地铁冷冻法施工工法.docx

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1、地铁冷冻法施工工法中铁十二局集团一、前言广州地铁二号线过清泉街断裂带位于连路下、隧道上方应元路口交通繁忙，地面周边环境极其简单。而且隧道的地质构造与地层岩性变化简单，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，同时也取得了肯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本钱工法。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

2、，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裂开带、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，矿山法开挖构筑的根本原理是：在隧道四周布置水平冻结孔，并在冻结孔中循环低温盐水，使冻结孔四周的含水11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展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挨次为：施工预备 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乐观冻结试挖隧道掘进与临时支护，维护冻结永久支护停顿冻结。其关键工序是冻结孔施工和冻结过程的监测与掌握(见图

3、1)。施工预备施工机房、根底冻结站安装集配液圈安装盐水系统安装、保温冻结器安装充 R22、化 CaCl 、试运转2设备检修保养正常运转检测试挖正式掘砌冻结管充填拆除图 1 冻结施工程序二施工方法 1、施工预备(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

4、于 30m3/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 24m,承受丝扣连接。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 的聚乙烯增加塑料管或钢管。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 长的钻孔并简洁掌握钻孔偏斜度，输出扭矩与给进力大，钻机的体积要小，分解便利，搬运敏捷。为此，

5、选用中煤煤炭科学争论总院研制的水平钻机，其主要技术性能参数为：输出扭矩2023kNm 给进及起拔力50kN钻孔最大直径 127mm最大行程 480mm用冻结管作钻杆。视地层不同承受刮刀钻头、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。钻孔测斜承受特地研制 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) 冻结孔质量要求依据建设方供给的施工基准点，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 0.5m。钻孔的偏斜应掌握在 8以内，成孔最大间距不大于 2m。(4) 冻结孔开孔在冻

6、结孔布孔高度范围内用38mm 小口径钻钻孔检查地层稳定性，如有冒砂现象，则需进展双液壁后注浆。如觉察土层水压较大， 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1396mm 无缝钢管加工，旁路接 1.5截止阀及泥浆管接头。管口安装法兰及压严密封装置。(5) 冻结孔钻进与冻结器安装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。为了保证钻孔精度，开孔段钻进是关键。钻进前 1020m 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前方可连

7、续钻进。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，用测斜仪进展测斜，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，并进展打压试漏。冻结孔试漏压力掌握再0.81.2MPa 之间，稳定 30 分钟压力无变化者为试压合格。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。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一样。水文孔安装后要进展洗孔，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选用 YSKF20 型冷冻机 2 套，YSKF216 型冷冻机 2 套，当盐水2温度在-24C，冷却水温度

8、28C 时，其总制冷量为 677680kcal/h。冷冻机组电机总功率为 610kw。8SH-13A 盐水循环泵 2 台，流量 270m3/h ，扬程 36m，电机总功率 90kw。S125-100-200 冷冻水循环泵 3 台，流量 200m3/h ，扬程 20m， 电机总功率 55.5kw;DBL-200 型冷却塔 3 台，电机总功率 16.5kw。设盐水箱一个，容积 6m3。盐水干管和集配液管均选用2198mm 和1596mm 钢管，集、配液管与羊角连接选用 2#高压胶管。冷却水管总管和支管分别选用 12#和 6#焊管。在去、回路盐水管路上安装压力表、流量计、温度传感器和掌握阀门。冷冻施

9、工冷却水用量为 50 m3/h,总用电量约 780kw。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：冷冻端封头承受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四周地面。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展。(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。管路应固定结实。去、回路盐水管路和冷却水循环管路上安装压力表、流量计、流量计和掌握阀门。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

10、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，以便掌握流量。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 1.2601.265,先在盐水箱内布满清水，逐步溶解氯化钙，再送入盐水干管内，直至盐水系统布满为止， 溶解氯化钙时要除去杂质。(5)乐观冻结与维护冻结冻结系统运转与乐观冻结设备安装完毕后进展调试和试运转。再运转时，要随时调整压力、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

11、展状况，必要时调整冻结系统运行参数。冷冻系统运转正常后进入乐观冻结。要求一周内盐水温度降低至-20C 以下。开挖与维护冻结在乐观冻结过程中，要依据实测温度数据推断冻结壁是否交圈和到达设计厚度，测温推断冻土帷幕交圈并到达设计厚度再进展探孔试挖，确认冻结壁内土层根本无孔隙水压后再进展正式开挖。正式开挖后，依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-18C。在开挖过程中，要定期检测冻结壁暴露面的温度与变形，觉察问题，准时处理。4、冻结施工质量的检验与掌握方法(1)冻结孔施工质量检验与掌握冻结孔施工使本工程的关键工序。冷冻孔施工按以下图 2 所示的“钻孔质量掌握程序”进展。其质量要求和检

12、验、掌握方法见表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根本保证条件之一。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3。表施工预备搭设工作平台测量定孔位钻机安装定向开孔安装孔口装置、导向管、扶正器移位、找正调制泥浆正常钻进、下管测斜纠 偏成孔测斜冻结器密封试压单孔完成图 2 钻孔质量掌握程序冻结孔施工质量的检验与掌握方法 表 1序号检测内容设计要求检验与掌握方法1冻结孔

13、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展复核。2冻结孔深比冻结长度大 0.5m 1.5m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1020m 测量一次钻孔偏斜，并将测斜结果绘制在掌握图上。下冻结管后复测偏斜，并绘制钻孔偏斜透视图。施工完全部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。为了掌握冻结孔最大孔间距，应先隔一个冻结孔钻进，然后依据这两孔的偏斜状况

14、，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与设计全都检查出厂合格证和检验报告。6冻结管长度不小于设计冻 结 深 度0.5m施工时对每截冻结管材进展丈量、编号。成孔后下 1 寸钢管复测孔深。7冻结管耐压在 0.8 1.2Mpa 压力下稳压 30min用泥浆泵或手压泵注水大压。为了保证冻结管的密封性，在冻结管丝扣处涂抹密封剂。8供液管规格规格与设计全都检查出厂合格证和检验报告。9供液管长度不小于冻结管长 0.5m供液管下到冻结管管底。下供液管时用钢卷尺丈量供液管长度。10冻结管充填充填量不小于冻结管内体积的 80冻结完毕后要对冻结管进展充填，以免冻结管锈蚀后导水。充填用水泥浆或水泥砂，

15、直接用砂浆泵从供液管泵入。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序检测工程设计要求试验、检验方法号装冷冻机装机容727.4kw检查设备铭牌和说明书备量1能盐水泵总流量7841120m3/h检查设备铭牌和说明书力冷却水泵总流600m3/h检查设备铭牌和说明书量供电力量780kw由建设单位供给底座找平水平仪找平用水平仪找平主机联轴器找中心度误差 0.075mm,用千分表量测冷正轴线偏斜0.03冻管路连接按设备要求按产品说明书连接、调试机电气连接按设备要求按产品说明书接线、调试2安装试漏高压和低压系统试漏压力 分 别 为 1.8MPa和用抽氟机打压1.2MPa，稳压时间为 18h真空

16、试验5.332kPa 保持 24h 回用抽氟机抽真空升0.667kPa盐盐水泵底座找水平仪找平用水平仪找平水平系盐水泵联轴器中心度误差 0.1mm,间用千分表量测3统找正隙0.3mm安泵主轴密封滴油 1020 滴/min试运转装盐水管路安装按冻结系统设计图按图检查盐水管路试漏打压 0.8MPa 稳定 10min用手动打压泵打压清清水泵底座找水平仪找平用水平仪找平水平系清水泵联轴器中心度误差 0.1mm,间用千分表量测4统找正隙0.3mm安泵主轴密封滴油 1020 滴/min试运转装 清水管路安装按冻结系统设计图清水管路试漏打压 0.3MPa 稳定 10min5 电气系统耐压试验 低压系统耐压

17、1000v6 盐水浓度盐水比重为 1.261.265按图检查用手动打压泵打压用摇表试压用比重计量测冻结系统运转与冻结壁壁形成质量检验方法表 3序号检测内容设计要求1 冻结制冷系统制冷系统运转正常，系运转统状态参数符合设备要求2 盐水温度设计最低盐水温度检验方法检测去、回路盐水温度、流量和冷却水温度，检查冷冻机上的掌握仪表读数。用精度为 0.3的周密温度计-24-28,开冻 7 天达检测去路干管盐水温度到-203冻结壁交圈时冻结壁交圈时间30d观测水文孔水压，压力明显上升间时为冻结壁交圈。4冻结壁到达设到达冻结壁设计厚度依据测温孔测温数据确定。计时间为 35 天厚度时间5冻结管工作状冻结管无断裂

18、通过监测盐水箱液面与冻结器态回液软管积霜检查冻结管是否漏盐水。五、机具设备(见表 4)机具设备表表 4序号名称规格型号数量用途1钻机MKD5S4用于打钻2泥浆泵TBW850/504用于打钻3除砂泵自制1用于打钻4水平测斜仪TY12用于打钻5水平定向仪自制2用于打钻6造斜器自制3用于打钻7扶正器自制10用于打钻8电焊机BS4004用于打钻9泥浆测定仪1用于打钻10试压泵2用于打钻11冷冻机YSKF2202用于冻结12冷冻机YSKF2162用于冻结13冷却塔DBL2003用于冻结14盐水泵8SH13A2用于冻结15清水泵IS1251002003用于冻结16测温仪自制14用于冻结17流量计5用于冻结

19、18抽氟机自制1用于冻结六、劳力组织劳力组织 一个工班表 5序号岗位工种人数说明一钻孔施工541技术负责人12钻探工程师13材料员14钻工305泥浆站工46焊工127车工18钳工29电工2二冻结施工211技术负责人12工程师13材料员14质检员15安全员16电工27焊工28制冷综合工12七、质量掌握措施1、为了确保施工安全，在打第一个冻结孔时，准时分析主要地层钻进过程的参数变化状况，检查地质、水文状况，如有特别，准时实行措施，必要时修正冻结钻孔施工参数。2、提高冻结施工质量标准。限制冻结孔向隧道内偏斜，最大孔间距一般掌握在 2.2m 以内，如个别超标，将整体分析交圈状况，打算是否承受补孔措施。

20、3、为了保证冻结工程质量，将使用国内最先进的高精度水平陀螺仪、纠偏组合钻具、氟里昂螺杆盐水制冷机组和冻结工程监测系统。4、不同的地质条件使用不同的钻头，合理承受钻进技术参数， 严格掌握钻进压力，预先估量钻杆、钻具的自重影响，适当抬起钻杆角度，消退钻杆、钻具自重因素而造成的偏差。5、钻进过程中严格监测孔斜，原则上每20m30m 测斜一次，测斜后要准时绘制钻孔偏斜透视图，觉察超偏准时订正。6、每个冻结器都要安装进回液阀门，准时调整各个冻结器的流量。通过流量测定和温度测定，随时把握冻结器的运行状况。7、安装盐水干管时要确保设计坡度，以免管内聚拢空气影响盐水的流淌。必要时盐水系统应设置放空阀。8、用温

21、度检测系统监测冻结孔的温度变化，准时估量冻结壁的进展状况。在掘进过程中，要常常测量隧道壁面温度和冻土实际所处位置，对冻结壁状态进展预报，必要时调整冻结供冷参数。9、为了削减冻结施工中冻胀和融沉对地面的影响，在冻结初期， 应实行快速降温冻结措施，以减小地面冻胀影响同时也要考虑到温度应力对冻结管产生的不利因素。冻结壁溶化时，要随时监测地面的下沉状况，一旦沉降量超过地表下沉允许值时，就要准时进展跟踪注浆。八、安全措施除严格遵守地铁施工安全操作规程外，还应实行以下措施：1、组织相关施工人员学习安全操作规程，进展岗前培训。2、编制和呈报安全打算，安全技术方案和安全措施，并认真贯彻落实。3、乐观做好安全生

22、产检查，觉察事故隐患，要准时整改。4、检测隧道壁面温度和冻结壁变样子况，假设觉察特别，准时实行相应措施。5、与隧道掘砌施工相协作，在冻结隧道内放炮施工时合理选择爆破方案和爆破参数，依照浅孔、密布、弱瀑，循序渐进的原则选用各参数，爆破时必需确保冻结管的正常工作。九、效益分析对于通过断层裂开带、流砂层、淤泥层等易坍埸且富含水隧道， 过去常规的施工方法：如大管棚小导管注浆超前支护或地面旋喷注浆加固地层等手段，有时受施工场地、工期、投资等的限制，甚至受其工法的制约，无法确保地层加固效果。而纪越区间过清泉街断裂带隧道承受水平冻结法施工，一次水平冻结长度63.5m，属国内最长，而且制冷系统承受型氟利昂盐水

23、螺杆冷冻机组，降温速度快，盐水简洁掌握，自动化程度高，冻结效果格外好。在隧道掘进过程中，到达无漏水效果，很好地改善了洞内施工环境，且施工质量好，速度快， 同时经冻结的地层稳定性好，安全性高。地表沉降的监测数据说明， 用水平冷冻法施工所引的地表变化远远小于常规的施工方法。该方法的成功应用，对推动我国水平冻结技术的进展，具有极为重要的意义。十、工程实例广州地铁二号线纪念堂站纪越区间隧道过清泉街断裂带，中铁十二局集团公司承受冻结法加固地层形成冻结圈、矿山法开挖构筑施工一次水平冻结长度 63.5m，属国内最长，有效地保证了工程质量和安全，在工期紧迫的状况下，其冷冻法施工质量好，速度快，不仅确保了冷冻施工效果，且为后续工程质量供给了有力保障，受到业主的好评和嘉奖。执笔： 武明静 杨红艳