然后采用PEF板保 温板进行隔热保温。 • 最后在PEF板保温板上喷射50mm厚聚胺脂进行隔热 保温。
4.1 施工准备 4.2 冻结孔定位与管片开孔 4.3 冻结孔施工顺序 4.4 钻孔偏斜和终孔控制 4.5 冻结孔钻进与冻结管设置
4.1 施工准备:
• 1.用φ48钢管在施工出入端头井内搭建脚手架，作 为连接隧道与地铁车站底层平台的便桥。 • 2.在隧道内敷设一条120mm2动力电缆，用于冻结 钻孔施工及隧道内冻结系统安装供电。 • 3.利用隧道内清水和排污管道，用于冻结孔打钻和 冻结站运转的供水和排污。 • 4.在联络通道施工工作面两端砌高约0.5m的泥浆挡 墙，以免冻结孔钻进时泥浆四溢影响隧道内环境整 洁。 • 5.用厚4~6cm的木板在联络通道处铺设冻结施工场 地，按不同位置的冻结孔钻进要求，用φ48钢管搭 建冻结孔施工脚手架。
6.2 试挖与维护冻结 • 在积极冻结过程中，要根据实测温度数据判断 冻土帷幕是否交圈和达到设计厚度，同时要监 测冻土帷幕与隧道的胶结情况，测温判断冻土 帷幕交圈并达到设计厚度且与隧道完全胶结后 再进行探孔试挖，确认冻土帷幕内土层基本无 压力后再进行正式开挖。试挖条件： • 1.测温孔 可根据测温孔实测数据，推算出冻土发展速度 及在该冻结时间内的冻土发展半径，从而算出 冻结帷幕厚度，再根据成冰公式或用作图法得 出冻结帷幕平均温度，若各个层位、部位冻结 帷幕的厚度和平均温度达到设计要求后，即可 打开管片进行开挖。
冷冻孔串联实际图
集配液圈冻结效果图
测温线布置（监测温度）
冷冻站一角
七、开挖与构筑施工
7.1 钢管片接缝焊接及预应力支架安装 7.2 安全应急门及应急盖板安装 7.3 开挖条件 7.4 开启钢管片 7.5 开挖方式及施工顺序 7.6 支护方式 7.7 开挖及支护质量要求
南京地铁二号线茶莫区间联络通道结构图
三、冻结方案设计
3.1冻结帷幕设计
根据联络通道埋深及地层特性，按照冻土帷幕设计有 效厚度：通道和泵站为2m，冻结帷幕平均温度为-10℃， 相应的冻土强度的设计指标为：单轴抗压3.5Mpa，抗折 1.8Mpa，抗剪1.5Mpa，进行三维数值分析。(见冻结加 固范围示意图)
• 2.卸压孔 在积极冻结过程中，卸压孔有两个作用，一是起到释 放冻胀压力的作用，另一方面根据显示的压力来判断 冻结帷幕是否交圈。 • 3.探孔 在打开管片前应进行探孔检查，探孔应打在冻结帷幕 薄弱处，探孔处无涌沙、突水现象，地层稳定，冻结 帷幕正常，测温效果良好，即可打开管片试挖。 • 4.盐水去、回路温差 正式开挖后，根据冻土帷幕的稳定性，可适当提高盐 水温度，进入维护冻结，但盐水温度控制在-25~28℃之间，冻结时间贯穿旁通道及泵房开挖和主体结 构施工始终。
3.3 制冷设计
3.3.1 冻结参数确定: • 1.积极冻结期盐水温度为-28℃～-30℃。 • 2.维护冻结期温度为-25℃~-28℃。 • 3.冻结孔单孔盐水流量不小于3m3/h； • 4.冻结帷幕设计平均温度为：-10℃(胶结面为-5 ℃ )； • 5.冻结帷幕设计厚度为：2m； • 6.冻结孔终孔间距Lmax≤1200mm，冻结帷幕交 圈时间为25天，达到设计厚度时间为40天。 • 7.积极冻结时间为40天，维护冻结时间为30天。
4.4 钻孔偏斜和终孔控制:
• 1.钻孔的偏斜应控制在1%以内，在确保冻土帷幕厚 度的情况下，单排孔相邻终孔间距不得大于1.2m， 集水井部位群孔相邻终孔间距不得大于1.6m，冻结 孔成孔最大允许偏斜150mm ，否则应补孔。 • 2.冻结孔钻进深度应不小于设计深度，钻头碰到隧道 管片的，不参与制冷循环的长度不大于150mm。
4.3 冻结孔施工顺序:
根据联络通道施工的孔位，采用由上向下的顺序进 行施工：即先施工穿透孔，根据穿透孔的偏差，进一步 调整有关的钻进参数，再按由上向下的顺序施工，这样 可防止因下层冻结孔的施工引起上部地层扰动，减小钻 孔施工时的事故发生率。
密封装置示意图
孔口装置示意图
孔口管及密封装置照片
开孔实际操作图
冻结加固范围示意图
冻结孔布置原则
• 根据所处地层及深度来确定冻结帷幕厚度，以满 足荷载的需要。冻结孔的布置要满足设计时间内 达到设计冻结帷幕的要求，使土层内形成一个封 闭的板块。 • 冻结孔放位时应避开管片主筋、螺栓、止水条， 避免对管片结构及防水的破坏。
冻结孔剖面布置图
冻结孔平面布置图
四、冻结孔施工
联络通道冷冻法施工技术
2009年5月23日
联络通道冻结法施工
一：冻结法概论 二：隧道中线及联络通道控制点复核 三：冻结方案设计 四：冻结孔施工 五：冷冻站安装 六：积极冻结与维护冻结 七：开挖与构筑施工 八：融沉控制 九：监测监控 十：风险源及对策
一、冻结法概论
• 人工地层冻结技术的发展地层人工冻结技术最早 于 1862年在英国应用 ,此后德国、比利时、美国、 法国、奥地利、荷兰、前苏联、瑞典和日本等相 继应用了冻结法。冻结法最初应用最多的领域是 矿山工程 ,但在其他工程领域起步也较早。 1886 年瑞典在一个长 24ｍ的人行隧道施工中成功应用。 此后作为一项成熟技术国外已广泛应用于地铁建 设中，国内早在上世纪90开始在地铁建设中进行 了该技术的应用和研究，同时利用国内外2个工程 应用实例，证明了冻结技术在地铁建设中的可靠 性和有效性。
4.5 冻结孔钻进与冻结管设置:
• 1.钻孔设备使用MD-50钻机一台，配用BW250型泥浆 泵，钻具利用φ89×8㎜冻结管作钻杆；冻结管之间 采用套管丝扣连接，接头螺纹紧固后再用手工电弧焊 焊接，确保其同心度和焊接强度。
测温管
卸压管
冻结管套管丝扣连接
• 2.正常情况下，钻进时安装简易钻头，如果钻进困难 遇到砂层，为防止钻进中返砂，在钻头部位安装一 个特制单向阀门。 • 3.冻结管到达设计深度后冲洗单向阀，并密封冻结管 端部。 • 4.钻进过程中严格监测孔斜情况，发现偏斜要及时纠 偏，下好冻结管后，进行冻结管长度的复测，然后 再用灯光测斜仪进行测斜并绘制钻孔偏斜图。冻结 管长度和偏斜合格后再进行打压试漏，压力控制在 0.8Mpa，前30分钟压力变化不大于0.05MPa，后15 分钟压力不变者为试压合格。 • 5.在冻结管内下供液管,然后焊接冻结管端盖和去、 回路羊角.
•现在地铁施工联络通道采用冻结法施工的城市很多， 有上海、南京、天津、武汉、杭州等，其联络通道 结构大同小异。有些地区在施工经验及专家意见下， 对冻结孔布孔方式、数量和结构方面作了很好的优 化。
•现冻结法施工的联络通道采用“隧道内水平冻结加 固土体、隧道内矿山法开挖构筑”的全隧道内施工 方案。即：在隧道内利用水平孔和部分倾斜孔冻结 加固地层，使旁通道及泵房外围土体冻结，形成强 度高，封闭性好的冻结帷幕。在冻土中采用矿山法 进行旁通道及泵房的开挖构筑施工，地层冻结和开 挖构筑施工均在区间隧道内进行。
压力测试实际图
五、冻结站安装
5.1 冻结站布置与设备安装
• 将冻结站设置在地铁车站中板上，占地面积约80平 方米，站内设备主要包括冷冻机、盐水箱、盐水泵 清水泵、冷却塔及配电控制柜等。设备安装按设备 使用说明书的要求进行。 • 管路用法兰连接，隧道内的盐水管用管架敷设在隧 道管片上，以免影响隧道通行。在盐水管路和冷却 水循环管路上要设置阀门和测温仪、压力表等测试 元件。盐水管路经试漏、清洗后用保温板或棉絮保 温，保温厚度为50mm，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，每组 冻结管的进出口各装阀门一个，以便控制流量。联 络通道主排冻结孔每2~3个一串联，其他冻结孔3~4 个一串联。