联络通道冷冻法施工技术PPT课件
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。
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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。
联络通道冷冻法施工技术
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3.3.2 需冷量和冷冻机选型:
• 冻结需冷量计算：Q=1.2·π·d·H·K，根据计算需冷 量，选用W-YSLGF300Ⅱ型螺杆机组一台套，设计 工况制冷量为8.75×104 Kcal/h，电机功率100KW。 另外备用W-YSLGF300Ⅱ型螺杆机组一台。
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)
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
• （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。
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）。
联络通道冷冻法施工技术
冷冻法施工-工艺
冷冻法施工目录1.1工程概况 (1)1.1.1工程简介 (1)1.1。
2工程地质及水文地质 (1)1.2冷冻法施工工艺及特点 (2)1.2。
1施工工艺流程 (2)1。
2。
2冻结加固设计 (4)1。
3冷冻主要物资表 (7)1。
4冷冻施工时间表 (8)1.5冷冻的质量控制与监测 (9)1.5.1监测内容 (9)1.5。
2监测方法 (9)1。
6开挖与构筑施工 (10)1。
6.1开挖冻结技术指标 (10)1。
6。
2预应力支架安装 (11)1.6.3土方开挖 (11)1。
6.4支护结构 (11)1.7本工程的重难点及采取的措施 (12)1。
7。
1冻结壁与管片交接位置的处理 (12)1。
7.2钢管片与联络通道拱顶交接位置的处理 (12)1.1 工程概况 1.1.1 工程简介【南浦站～洛溪站区间】区间长度920m ，联络通道设置在里程YDK6+829。
561处，上方中心为花坛.联络通道埋深约16m,结构高4.25m ，宽3.8m ，长6。
54m 。
联络通道采用矿山法施工，结构形式为初期支护+二次衬砌。
联络通道结构见图1、2.图1 联络通道结构图图2 联络通道结构剖面图冷冻前已对联络通道范围地层采用Φ800＠600双管旋喷桩加固，相邻排错加固在08年12月中旬完成。
考虑到加固地层地下水流动性较强且位于,采用先联络通道开挖，后切割隧道管片的方法，即地层加固后，在地面两2。
5m 的钢护筒）至联络通道位置，然后再使用矿,在联络通道初衬完成后，最后切割管片连通隧道并施工二衬。
工程地质及水文地质［南浦站~洛溪站］联络通道顶部埋深为15.7m ，底部埋深19.8m ，穿越地层主要为<3-1〉粉细砂层。
联络通道上方是：<3-1>粉细砂层、〈2-2>、〈2-1A>淤泥及〈1〉杂填土等地层，下方是：<4—1>淤泥质土、〈5-2>硬塑粘土、〈6>全风化红岩、〈7〉强风化红岩等。
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地层冻结原理简图
冻结施工工艺
联络通道冻结加固及暗挖构筑工艺
施工准备
冻结孔施 工
冻结站安 装
冻结运转
冻结器系统
安装 检测系统安
装
隧道支撑 探孔试挖 拆钢管片 开挖、临时支 永久支护 护
冻结孔封堵 冷冻站系统拆
土层注浆充 填
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
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≤1200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。
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）。
冻结法加固联络通道施工技术 - 讲课文档幻灯片73页PPT
31、园日涉以成趣，门虽设而常关。 32、鼓腹无所思。朝起暮归眠。 33、倾壶绝余沥，窥灶不见烟。
34、春秋满四泽，夏云多奇峰，秋月 扬明辉 ，冬岭 秀孤松 。 35、丈夫志四海，我愿不知老。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
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。
联络通道冷冻法施工工艺工法(后附图片)
联络通道冷冻法施工工艺工法1前言1.1工艺工法概况人类首次成功地使用人工制冷临时加固土体是在1862年英国威尔士的建筑基础施工中，在我国煤炭建设中的应用也有整整40年的历史了。
而在其它岩土工程中的应用则刚刚起步。
1994年在上海地铁1#线旁通道施工采用了冷冻加固施工，利用人工制冷技术,使地层中的水变冰,把天然土变成冻土,增加其强度和稳定性,隔绝地下水与地下结构的联系,以便在冻结壁的保护下进行施工的一种特殊施工方法。
目前这项地层加固特殊技术被广泛地应用到世界许多国家的隧道、地铁、基坑、矿井、市政及其他岩土工程建设中，成为岩土工程尤其是地下工程施工的重要方法之一，在我国已经广泛应用于矿井深井加固、地铁联络通道及盾构进出洞端头加固、深基坑冻结帷幕墙等施工领域，应用前景十分广阔。
1.2工艺原理通过热量交换原理，将冷媒输送至冷冻管道，通过管道内的循环将土体中的热量带出，使土体中水分温度不断降低结冰，范围不断扩大，使施工区域外围土体冻结，形成强度高，封闭性好的冻结帷幕。
冷冻法加固地层的原理,是利用人工制冷的方法，将低温冷媒送入地层，把要开挖体周围的地层冻结成封闭的连续冻土帷幕，以抵抗外侧水土压力，并隔绝地下水与开挖面之间的联系，然后在这封闭的连续冻土帷幕的保护下，进行开挖和做永久支护的一种地层特殊加固方法。
制冷是由三大循环系统来完成的，分别为氟里昂循环系统、冷媒循环系统和冷却水循环系统。
进入地层的冷媒通过进、回管路与地层相连，通过冻结管与地层进行热交换，将冷量传递给周围地层，将地热通过冻结孔由低温冷媒传循环系统传给氟里昂循环系统，再由氟里昂循环系统传给冷却水循环系统，最后由冷却水循环系统排入大气。
随着低温冷媒在地层中的不断循环，地层中的水逐渐结冰，形成以冻结管为中心的冻土圆柱，冻土圆柱不断扩展，最后相邻的冻结圆柱连为一体并形成具有一定厚度和强度的冻土帷幕。
2工艺工法特点2.1封水性有自由水(一般情况下含水率应大于10%,否则要采取增加土层湿度的辅助工法)就能冻结成冻土,形成冻土壁。
联络通道施工工艺PPT课件
（1）、采用通用隧道多边形型钢加工的支架； （2）、 每榀支撑有8个支点，由5个OLD50螺旋千斤顶提供预应力， 每个点须能承受最大500KN的径向荷载； （3）、施工时应及时将松驰各个千斤顶拧紧； （4）、超过支架最大可承担荷载后需采用其它方法对隧道管片进行 加强。 1. 3预应力支架安装目的：
2015年5月27日
27
34.26
右线
C6
925
2015年5月27日
27
34.26
右线
C7
900
2015年5月26日
26
34.62
右线
C3为测量右线上部喇叭口冻结帷幕发展情况，C8为测量右线底部 喇叭口冻结帷幕发展情况，C9为测量左线上部喇叭口冻结帷幕发展情 况，C1、C2、C4、C5、C6、C7与冻结孔平行打设，此6个测温孔为测 量冻结帷幕剖面发展情况。
结天数控制为45天。 4. 2冻结期间注意事项： （1）、冻结区严禁积水； （2）、冷却水进出水温差宜为3~5℃ ； （3）、盐水去回温差：积极冻结期宜为1~4 ℃ ；开挖期间不宜大于2 ℃；
5、维护冷冻
5. 1冷冻天数： 冷冻天数为自冷冻开挖直至联络通道二衬结构施工完毕后，方可
停止冷冻，拆除冻结站，注意这里冻结期间的45天。 5. 2冻结期间注意事项： （1）、冻结区严禁积水； （2）、冷却水进出水温差宜为3~5℃ ； （3）、盐水去、回温差：积极冻结期宜为1~4 ℃ ；开挖期间不宜大于 2℃；
联络通道结构图
工程内 容 联络通道施工主要包括以下两大部分
冻结法施工概述及原理
1、冻结法概述 2、力学与热性质 3、盐水冻结系统
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3.3.2 需冷量和冷冻机选型: • 冻结需冷量计算：Q=1.2·π·d·H·K，根据计
算需冷量，选用W-YSLGF300Ⅱ型螺杆机 组一台套，设计工况制冷量为8.75×104 Kcal/h，电机功率100KW。另外备用WYSLGF300Ⅱ型螺杆机组一台。 3.3.3 冻结系统辅助设备: • 盐水循环泵选用IS125-100～200型1台，流 量200m3/h，电机功率30KW。 • 冷却水循环选用IS125-100～200C型1台， 流量200m3/h，电机功率30KW。冷却塔选 用NBL-50型二台，补充新鲜水15m3/h。
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四、冻结孔施工
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
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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。
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冻结加固范围示意图
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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。
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冻结孔剖面布置图
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冻结孔平面布置图
联络通道冷冻法施工技术
2009年5月23日
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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
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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
地层冻结原理简图
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冻结施工工艺
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联络通道冻结加固及暗挖构筑工艺
施工准备
冻结孔施工 冻结站安装
冻结器系统安装 检测系统安装
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 冷冻站系统拆除
土层注浆充填
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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
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4.2 冻结孔定位与管片开孔:
按冻结孔施工图进行冻结孔孔位放线，孔位布置首 先要依据管片配筋图和钢管片加强筋的位置，应避开管 片接缝、螺栓、主筋、止水条和钢管片肋板，误差一般 不应大于100mm，其中包括4个穿透孔。 • 1.在正式开孔前，利用隧道管片上的补浆孔钻Ф38mm 小孔径探孔，检查地层稳定性。
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南京地铁二号线茶莫区间联络通道结构图 9
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)
• 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。
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•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。
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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。
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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
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）。