地铁冷冻法施工工法.doc

地铁冷冻法施工工法中铁十二局集团有限公司广州地铁二号线过清泉街断裂带位于连新路下、 隧道上方应元路口交通繁忙， 地面周边 环境极 其复杂而且隧道的地质构造与地层岩性变化复杂，清泉街断裂带与地铁斜交，稳 定性差，导水性 强，施工难度高，风险大我们在施工中成功运用全断面隧道长距离水平 冷冻法施工技术，很好的解 决了这一技术难题，不仅完成了国内最长冻结长度的隧道冷冻 法施工，同时也取得了一定的技术经济 效益和社会效益我们将施工实践加以总结形成本 工法二、工法特点1、冻结加固体强度高，可以做到不漏水，洞内施工环境较好2、施工安全，隧道进洞开挖后，进展较快3、不受地表场地及深度限制，且不污染环境，对周边环境影响较小，适合城市地下建 设，特别 是繁华市区内工程建设三、适用范围本工法适用于对通过断层破碎带、 流砂层、淤泥层等易坍塌且富含水隧道的地层加固四、施工工艺（一）工艺原理冷冻法加固土体，矿山法开挖构筑的基本原理是 ：在隧道周围布置水平冻结孔，并在冻结孔中循环低温盐水，使冻结孔附近的含水地层结冰，形成强度高，封闭性好的冻结壁（冻结帷幕），然后在冻结壁的保护下运用矿山法进行隧道开挖与构筑施工 水平地层冻结加固和开挖构筑的主要施工顺序为：施工准备 冻结孔施工，同时安装冻结制冷系统安装冻结盐水系统和监测系统 积极冻结 试挖 隧道掘进与临时支护，维护冻结 永久支护 停止冻结。

其关键工序是冻结孔施工和 冻结过程的监测与控制（ 见图 1）施工准备冰结站安装土卜龙N?乡右左＞〔主/口 V曰尬5士翌左＞1 士＜30（3」试运濮^r-Rr检测设备）佥修保芥集配液圈安装卞式拥砌冻结管充填图 1 冻结施工程序(二)施工方法1、施工准备(1) 用风机房基坑作冻结施工工作井风机房基坑尺寸应满足冻结孔布置和打钻的需 要2) 工作井内设上、下人的扶梯用2#钢管搭建脚手架，并铺设5cm厚的木板作为冻结孔施工 平台施工平台上搭建雨蓬施工平台搭建要考虑隧道掘进施工的要求3) 冻结施工用电直接由工地变电站供给变电站与动力设备的开关柜之间用电缆连 接4) 在工作井下与地面之间敷设供、排水管各一道，并在工作井内设流量不小于30m/h的排水 用潜水泵一台5) 泥浆池也设在工作井内打钻设备用汽车起重机吊到工作井下2、冻结孔施工(1) 冻结管、测温管、水文管和供液管规格冻结管、测温管和水文管均选用壁厚不小于 7mm的© 108低碳无缝钢管，单根管材长度2 4m,采用丝扣连接冻结管连接用手工焊、补焊在含水层位置水文管设滤孔，滤孔面积为 10%供液管选用内径50mm的聚乙烯增强塑料管或钢管冻结管羊角用2#钢管。

2) 打钻设备选型针对水平冻结孔的施工特点以及施工场地的限制，要求所选用的钻机至少能打 70m长的钻孔并容易控制钻孔偏斜度，输出扭矩与给进力大，钻机的体积要小，分解方便，搬运 灵活为此，选用中煤煤炭科学研究总院研制的水平钻机，其主要技术性能参数为：输出扭矩2000 kN m给进及起拔力 50kN钻孔最大直径 ①127mm最大行程 480mm用冻结管作钻杆视地层不同采用刮刀钻头、牙轮钻头和全断面金刚石钻头，钻头后 面连接系自 行研制的逆止和密封装置 钻孔测斜采用专门研制 TY-1 型压电式高精度水平钻 孔陀螺测斜仪，浅部 用经纬仪灯光测斜校准3) 冻结孔质量要求根据建设方提供的施工基准点， 按冻结孔施工图布置冻结孔 孔位偏差不应大于 50mm 冻结 孔孔径为127mm冻结孔实际钻进深度应壁设计深度大钻孔的偏斜应控制在8%以内，成孔最大间 距不大于 2m4) 冻结孔开孔在冻结孔布孔高度范围内用①38mmd、口径钻钻孔检查地层稳定性，如有冒砂现象，则 需进行双液壁后注浆如发现土层水压较大，则需安装孔口管后再行钻进安装孔口管时 先用① 140mm金刚石取芯钻进250mm左右，然后插入孔口管并用锚固树脂锚固。

孔口管用①139x 6mm无缝钢管加工，旁路接'截止阀及泥浆管接头管口安装法兰及压紧密封装置5) 冻结孔钻进与冻结器安装① 按冻结孔设计方位要求固定钻机随钻机放入冻结管冻结管丝扣要补焊冻结管 下到设计深 度后下堵丝密封头部② 为了保证钻孔精度，开孔段钻进是关键钻进前 10 20m 时，要反复校核钻杆方向， 调整钻 机位置，并用经纬仪或陀螺仪检测偏差无问题后方可继续钻进③ 冻结管下入孔内前要先配管，保证冻结管同心度下好冻结管后，用测斜仪进行测 斜，然后复 测冻结孔深度冻结管长度和偏斜合格后安装底部密封丝堵，并进行打压试漏 冻结孔试漏压力控制 再 之间，稳定 30 分钟压力无变化者为试压合格④ 冻结管安装完毕后，用堵漏材料密封冻结管与基坑混凝土墙之间的间隙⑤ 在冻结管内下入供液管，然后安装去、回路羊角和冻结管端盖测温孔施工方法和 要求与冻结 孔相同水文孔安装后要进行洗孔，确保出水畅通3、 冻结制冷系统安装(1) 冻结制冷设备选型与管路设计① 选用YSKF20型冷冻机2套，YSKF16型冷冻机2套，当盐水温度在-24 ° C,冷却水 温度28° C时，其总制冷量为677680kcal/h冷冻机组电机总功率为610kw。

② 8SH-13A盐水循环泵2台，流量270nVh，扬程36m电机总功率90kw③ S冷冻水循环泵3台，流量200riT/h，扬程20m电机总功率QBL-200型冷却塔3台，电机总 功率④ 设盐水箱一个，容积 6m⑤ 盐水干管和集配液管均选用①219X 8mn和①159X 6mn钢管，集、配液管与羊角连接选用 2#高压胶管⑥ 冷却水管总管和支管分别选用 12#和 6#焊管⑦ 在去、回路盐水管路上安装压力表、流量计、温度传感器和控制阀门⑧ 冷冻施工冷却水用量为 50 m3/h, 总用电量约 780kw⑨ 其他冷冻机油：选用N40冷冻机油制冷剂：选用 R22 制冷剂冷媒剂：用氯化钙溶液作为冷冻循环盐水 冻结管封闭：冷冻端封头采用中煤公司的专利技术2) 冻结站布置与设备安装将冷冻站布置在风机房基坑附近地面站内设备主要包括配电柜、冷冻机、盐水箱、 盐水泵、清 水泵、冷却塔及清水池等设备安装按设备使用说明书的要求进行3) 管路连接、保温与测试仪表安装盐水和冷却水管路用法兰连接管路应固定牢固去、回路盐水管路和冷却水循环管 路上安装压 力表、流量计、流量计和控制阀门盐水管路经试漏、清洗后用聚苯乙烯泡沫 塑料保温，保温层厚度 为 50mm 保温层的外面用塑料薄膜包扎。

集配液圈与冷冻管的连接 用高压胶管，每根冻结管的进出口 各装阀门(或夹板)一个，以便控制流量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50mm的聚苯乙烯泡沫塑 料板保 温(4) 溶解氯化钙和机组充氟加油盐水(氯化钙溶液)比重为 ， 先在盐水箱内充满清水，逐步溶解氯化钙，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5) 积极冻结与维护冻结①冻结系统运转与积极冻结设备安装完毕后进行调试和试运转再运转时，要随时调节压力、温度等各状态参数，使机组在 有关工艺规程和设计要求的技术参数条件下运行在冻结过程中，定时检测盐水温度、盐水流量和冷 冻壁扩展情况，必要时调节冻结系统运行参数冷冻系统运转正常后进入积极冻结要求一周内盐水 温度降低至 -20 ° C 以下②开挖与维护冻结 在积极冻结过程中，要根据实测温度数据判断冻结壁是否交圈和达到设计厚度，测温判断冻土帷 幕交圈并达到设计厚度再进行探孔试挖，确认冻结壁内土层基本无孔隙水压后再进行正式开挖正式 开挖后，根据冻土帷幕的稳定性，可进入维护冻结，但盐水温度不应高于-18 ° G在开挖过程中，要 定期检测冻结壁暴露面的温度与变形，发现问题，及时处理。

4、冻结施工质量的检验与控制方法(1) 冻结孔施工质量检验与控制冻结孔施工使本工程的关键工序冷冻孔施工按下图2所示的“钻孔质量控制程序”进行其质 量要求和检验、控制方法见表 1(2) 冻结系统安装质量检验冻结系统安装质量是冻结施工的基本保证条件之一冻结系统安装质量标准与检验方 法见表 2(3) 冻结系统运转与冻结壁形成质量检验冻结系统运转正常是冻结壁按设计形成的前提条件冻结系统运转是否正常和冻结壁 是否按设计形成，直接影响冻结和隧道掘砌施工的安全和速度冻结系统运转与冻结壁形成质 量指标 与检验方法见表 3移位、找正调制泥浆I正常钻进、下管 1—测斜成孔测斜冻结器密封图 2 钻孔质量控制程序冻结孔施工质量的检验与控制方法表1序号检测内容设计要求检验与控制方法1冻结孔孔位偏离设计孔位不大于5cm以隧道中心线和隧道轨面（或腰线）为基准，用钢 卷 尺测量放孔位安装孔口管和成孔后对孔位进 行复核2冻结孔深比冻结长度大〜钻进时丈量钻杆或跟管钻套管长度成孔后下 1寸钢管复测孔深3冻结孔偏斜不大于8%用陀螺测斜仪测斜，开孔段用经纬仪灯光测斜校核 钻进时每隔10〜20m测量一次钻孔偏斜，并将测斜结 果绘制在控制图上。

下冻结管后复测偏斜，并绘制钻孔 偏斜透视图施工完所有冻结孔后绘制冻结壁交圈图 钻孔偏斜超标时下扶正器纠斜4冻结孔终孔间距不大于2m按冻结孔测斜资料计算终孔间距为了控制冻结孔最大孔间距，应先隔一个冻结孔钻进，然后根 据这两孔的偏斜情况，适当调整中间冻结孔的钻进偏斜5冻结管规格规格与钢号检查出厂合格证和检验报告与设计致6冻结管长度不小于设计施工时对每截冻结管材进行丈量、编号成孔后下1冻结深度寸钢管复测孔深7冻结管耐压在压力下用泥浆泵或手压泵注水大压为了保证冻结管的密封稳压30min性，在冻结管丝扣处涂抹密封剂8供液管规格规格与设计检查出厂合格证和检验报告一致9供液管长度不小于冻结供液管下到冻结管管底下供液管时用钢卷尺丈量供管长液管长度10冻结管充填充填量不小冻结结束后要对冻结管进行充填，以免冻结管锈蚀后于冻结管内导水充填用水泥浆或水泥砂，直接用砂浆 泵从供液体积的80%管泵入充填量按泵量计算冻结系统安装质量标准与检验方法 表2序 检测项目号1装备能力冷冻机装机容量检查设备铭牌和说明书盐水泵总流量784 1120mVh检查设备铭牌和说明书冷却水泵总流量>600mVh检查设备铭牌和说明书供电能力780kw由建设单位提供2冷冻 机 安 装底座找平水平仪找平用水平仪找平主机联轴器找正中心度误差w©，轴线偏斜w°用千分表量测管路连接按设备要求按产品说明书连接、调试电气连接按设备要求按产品说明书接线、调试试漏高压和低压系统试漏压力分别为和，稳压时间为18h用抽氟机打压真空试验保持24h回升w用抽氟机抽真空3一/ - 一 二丄二 P 一 /一丿 盐水系统安装船水泵底座找 平水泵联轴器 ■盐戈误隙 度间©差测 量泵轴封 主密。