隧道联络通道冻结法施工及验收规范

隧道联络通道冻结法施

工及验收规范

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隧道联络通道冻结法施工及验收规范

（征求意见稿）

2018年10月8日

前言

本规范是根据《国家能源局综合司关于印发2017年能源领域行业标准制（修）订计划及英文版翻译出版计划的通知》（国能综通科技〔2017〕52号）的要求，由中煤第五建设有限公司会同有关单位组成编制组编制而成。

编制过程中，遵照国家基本建设的有关方针和政策，认真总结了近年来经实践证明有效和成熟的科技成果和技术工艺，以多种形式征求了全国市政工程系统有关方面专家和单位的意见，经反复研究，多次修改，最后经审查定稿。

本规范共分10章和3个附录等，包括总则、术语、基础资料、施工准备、冻结及相关设计、冻结施工、开挖与支护、监测与监控、验收、安全与绿色施工等。

本规范主编制、参编单位、参加单位、主要起草人和主要审查人：

主编单位：中煤第五建设有限公司

中煤隧道工程有限公司

河南能源化工建设集团有限公司

参编单位：

主要起草人：

主要审查人：

目次

Contents

1 general rule............................................................................. (1)

2 terms (2)

3 basic provisions .................................................... . 6

4 construction preparation ............................................. .7

General rule ....................................................... .7

basic data......................................................... .8

site preparation................................................... .9

5 freezing and related design (10)

general rule (10)

freezing wall design (12)

freezing hole design (16)

primary lining design (18)

design of prestressed support (18)

protection door design (19)

insulation design (19)

freezing station design (20)

power supply system (25)

6 freezing construction (27)

general rule (27)

freezing hole construction (27)

freezing pipe installation (30)

installation of liquid supply pipe (31)

freezing station installation (32)

refrigerating station running (33)

freezing wall detection and determination (34)

freezing and dismantling of refrigerating station (36)

7 excavation and support (37)

general rule (37)

prestressed support and protective door (37)

excavation preparation and trial excavation (38)

excavation (39)

lining construction (40)

waterproof construction (42)

permanent structure construction (43)

freezing hole filling and plugging (45)

filling and thawing grouting (45)

8 monitoring and monitoring (48)

general rule (48)

monitoring content (48)

monitoring requirements (48)

9 acceptance (52)

general rule (52)

initial support check (52)

waterproof layer acceptance (53)

permanent structure, finished product acceptance (53)

10 safety and green construction (54)

safety (54)

green construction (54)

Appendix A borehole construction record (56)

Appendix B drill down original record (57)

Appendix C operation chart of refrigerating station (58)

The specification specifies (59)

Quotation standard list (60)

Clause (61)

1 总则

为加强隧道联络通道冻结法施工管理，统一隧道冻结法施工技术及质量验收标准，确保施工过程的工程安全，环境安全和工程质量制定本规范。

本规范适用于以氯化钙盐溶液（简称盐水）为冷媒剂制冷系统的水平及近水平隧道联络通道冻结法施工及工程质量验收。

隧道联络通道施工合同和工程技术文件对施工质量的要求应符合本规范的规定。

隧道联络通道的施工应推广应用成熟的新工艺、新技术、新设备、新材料。

隧道联络通道冻结法施工除应符合本规范外，尚应符合国家有关标准的规定。

2 术语

联络通道 contact passage

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。本规范中的联络通道是通道和泵站的统称。

冻结法 ground freezing method

在施工地下构筑物之前，用人工冻结的方法，对构筑物周围含水地层进行冻结，形成具有临时承载和隔水作用并满足工程施工安全需要的冻结壁，然后在冻结壁的保护下进行构筑物掘砌作业的一种施工方法。

清水系统 clean water system

冷却塔与清水泵、闸阀、管路组装在一起形成的清水循环。

盐水箱与盐水泵、闸阀、管路组装在一起形成的盐水循环。

制冷系统 refrigeration system

冷冻机与闸阀、管路组装在一起形成制冷系统。

冻土圆柱 frozen soil column

冻结器与周围含水地层发生热交换并使周围含水地层冻结所形成的近似圆形的冻土柱。冻结壁 frozen soil wall

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。

冻结壁厚度 frozen soil wall thickness

冻结壁壁面上任一点与另一壁面之间的最小距离。设计冻结壁厚度系指在拟建构筑物开挖面外侧冻结壁所要达到的最小厚度。有效冻结壁厚度为拟建构筑物开挖面外侧冻结壁所达到的厚度。

冻结壁平均温度 average temperature of frozen soil wall

设计冻结壁冻结范围内温度分布的平均值。

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所需的时间。

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。

按设计要求布置在联络通道周围用于安装冻结器的钻孔，有水平孔、倾斜孔之分。冻结孔一般沿围绕构筑物的环线布置，该环线称冻结孔布置圈。

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。

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等组成。

用来观测和释放土层冻胀压力的孔。

布置在冻结壁及冻结降温区内、用于安装温度传感器监测不同时期地层温度分布状况的钻孔。测温数据用来计算冻结壁扩展速度、冻结壁厚度和冻结壁平均温度等冻结壁形成特性参数。

用以检查土体冻结效果的检验孔。

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。

检查冻结孔、测温孔、泄压孔的实际深度的工作。

在拟建联络通道附近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系统构成。

冻结法施工完成后，冻土在自然条件下缓慢解冻。

冻结法施工完成后，利用人工致热的方法将原冻结壁强制快速解冻。

联络通道掘进后未初次支护的通道。

联络通道正常钻孔前，在钻孔位置埋设一段带有法兰的钢管，是安装其它装置的基础这段钢管即为孔口管。

联络通道正常钻孔前，在孔口管上安装的用于防止钻进时泥水或砂喷涌的控制装置。

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。

人工冻结对地层土体产生的膨胀现象。

用于通道开挖过程中防止涌水、涌沙的安全门。

对隧道可施加预应力的一种被动支架，防止因冻胀、融沉对隧道产生的变形。

打透两条隧道，向开挖面对侧供盐水的孔。并用来检查隧道线间距、里程及标高。

对土体与初期支护、初期支护与二衬之间的裂隙用浆液进行充填的方法。

对地层自然或强制解冻造成土体融沉的一种注浆控制方法。

3 基本规定

盾构始发与接收冻结法施工应符合工程设计、施工组织设计、作业规程及施工安全措施等技术文件的规定。要求技术文件编制应采用先进的技术工艺，提出明确的工程质量标准和要求，制定相应的质量保证措施。

隧道联络通道冻结法施工现场质量管理应具有适用的施工技术标准、健全的质量管理体系。

隧道联络通道冻结工程施工质量控制应符合下列规定：

主要材料、半成品、成品、构配件符合设计要求应进行现场验收，按有关规定复验，并应经监理单位确认。

施工材料、设备和构件，必须符合设计要求及有关规范和产品质量标准，并应具有合格证明。（1和2调整下顺序）

各工序质量控制应符合施工技术标准，每道工序完成后应进行质量检查并形成记录。

质量合格指标应符合下列规定：

1 主控项目的质量达到100%，应为合格。

2 一般项目的质量达到95%及以上，应为合格。

3 应具有完整的施工质量验收依据和质量验收记录。

工程施工中必须建立技术档案，并应做好各种检测记录、隐蔽工程记录、质量检查记录等文件资料的收集、整理工作。工程竣工时应做好施工总结，竣工资料应真实、准确、齐全。

4 施工准备

一般规定

冻结地层的勘察工作应根据工程规模，在前期隧道勘察资料的基础上以及工程地质调查与测绘等工作的基础上确定。

冻结地层的勘察应包括工程地质调查与测绘、勘探、取样、室内试验以及冻结地层条件评价。

通过踏勘、调查、搜集资料及测绘，对冻结施工中的地质条件和地质问题作出评价，对设计、施工、防治处理及环境保护方案提出建议。

勘探工作应充分结合工程特点、交通条件、机具设备等因素，防止对地下管线、地下工程产生影响,必要时进行补勘。

进行钻探时，应有专项措施，确保施工安全。钻孔完工后应进行充填。

冻结施工前，应进一步查清联络通道处的详细地质资料，了解隧道施工情况，同时应查清冻结施工影响范围内的地下管线、构筑物及建筑物分布，提出施工中的保护措施。

建设单位组织完成设计交底，并进行图纸会审。

由隧道施工单位提供联络通道位置的实际施工里程和标高，由专业施工单位和监理单位进行复测和复核。

编制施工组织设计或施工方案应由建设单位组织专家评审并进行安全技术交底。

冻结施工所需的设备、仪器、材料应到达施工现场，主要包括钻机设备、冷冻设备、制冷剂、冻结管等。

应急预案已按程序上报并审批，应急物资准备齐全并摆放于施工现场。

施工场地具备路通、水通、电通“三通一平”条件。

基础资料

1施工前应查明周边地面环境及地下管线情况，包括周边地面及地下的建（构）筑物结构、设备、管线特征及其特殊保护要求、与拟建联络通道的位置关系等。

2 联络通道的勘察工作应在隧道勘察资料的基础上,应做详勘并提供勘察孔地质柱状图及相关描述，包括勘察孔全深范围内的土层分布图、土层名称、层顶标高、层厚、取样点位置、土体参数等。

3 联络通道的勘察孔应满足下列要求：

1）勘察孔应位于联络通道结构外侧，与联络通道结构边缘的距离应为3m～5m；

2）每一个联络通道处应至少布置2个勘察孔，其中一个为取样孔，必要时增加一个静探孔。

3）勘察孔深度应深入超过开挖深度至少10m，以便了解联络通道结构底部可能存在的不利地层情况。

4 应查明受联络通道施工影响范围内的岩土分布，以及土体和冻土的强度指标，并在勘察报告中说明。

5 勘察孔资料还应说明含水层及地下水活动特征。应包括含水层埋深、厚度、渗透系数、地下水水位及其变化幅度，以及含水层与地表水体的水力联系等。对于承压含水层，应详细分析其与联络通道结构或冻结钻孔的相对位置，及其对设计与施工的影响。

6 当联络通道附近含水层地下水活动频繁，应提供该含水层的地下水流向、流速等资料，冻结方案也应采取相应的技术措施。

7 应对联络通道附近的水源井、降水井进行调查，收集水源井、降水井的用途、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资料。

8 在联络通道附近透水砂层中，设计时应考虑周围降水对施工的影响。

冻土试验资料

1 冻土试验资料应包含土层的热物理特性指标。包括原始地温、结冰温度、导热系数、比热、冻胀率和融沉率。

2 冻土试验资料应包含冻土的物理力学特性指标。包括弹性模量、泊松比、抗压强度、剪切强度、抗折强度、蠕变参数等。

3 人工冻土、热物理性、物理力学性能指标宜通过冻土试验获取资料。

1 联络通道结构施工图。

2其他与联络通道冻结法设计，施工有关资料。包括拟建联络通道隧道区间平面图、剖面图，冷冻站安装位置及交叉施工情况，出土方向和位置。联络通道中心线与设计的实际偏差，附近工程施工的有关情况，隧道附近的交通及场地条件，地区气象资料等。

现场准备

管理、施工人员准备到位。

施工设备、材料准备到位。

5 冻结及相关设计

一般规定

地层冻结加固设计应确保钻孔施工、土方开挖和结构施工的安全，并使周围环境和建(构)筑物不受损害。

联络通道开挖后，冻结壁作为临时承载结构，并应设立初期支护。

采用冻结法施工的联络通道，其二次衬砌结构应按承受全部外荷载进行设计。

地层冻结设计应包含以下内容：

1 冻结壁设计

2 冻结孔、泄压孔、测温孔布置、冷排管、透孔设计

3 冻结制冷系统设计

4 对冻结壁的监测与保护要求

5 初期支护结构设计

6 应急防护门结构设计

7 隧道预应力支架设计

8 充填、融沉注浆工艺及要求

9 对周围环境和（构）筑物可能产生影响的分析

10 注浆工艺要求等

出现下列情况之一时，设计中应采取针对性措施：

1 工程特征出现下列情况之一时：

1）联络通道结构顶部覆土厚度小于6m，或大于25m;

2) 两隧道轴线间距大于20m，或小于9m；

3）区间圆隧道直径大于10m；

4）侧式泵站；

5）Z型通道；

6）叠加通道；

7）江底、湖底等水体下通道。

2 水文地质条件出现下列情况之一时：

1）地下水流速大于5m/d，有集中水流或地下水水位有明显波动；

2）土层结冰温度低于－2oC或有地下热源可能影响土体冻结；

3）土层含水量低、过饱和土层可能影响土体冻结强度；

4）在含有承压水砂层中施工；

5）存在沼气、暗浜、古河道等不良地质条件或因前期施工遗留的不利因素。

3 联络通道施工区域地面影响范围（影响半径为1倍中心埋深）竖向投影区域内存在下列情况之一时：

1）居民住宅、保护建筑、综合管廊及其他重要建（构）筑物或沉降敏感区域等；

2）城市主干道、城市高架桥或地下通道；

3）给水、排水、供热、燃气、航油等压力总管或干管、市政排水总管（合流总管）、110KV及以上高压电缆、军缆、通信等重要管线；

4）铁路、高速公路、机场跑道、已运营或已建成的轨道交通设施或大型越江隧道工程；

5）江河湖泊；

6）同步施工的其它地下工程。

4 其它影响因素

1）联络通道施工与盾构推进或铺轨等施工交叉作业；

2）土体中含有聚氨酯等隔热材料，且范围、分布难以确定；

3）用其他施工方法扰动过的地层；

4）在近3个月内进行过水泥系土体加固。

当冻结壁表面直接与大气接触或通过导热物体与大气产生热交换时，应在冻结壁或导热物体表面采取保温措施。

在冻结壁形成期间，冻结壁外200m区域内的透水砂层中不宜采取降水措施。必须降水施工时，冻结设计应考虑降水产生的不利影响。

冻结壁设计

冻结壁类别及结构形式选择应符合下列规定：

表冻结壁功能分类表

冻结壁结构形式选择应符合下列要求：

1 冻结壁宜按受压结构设计；

2 在含水砂性土层中应采用封闭的冻结壁结构形式；

3 冻结壁结构形式选择应有利于控制土层冻胀与融沉对周围环境的影响；

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；

开挖后冻结壁应设初期支护，冻结壁承载力设计应按承受全部荷载计算。

冻结壁设计基础参数应按照下列规定确定：

1 冻结壁的外荷载计算应符合下列规定：

1) 冻结壁的荷载应包括土压力、水压力、水体压力、土方开挖影响范围以内地表建（构）筑物荷载、地表超载及其它临时荷载。

2) 土压力和水压力对于地下水位以下的砂土、砂质粉土和碎石土宜按水土分算的原则计算；对于地下水位以下的粘性土、粘质粉土宜按水土合算的原则计算。

3) 垂直土压力按计算点以上覆土重量及地面超载计算；侧向土压力按朗肯主动土压力计算，也可采用经验公式计算；基底土反力按静力平衡计算。

侧向土压力计算的经验公式为：

式中：P s——为侧向土压力，MPa；

P

——为计算点的垂直土压力，MPa；

t

K——为侧压力系数，一般取K=。

2 冻结壁平均温度应根据冻结壁℃。

3 盐水温度与盐水流量的确定应符合下列要求：

1）盐水温度与盐水流量应满足在规定的时间内使冻结壁厚度和平均温度达到设计值的需要；

2）

3）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。

4）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℃。

5）冻结孔单孔盐水流量应根据冻结管散热要求、去回路盐水温差和冻结管直径确

定，冻结管内盐水流动状态宜处于层流与紊流之间。

冻结壁厚度设计应符合下列规定：

1 冻结壁厚度设计应根据联络通道的工程地质及水文地质条件、埋藏深度、结构、几何特征、和可能达到的冻结壁平均温度等综合条件确定。II类和III类冻结壁应按承载力要求设计冻结壁厚度。

2 冻结壁的计算方法应符合下列要求：

1）冻结壁内力宜采用结构力学或数值计算方法计算；

2）冻结壁的力学计算模型可按均质线弹性体简化，其力学特性参数宜取设计冻结壁平均温度下的冻土力学特性指标；

3）采用数值计算方法时，数值计算应建立合理的计算模型。对于隧道的钢筋混凝土衬砌的弹性模量、泊松比、重度、未冻土的弹性模量和泊松比、重度，冻土的弹性模量和泊松比、重度宜根据现场试验或者参考类似材料进行选取。

3 开挖后应及时进行初期支护，冻结壁的暴露时间不宜大于24h。

Kσ≤

式中：σ——冻结壁应力，MPa；

R ——冻土的强度指标，MPa；

K ——

表 III类冻结壁强度检验安全系数

5 有特殊要求的工程冻结壁设计时应验算冻结壁的变形，计算冻结壁最大变形不应超过30mm。

6联络通道与管片交界处的冻结壁设计厚度不应小于，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。

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：E yj——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。

表单排孔冻结壁（或冻土圆柱）单侧扩展速度设计参考值

2 冻结壁交圈时间可按下式估算：

式中：t jq——预计冻结壁交圈时间,d；

S

——冻结孔成孔控制间距,m；

max

v

——冻结壁单侧平均扩展速度,m/d。

dp

3 在冻结壁形成期，预计冻结壁厚度不应小于设计要求值，同时预计冻结壁平均温度不应高于设计要求值。

冻结孔设计

冻结孔布置原则

1冻结孔的布置必须满足能够形成有效的冻结壁厚度和平均温度的设计要求。

2冻结孔布置参数应包括冻结孔孔位、冻结孔开孔间距、成孔间距、冻结孔深度和冻结孔偏斜精度要求等。冻结壁形成参数应包括冻结壁交圈时间、预计冻结壁扩展厚度和冻结壁平均温度等。

3对于线间距小于20 m的联络通道，可采用从一侧布置冻结孔；对于线间距大于20 m的联络通道，宜采用从隧道两侧布置冻结孔。

4 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。