冻结法施工之冻结参数确定
冻结法联络通道主要施工方案、方法及技术措施
冻结法联络通道主要施工方案、方法及技术措施1.总体施工方案（1）联络通道工程简介本工程盾构区间包含12座联络通道，其中7座联络通道和泵站合建，5座联络通道，其中9座采用冻结法加固，矿山法开挖；3座线间距超过20m（宁海路站～塘汉路站区间2#联络通道长39.9m），为提高施工效率，确保施工安全，采用机械法施工。
联络通道基本数据统计表（2）联络通道施工筹划本工程拟投入24台冻结设备（备用12台）、1台盾构设备组织施工。
2.冻结法联络通道施工工艺流程联络通道施工工艺流程图详见下图。
3.冻结施工及技术措施（1）冻结帷幕的设计按照冻结设计要求，确定联络通道冻土帷幕厚度水平通道外围有效厚度和喇叭口处两侧冻土帷幕有效厚度。
开挖区外围冻结孔布置圈上冻结壁与隧道管片交界面处平均温度不高于-5℃，其它部位设计冻结壁平均温度≤-10℃。
要求如下：联络通道施工工艺流程图1）开挖区外围冻结孔布置圈上冻结壁与隧道管片交界面处温度不高于-5℃，其它部位设计冻结壁平均温度小于等于-10℃；2）积极冻结时，在冻结区附近200m 范围内不得采取降水措施。
在冻结区内土层中不得有集中水流。
3）在冻结壁附近隧道管片内侧敷设保温层，敷设范围至设计冻结壁边界外1m 。
保温层采用的软质塑料泡沫软板，保温厚度不宜小于厚度60mm ，导热系数不大于0.04W/Mk ，应采用专业胶水将保温板施工准备冷冻法加固施工预应力支撑安装防护门安装钢管片拆除通道开挖施工监测防护门制作初支施工防水施工钢筋制作安装模板制作安装二衬混凝土浇筑拆模、养护、清理钢格栅加工蜜贴在隧道管片上，板材之间不得有缝隙；4）冻结壁受力采用许应力法计算，-10℃冻土强度指标：抗压强度为3.60MPa，抗折2.00MPa，抗剪强度为1.50MPa，安全系数抗压2.0，抗折3.0，抗剪2.0。
（2）冻结孔布置1）冻结孔布置联络通道冻结孔的布置均采取从左、右线隧道两侧打孔方式进行。
冻结孔按上仰、水平、下俯三种角度布置，联络通道根据不同长度设置不同数量冻结孔。
哈尔滨地铁2号线博工区间联络通道冷冻法施工技术
哈尔滨地铁2号线博工区间联络通道冷冻法施工技术(中国水利水电第四工程局有限公司轨道交通工程公司湖北武汉430000)内容提要文章介绍了哈尔滨地铁2号线博工区间联络通道冷冻法施工技术，包括该方法的冻结施工参数计算、工序划分及施工方法，分析总结了地铁联络通道冷冻法的关键技术，可为类似高寒地带工程施工提供参考。
1工程概况I.1区间概况哈尔滨地铁2号线博物馆站~工人文化宫站区间设置一处联络通道兼泵房，联络通道处线间距II.100m,拱顶覆土厚度约9.8m,底板埋深约17.6m,采用矿山法施工。
联络通道及泵站范围内有一根100给水管，埋深2.0m;—根燃气©219,埋深1.7m;排水<|>400,埋深2.4m;电力管，埋深1.3m。
1.2工程及水文地质状况博物馆站~工人文化宫站区间所处地貌为岗阜状平原，根据钻孔揭露和室内土工试验结果，该场地勘察深度内揭露的地层为第四纪地层。
表层由杂填土组成，上部地基主要由粉质黏土组成，下部主要由中粗砂厚薄不均黏性土组成。
根据勘探揭示的地层结构，勘探深度内场地地下水可分为上层滞水、孔隙承压水，该位置地下水位位于地下3.2m。
孔隙潜水初见水位埋深3.50~7.80m,地下水静止水位埋深为3.20~7.30m,标高115.33~117.58m(大连高程系)。
松花江阶地段孔隙承压转无压水初见水位埋深&80~11.50m,地下水静止水位埋深为8.5〜11.1m,标高11&54~119.84m (大连高程系)，抗浮设防水位123.5m。
1.3工程难点及控制原则(1)对周围环境控制要求较高隧道的抗变形能力较差，且联络通道地表存在道路及管线，变形控制要求高。
施工过程必须严格控制钻孔、开挖及冻胀、融沉对地层的扰动。
(2)结构施工环境较差通道结构承受的水压大，抗渗要求高。
结构施工环境差，空间狭小，通道拱顶混凝土不易振捣密实,要保证结构不渗漏水难度较大。
2冻结加固方案2.1施工工法根据类似工程施工经验，联络通道施工拟采用“隧道内水平冻结加固土体，隧道内暗挖构筑”的全隧道内施工方案，即:在隧道内采用冻结法加固地层,然后在冻土帷幕中采用矿山法进行通道的开挖构筑施工。
冻结法在地铁车站地墙接缝加固中的应用
冻结法在地铁车站地墙接缝加固中的应用地铁车站在地墙接縫加固的施工对于地铁整个建设的安全性非常重要，目前在施工中采用的主要方法是冻结法，本文针对施工中的施工特点以及冻结法的施工工艺进行了详细的分析，供相关的技术人员和管理人员参考。
标签：冻结法；地铁车站；接缝加固一、前言地铁车站在地墙施工的过程中，常常的会使用冻结法进行加固，目的是保证地铁车站的安全性，无疑采冷冻法有诸多的好处，但是在施工的过程中也需要注意很多问题，本文针对该问题进行了详细的分析。
二、井壁受到复杂外力作用由于粘土层的物理性质为遇水膨胀，受冻膨胀，暴露时间愈长膨胀体积愈大，冻结状态下强度不如砂层高，但蠕变变形大，使得粘土层段外壁受的压力增长快，数值大。
此外，砂层和粘土层交接处是应力和压力突变区，井壁受力最为不利。
当井筒施工由砂层进入到粘土层中时，井壁就会受到剪切、弯曲及径向压力等复杂外力的作用，使井壁容易产生破坏。
1.冻结时间短，井帮温度不均匀：井筒掘进到130m时，仅冻结100天，同时由于辅助孔的影响，局部井帮温度过低，致使井帮四周粘土层冻结壁蠕变变形能力不一致，使得外壁所受荷载不均匀，造成井壁容易破坏。
2.供冷量不足，冻土融化：由于井帮温度不同，而混凝土入模温度及硬化过程中产生的水化热是均匀一致的，因此使井帮冻土融化范围产生差异；由于冻结冷量不足，仅能维持冻结壁自身平衡和缓慢扩展，不能满足井帮融化土再次冻结所需的冷量，造成井壁不同位置所承受由融土自重产生的压力不同，在井壁薄弱部位出现裂纹或裂隙。
3.掘进速度过快，掘进段高大：井筒掘进速度过快，导致冻结时间过短，冻结跟不上掘进的需要。
另外，掘进段高也偏大，段高为4m。
而较大的掘进段高只有在冻结壁状态良好，井帮温度较低的情况下才适应。
三、冻结孔布置及制冷设计1.冻结孔的布置：根据冻结帷幕设计及旁通道的结构，冻结孔按上仰、近水平、下俯三种角度布置在旁通道和泵站的四周；在通道下部布置一排冻结孔，加强通道冻结效果，把泵站和通道分为两个独立的冻结区域，按施工图纸布置冻结孔。
冻结法联络通道施工工法
7、冻结法联络通道施工工法7.1 施工顺序在第一台盾构机掘进贯通后立即开始联络通道施工，采用冻结法进行地层加固，然后采用矿山法在区间隧道内直接进行联络通道的开挖、初期支护、防水和衬砌施工。
由于盾构隧道内施工空间狭小，机械设备运输、转场困难，选择从最先贯通的隧道内向另外一侧隧道侧施工。
由于冻结加固和后续结构施工工序之间工艺要求衔接紧密，合理的安排各个联络通道的开工时间，是实现联络通道安全、快速施工的关键。
7.2施工流程①施工准备→②冻结孔施工和冻结管路安装→③积极冷冻，隧道管片加固保暖→④水平钻孔检验冻结效果→⑤打开钢管片→⑥联络通道开挖并实施临时支护，全过程维护冷冻→⑦防水层施工联络通道内衬结构施工→⑧冻结孔封孔、地层跟踪注浆、撤离。
7.3冻结加固方案施工7.3.1 冻结帷幕7.3.2 冻结孔布置及制冷（1）冻结孔的布置冻结孔开孔间距：冻结孔取0.8～1.0m。
冻结孔偏斜控制，原则上不允许内偏，为减少冻土挖掘量，应控制终孔径向外的偏角在0.5～1.0°范围。
终孔间距最大控制在1.4m之内。
根据施工工艺确定，冻结管选用φ89×8mm低碳钢无缝钢管。
联络通道冻结施工冻结孔布置形式及数量见表。
联络通道冻结施工冻结孔布置形式及数量一栏表（2）制冷①冻结参数确定设计盐水温度为-28℃～-30℃。
冻结壁厚度：3.0m。
冻结孔单孔流量不小于4m3/h。
冻结孔终孔间距Lmax≤1400mm，冻结帷幕交圈时间为35天，达到设计厚度时间为45天。
积极冻结时间为50天，维护冻结时间为60天。
为保证缩短冻结时间，保证整体冻结效果，在另一侧盾构隧道的联络通道冻结相应位置处在管片内部设置保温层。
测温孔和泄压孔分别为8个和4个，具体位置视现场情况而定。
测温孔一般定在终孔间距较大的位置。
②需冷量和冷冻机选型冻结需冷量计算：Q=1.2·π·d·H·K式中:H—冻结总长度；d—冻结管直径：φ89×8mm；K—冻结管散热系数：1.2；将上述参数代入公式得：Q=1.2·π·d·H·K =61989Kcal/h选用YSLGF300型螺杆机组2台套，设计工况制冷量为87500 Kcal/h，电机功率95KW。
冻结深度的确定
1.冻结法定义用人工制冷的方法，将待开挖地下空间周围的岩土体中的水冻结为冰并与岩土体胶结在一起，形成一个按设计轮廓的冻土墙或密闭的冻土体，用以抵抗土体压力、隔绝地下水，并在冻土墙的保护下，进行地下工程的施工。
冻结法施工自1862年应用于工程实际以来，目前已广泛应用于立井工程、地基基础、基坑稳定、隧道工程和其他岩土工程。
2.冻结方案的选取针对不同水文、地质和工程条件，采用不同冻结方案，以达到最佳经济效益。
实际工程常用冻结方案有：（1）一次冻全深所有冻结孔的深度与最大冻结深度一致，并且全深一次冻结形成冻结壁的冻结方式。
包括单圈管、双圈管和异径管。
一般采用单圈管冻结方案，即只在井筒周围布置一圈冻结管。
当表土厚，要求冻结壁厚、平均温度低时可采用双圈管冻结，即在井筒周围布置两圈冻结管，为加速上部冻结，尽早开挖，可采用上粗下细异径管冻结，上部冻结管吸热面积大，冻结快，下部管吸热面积小，冻结慢。
（2）长短管（差异）冻结方棠长短管冻结，又称“差异冻结”——指冻结管的深度不同，长短管交错布置于一圈上，一次冻结形成冻结壁的冻结方式。
此方案主要用于同时冻结冲积层和含水基岩的情况。
长管超出短管深度的部分主要任务是冻结基岩、封堵地下水，而上部分则与短管共同形成承受水土压力的冻结壁。
（3）分段（分期）冻结方案当冻结深度较大，且水文、工程地质条件比较适宜时，可将整个冻结深度自上而下分为数段，分段冻结形成冻结壁。
这一方案的冻结管布置方式与一次冻全深相同，只是采用不同结构的冻结器来实现分段冻结的目的（4）局部冻结方案当只有局部地层需要冻结时，可采用局部冻结方案3.冻结深度的确定井筒冻结深度应符合下列要求：1.井筒冻结深度必须穿过冲积层、风化带至稳定基岩10m以上，或超过永久支护5-8m；2.基岩涌水量较大时，经论证后，应加深冻结深度；3.根据临近矿井施工经验。
《煤矿冻结法开凿立井工程暂行技术规范-5》(2011版)冻结孔深度应符合下列规定：⑴单圈冻结孔、多圈冻结孔的主冻结孔的深度不应小于井筒冻结深度，深入不透水基岩深度宜按冻结深小于300m为10M；300～400m为10～12m；400～500m为12～14m大于500m为14～18m。
第一章冻结法施工
特殊凿井绪论一、特殊凿井分类特殊施工是相对于普通施工技术而言，可定义为：在松散不稳定含水地层，或在涌水量很大的稳定裂隙岩层中，采用围岩加固、堵水、超前支护或采用大型钻井机械施工的技术，这种技术主要有：冻结法、注浆法、钻井法、沉井法、混凝土帷幕法等表土施工技术。
深表土——冻结法、沉井法、钻井法、注浆法。
特殊凿井施工技术按其实质和特点可分为三类：1、超前支护类在地下工程挖掘之前，采用超前支护以隔绝或减少流砂和地下水的涌入，然后在超前支护的保护下掘进，属于此类者有：沉井法、混凝土帷幕法。
2、围岩加固类在地下工程开凿之前，采用措施暂时，永久地加固围岩，改善围岩的稳定条件，而后进行掘砌作业，如冻结法、注浆法等。
3、机械破岩类应用大型机械直接破岩、出矸，使卸掘砌作业机械化图钻井法等。
二、岩特殊凿井的历史53 年新汶孙村矿注浆井首次采用深井法。
55 年新汶张庄矿首次在井筒进行工作面预注浆55 年开滦矿物局林西矿采用冻结法（波兰设计与施工）56 年开滦矿物局唐家矿采用冻结法（苏联指导，自己设计施工）58 年峰峰矿物局薛村矿主井采用地面预注浆69 年淮北矿物局朔利村南风井采用钻井法74 年鹤岗矿物局兴安矿南风井采用混凝土帷幕法目前：①沉井法（沉箱法）于90年代在煤矿使用，软表土地基中土建工程用的很多。
沉深192m——曲阜单家村主副井，上海基础公司沉井。
②帷混凝土帷幕法84年施工新汶鄂庄注浆井是使用，单深57m主要用于地下挡土墙，水电部的应用较多，③钻井法主要在西淮地区，© 9m单深513m④冻结法，目前龙崮主副风井三个井筒采用，副井冻结深度650m巨野煤田郭屯冻结达到702m国投新集口孜东主井冻深737m万福主井894m万福副风井840mm⑤注浆法遍及各矿区主井，平巷，硐室均在采用。
主要内容：冻结法、注浆法、钻井法、沉井法、混凝土帷幕法看录像。
第一章：冻结法施工冻结法应用较多，尤其对深层表土的矿区，目前冻结法施工逐渐有城市的地铁发展，这里我们以矿区为例介绍。
现代土木工程施工技术-冻结法施工
2、应用分类 当遇到涌水、流砂、淤泥等复杂不稳定地质条件时采用。 1、软土隧道及地铁； 2、在河下、铁道和其他建筑物下的隧道； 3、桥墩基础； 4、地基托换; 5、矿山及地下工程 6、大直径围岩 7、市政工程中的上下管道及其它
3、冻结施工方案 1、直立和倾斜冻结管交替冻结方案； 2、直立冻结管冻结方案； 3、水平布置冻结管方案
土中水结冰的五个过程： （1）冷却段：土体逐渐降温到冰点。 （2）过冷段：土体降温到0°C以下，自由水尚不结冰，呈现过冷现象。 （3）突变段：水过冷后，一旦结晶就立即放出结冰潜热，出现温升过程。 （4）冻结段：温度上升到接近0°C时固定下来，土体中的水便产生结冰过程，矿物颗粒胶结为一体形成冻土。 （5）冻结继续冷却，冻土的强度逐渐增大。
冻土特性
冻土是一种非均质、各向异性的非弹性材料。 表现有：流变特性（蠕变）； 松弛特性； 强度随时间降低。
01
冻土强度
冻土的破坏形式有塑性破坏和脆性破坏两种。其影响因素有：颗粒成分、土温、含水量、应变速率
02
11.3 人工冻土的力学特性
制冷设计
4
冻土壁参数设计
3
冻土壁结构设计
2
1
常规冻结的施工工序
冻结器间距：是影响冻柱交圈和冻结壁扩展速度的主要因素，冻结器间距增大，交圈时间延长，冻结壁扩展速度减慢。
冻结圆柱的相交初期：交圈界的厚度发展较快，很快能赶上其他部位厚度。
冻结壁扩展速度：随土层颗粒的变细而降低，砂层的冻结速度比黏土快。
冻结器内的盐水温度和流动状态：是影响冻土扩展速度的重要因素。盐水量降低，冻结速度提高，盐水由层流转向紊流，冻结速度提高20%～30%。
2、地下水对冻结的影响 （1）水质影响 水中含有一定的盐分时，水溶液的结冰温度就要降低。 （2）水的性态影响 土质结构、土的固结度、土的渗透性、土中水流速度等对冻结速度都有一定的影响。
GB T 51277 矿山立井冻结法施工及质量验收标准
10.1冻结管回收 10.2冻结管（孔）充填 10.3冻结管（孔）充填质量验收
11.1一般规定 11.2氨及盐水回收 11.3污染源控制 11.4职业健康
4.1一般规定 4.2地质资料 4.3地层冻结方案 4.4冻结壁参数设计 4.5冻结壁厚度计算 4.6冻结孔布置 4.7冻结时间 4.8观测孔布置 4.9制冷站制冷系统
10.1冻结管回收 10.2冻结管（孔）充填
11.1一般规定 11.2氨及盐水回收 11.3污染源控制 11.4职业健康
读书笔记
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本标准适用于冰点高于-2℃、地下水流速小于5m/d、地温低于35℃、冲积层厚度小于700m、冻结深度小于 950m的立井井筒冻结法施工及质量验收。
目录分析
1总则
中华人民共和国住 房和城乡建设部公
告
2术语
1
3基本规定
2
4冻结设计
3
5冻结钻孔施工 与验收
4
6冻结器安装与 验收
5
7制冷站安装与 运转
5.1一般规定 5.2钻孔施工 5.3钻孔偏斜控制 5.4冻结钻孔验收
6.1一般规定 6.2冻结器安装 6.3冻结器验收
7.1一般规定 7.2制冷站安装 7.3制冷站运转 7.4制冷站安装验收
8.1温度观测孔及冻结器检测 8.2水文观测孔检测 8.3冻结壁形成的判断
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冻结参数确定
教学目标：冻结法施工的冻结参数确定
课时：1
教学内容：
一、冻结法的实质和适用条件
1、实质
人工冻水成冰，抵抗地压
2、适用条件
各种不稳定的松散含水层或含水丰富的岩层中
二、工作原理
1、压缩循环
2、水循环
3、冷盐水循环
三、冻结参数
1、表土地压
p=0.013H
p: 计算深度处地压，MPa
H: 计算深度，m
2、冻结壁厚度计算
'100m内
按第三强度理论计算公式为：
按第四强度理论计算公式为：P69
D。
＝Dj十2(ηEd十eH)
Ed——冻结壁厚度，m；
r ——冻结壁内半径，m;
p ——计算截面深度处地压，P＝0.013H,MPa
H ——计算截面深度，通常取表土深度，m；[σ]——冻土的容许应力，[σ]=σ/K,MPa
σ——冻土极限抗压强度，取冻土长时强度，MPa，K——安全系数，一般取K＝2.0~2.5；
3、冻结孔布置
D2=D1+2*0.55E+2mH
式中：D2——冻结孔布置圈直径，m
D1——井筒掘进直径，m,
E———冻结劈厚度，m,
H——冻结孔深度，m,
m——钻孔允许偏斜率,
当冲积层厚度<300m时,
m＝0.2-0.3％I
当冲积层厚度＞300m时,
M＝0.3-0.35％
冻结孔数目采用以下公式计算:N=πD2/l
N——冻结孔数目，个
D2——冻结孔布置圈直径，贝；
l——开孔间距，m
冲积层厚度＜300m时，l＝1．2~1．4m，通常取l.3m
冲积层厚度＞300m时，l=1．25~1．30M。
4、冻结时间确定
冻结壁达到设计厚度时，所需冻结时间
T=R/v
式中：
T——冻结时间，d
R——冻结圆柱扩展半径，mm
v——冻土扩展速度，mm/d
5、冻结能力
Q＝KqπdHN
式中:
K——冷量损失系数，一般K＝1．1~1．2；
q——冻结管单位面积导热能力，一般为921~104 rkJ／(m2．h)；d——冻结管外直径，m；
H——冻结管深度，m；
N——冻结管数目，个．
四、小结
五、作业
80-85m，井直径6m，求D2、Q、T。