隧道水平冻结法施工工艺.doc

水平冻结施工技术
1.水平冻结设计
1.1设计原则与关键技术
1.1.1设计原则
⑴在水平冻结加固后，保证在隧道掘进过程中围岩具有足够的稳定性，保证施工安全。
⑵保证施工过程中引起的地层沉降满足设计规定，以保证地面建筑物和地下管线的安全。
⑶满足环境保护及施工供水、供电能力规定。
⑷进行系统的施工监测，实现信息化施工。
1.1.2关键技术
⑴冻结孔施工
为了保证冻结孔的施工质量，先在钻孔工作面(钻孔桩和旋喷桩复合结构)用金钢石取芯钻开孔，并埋设孔口管，正常钻进采用跟管钻，孔口安装密封装置，使泥浆在封闭系统中循环，并用特制的精密水平孔陀螺仪测斜，以保证钻孔质量与施工安全。
⑵在积极冻结期内，根据监测信息控制冻土帷幕的温度，保证帷幕形成的强度和均匀性。
⑶冻胀融沉的控制
1.2冻结段划分及施工顺序
由于水平冻结段施工81.86m，且在缓和曲线上，根据水平孔钻进技术条件，隧道分两段冻结。第一段冻结长度为55m，第二段冻结长度为37m，两段冻土帷幕间的搭接长度为10m。在第一段掘进至45m时，现浇400mm厚的钢筋混凝土墙密闭开挖工作面，并回头将断面径向扩大1.3~1.4m，长4m的隧道断面，作为第二段隧道冻结施工作业面。其冻结段划分见图2-13-2-1。
施工顺序为：明挖段工作井施工→第一段隧道冻结孔钻进→积极冻结→冻结维护及第一段隧道掘进及初衬施工→扩大段施工→第一段隧道地基强制化冻、注浆和施工内衬→第二段隧道冻结孔钻进→积极冻结→第二段隧道掘进和初衬施工→第二段隧道地基强制化冻、注浆和施工内衬→停止冻结及进行其它冻结孔注浆→冻结设备拆除。
1.3冻土帷幕设计
1.3.1设计基础资料
取土的平均容重为19kN/m3,变形模量为6MPa，泊松比0.395。取冻土(平均温度-10°C)的变形模量150MPa，泊松比0.3，设计抗折强度为1.8MPa(上海地区淤泥质粘土的极限抗折强度实验值为2.8～3MPa)，单轴抗压强度5MPa。取地面超载为67kPa（约为土层承载力的2/3）。隧道覆土厚度按11m考虑。
1.3.2冻土帷幕结构形式
冻土帷幕的断面形状与隧道开挖断面相似，其有效厚度为1.4m，见图2-13-2-2。
1.3.3冻土帷幕的承载力计算
取出冻土帷幕及地层的一个截面，按线弹性平面应变问题计算冻土帷幕的应力、应变分布。取模型的宽度为24m，高度为28m。
用有限元法进行冻土帷幕的受力与变形计算。经ANSYS计算，结果见表2-13-2-1。从表中可以看出，冻土帷幕的承载能力是足够的。

图2-13-2-1

图2-13-2-2

计算最大应力及安全系数
项目
抗拉(抗折)
抗 压
计算值
0.466Mpa
1.32MPa
1.41MPa
位置
底拱内缘中部
底拱外缘中部
底拱与左侧墙交接处内缘
强度指标
1.8
5.0
5.0
安全系数
3.83
3.78
3.54

1.3.4冻结孔、测温孔、泄压孔布置与冻土帷幕形成预计
为了使冻土帷幕提前交圈，有助于提高冻土帷幕的均匀性，采用较小的冻结孔控制间距，根据隧道断面，并保证在隧道扩大断面处在扩大断面后冻结帷幕有效厚度>1.4m。每段冻结孔数量都为28个，其中第一段冻结孔长55m，冻结孔开孔间距为879mm，开孔位置与开挖边界的距离为600mm，第二段冻结孔长37m，冻结孔开孔间距为809mm，开孔位置与开挖边界的距离为300～600mm，两段冻结孔钻孔与隧道中心线的夹角都为1°，允许偏斜率为8‰，冻结孔沿隧道线路呈放射状钻进，成孔最大间距都不大于1.65m。每段测温孔设立二个，布置在终孔间距最大的相邻两冻结孔中间内侧0.3m处，其深度分别为55m和37m， 孔内根据地层情况布置5～8个测温点。卸压孔一个，布置在冻结布置图内侧1.5m靠近隧道中心线处，其孔深分别为45m和30m，孔口安装1"泄压阀和2MPa压力表。其冻结孔、测温孔、泄压孔布置见图2-13-2-3、图2-13-2-4。
冻土帷幕扩展厚度根据上海地区类似地层冻结施工实测结果并参考竖井冻结壁计算方法拟定。设计冻土帷幕交圈时间为30d，积极冻结时间为35d。开挖时的冻结壁有效厚度为1.4m。其冻土帷幕形成预计见图2-13-2-2，图2-13-2-5给出了掘进到不同位置时，冻土帷幕的扩展边界。可以看出，由于采用放射状布孔，掘进时冻土进入隧道开挖断面很少，这样，既有助于初衬喷射混凝土施工，又可增长冻土帷幕有效厚度，保证扩大断面在扩大后其冻土帷幕厚度大于1.4m。
1.4冻结技术参数
图2-13-2-3

图2-13-2-4

图2-13-2-5

1.4.1冻土帷幕温度
有效冻土帷幕的平均温度不高于-10℃，开挖时冻土帷幕表面温度低于-3℃。
1.4.2冻结盐水温度
设计最低盐水温度为-26℃～-30℃，并规定冻结7d盐水温度达成-20℃，维护冻结时不升高盐水温度。
1.4.3冻结孔单孔盐水流量：7～10 m3/h。
1.4.4冻结管规格：φ108×8 mm无缝钢管。
1.4.5第一段隧道施工积极冻结时间35d，维护冻结工期80d。
第二段隧道施工积极冻结时间35d，维护冻结工期60d。
1.4.6冻结需冷量：取冻结管的散热系数为300kcalh-1m-2，冷量损耗为20%，第一段和第二段的冻结管长度分别为1595m和1073m，得冻结需冷量分别为：
Q1=0.108×3.1416×1595×300×1.20=194455kcal/h
Q2=0.108×3.1416×1073×300×1.20=131061kcal/h
1.5重要冻结施工参数见表2-13-2-2。
重要冻结施工参数表
序号
参 数 名 称
单位
参 数
备 注
第一段
第二段
1
冻结长度
m
55
37
两冻结段搭接10m
2
冻土帷幕设计有效厚度
m
1.4
1.4

3
冻土帷幕平均温度
℃
-10
-10

4
冻土帷幕交圈时间
d
30
30

5
积极冻结时间
d
35
35

6
冻结孔个数
个
29
29
涉及1个补孔
7
冻结孔开孔间距
mm
879
809

序号
参 数 名 称
单位
参 数
备 注
第一段
第二段
8
设计冻结孔外偏斜角
°
1
1
冻结孔与隧道中心线的夹角
9
冻结孔终孔控制间距
m
1.65
1.65

10
冻结孔允许偏斜
‰
8
8

11
设计最低盐水温度
℃
-26～-30
-26～-30

12
维护冻结盐水温度
℃
-20～-30
-20～-30

13
单孔盐水流量
m3/h
7～10
7～10

14
冻结管规格
mm
φ108x8
φ108x8
无缝钢管
15
测温孔/卸压孔个数
个
2/1
2/1
管材规格同冻结管
16
测温孔/卸压孔深度
m
55/45
37/30

17
钻孔总长度
m
1750
1177
涉及两个冻结段的冻结孔、测温孔、卸压孔
18
冻结站最大制冷量
kcal/h
240000
不利工况条件

2.水平冻结施工
2.1冻结法施工各阶段施工作业内容
冻结法施工各阶段作业内容见表2-13-3-1。
冻结法施工各阶段作业内容表
准备期
积极冻结期
冻结维护期
解冻期
冻结管及冷冻液配置
钻孔
插入冻结管
测定精度
漏水实验
冷冻液配置
配管隔热
冷冻液循环
冻土帷幕形成
开挖隧道
初支封闭
地基加固注浆
浇注混凝土内衬
工程完毕
停止机械运转
停冻
管内注浆充填
监测仪器安装测试
拟定周边建筑施工警戒值
钻孔
地温
冻胀量
地下水位
冻土层变形
精度检测
地表沉降
冷冻液温度、流量管理
冻土壁温度测定及监视
地面冻胀、冻土壁变形及地下水位测定及监视
地表沉降、地面建筑物监测
地表沉降、地面建筑物监测
冷冻设备安装
冷冻机安装
输电设备安装
供水设备安装
耐压漏水实验
设备组装调试
开始运转
冷冻机运转管理
撤出基地
注：准备期可进行冻结管、输液管、监测设备和冷冻设备安装平行作业。
2.2拟定冻结法施工差异警戒值
在冻结法施工准备阶段，为保证安全施工，控制地面建筑物倾斜或开裂，应对冻结法施工段范围内的建筑物和管线的位置、使用年限进行实地细致的调查，并作出其强度、刚度和最大变形的评价，以拟定安全的差异施工警戒值，根据警戒值，调整冻结设计施工技术参数。
2.3冻结法施工工艺流程
冻结法施工工艺流程见图2-13-3-1。

图2-13-3-1
钻孔测斜及纠偏
检测
施工准备
钻机就位
测量布孔
钻孔、冻结管安装
供液管安装
制冷站及管路安装
充R22、化CaCl2试运转
形成冻结帷幕
正常运转
冻结帷幕维护及隧道开挖
停冻、冻结管注浆
制冷站及管路拆除
回填注浆
设备检修保养
隧底解冻及地基注浆加固
混凝土内衬
冻结法施工工艺流程图

2.4冻结法施工工序及施工方法
2.4.1冻结孔施工
2.4.1.1冻结管、测温管、卸压管和供液管规格
冻结管选用ф108×8mm低碳无缝钢管，单根管材长度为1.5～2m，采用螺纹连接并手工补焊，测温管和水文管管材同冻结管。
供液管ф62×6mm用增强聚乙烯塑料管或15#钢管。
2.4.1.2打钻设备选型
选用MKG-5S型钻机2台。
选用BW-250/50泥浆泵2台，流量为250 l/min。钻机和泥浆泵总功率为41kw。
采用冻结孔钻进专用组合钻具跟管钻进。钻孔测斜采用特制的TY-1型高精度水平钻孔陀螺测斜仪，钻孔浅部用经纬仪灯光测斜校准。
2.4.1.3冻结孔质量规定
根据施工基准点，按冻结孔施工图布置冻结孔。孔位偏差不应大于100mm。冻结孔孔径110mm。冻结孔钻进深度误差为-0.2～+0.3m。
钻孔偏斜率控制在0.8‰以内。成孔最大间距不大于1.65m。
2.4.1.4钻机平台搭建
钻机平台采用满堂脚手架管搭建，脚手架管平面间距为0.6m×0.6m。平台满铺60mm厚松木板，钻机底盘下垫200mm×200 mm方木。根据冻结孔位置，分层加高钻机平台。
2.4.1.5冻结孔开孔
冻结孔用Φ160mm金刚石取芯钻开孔。每个钻孔安装孔口管，孔口管用ф159×8mm无缝钢管加工。钻进时，孔口管安装孔口密封装置。
2.4.1.6冻结孔钻进与冻结器安装
(1)按冻结孔设计方位规定固定钻机。随钻进放入冻结管。冻结管下到设计深度后密封头部。
(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斜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密封冻结管头部，并进行打压试漏。冻结孔试漏压力控制在0.7～1.0MPa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孔口管的间隙。
(5)在冻结管内下入供液管。供液管用管箍连接，供液管底端焊接0.2m高的支架。然后安装去、回路羊角和冻结管端盖。
(6)测温孔施工方法与冻结管相同。
2.4.2冻结制冷系统安装
2.4.2.1冻结制冷设备选型与管路设计
(1)选用YSKF600型冷冻机组1套,YSKF300型冷冻机组各2套(其中1套备用)。当盐水温度在-30℃，冷却水温度为28℃时，冻结站的制冷量约为240000 kcal/h，冷冻机组电机总功率为305 kw。
(2)选用8Sh-13(A)盐水循环泵2台(其中1台备用)，流量270m3/h，扬程36m，电机功率45kw；选用IS200-150-250冷却水循环泵1台，流量400 m3/h，扬程20m，电机总功率37kw；。
(3)选用DBN3-200型冷却塔2台，电机总功率11kw。
(4)设盐水箱一个，容积6m3。
(5)盐水干管和集配液管均选用ф219×8mm无缝钢管，盐水干管长度为380m。集、配液管与羊角连接选用1.5"高压胶管。
(6)冷却水管用5"焊管,在冷冻机进出水管上安装温度计。
(7)在去、回路盐水管路上安装压力表、温度传感器和控制阀门。在盐水管出口安装流量计。
(8)在配液圈与冻结器之间安装阀门二个，以便控制冻结器盐水流量。
(9)在盐水管路的高处安装放气阀。
(10)盐水和清水管路耐压分别为0.7MPa和0.3MPa。
(11)每个冻结站的冷却水用量为30m3/h，最大总用电量约398kw。
(12)其它
①冷冻机油：选用N40冷冻机油。
②制冷剂：选用R22制冷剂。
③冷媒剂：用氯化钙溶液作为冷冻循环盐水。盐水比重为1.265。
2.4.2.2冻结站布置与设备安装
站内设备重要涉及配电柜、冷冻机组、盐水箱、盐水泵、清水泵、冷却塔及清水池等。冻结站布置重要设备布置见图2-13-3-2。设备安装按设备使用说明书的规定进行。
2.4.2.3管路连接、保温与测试仪表安装
盐水和冷却水管路用管架直接铺在地面上，法兰连接。去、回路盐水干管用管架固定在工作井井壁上。温度计、压力表和流量计安装按设计进行。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。
冷冻机组的蒸发器及低温管路用50mm厚的软质泡沫塑料保温，盐水箱和盐水干管用50mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料板保温。
2.4.2.4溶解氯化钙和机组充氟加油
先在盐水箱内注入约1/4的清水，然后开泵循环并逐步加入固体氯化钙，直至盐水浓度达成设计规定。溶解氯化钙时要除去杂质。盐水箱内的盐水不能灌得太满，以免高于盐水箱口的冻结管盐水回流时溢出盐水箱。
机组充氟和冷冻机加油按照设备使用说明书的规定进行。一方面进行制冷系统的检漏和氮气冲洗，在保证系统无渗漏后，再充氟加油。
2.4.3积极冻结与维护冻结
2.4.3.1冻结系统试运转与积极冻结
设备安装完毕后进行调试和试运转。在试运转时，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规定的技术参数条件下运营。在冻结过程中，定期检测盐水温度、盐水流量和冻土帷幕扩展情况，
图2-13-3-2

必要时调整冻结系统运营参数。冻结系统运转正常后进入积极冻结。规定一周内盐水温度降至-20℃以下。
2.4.3.2试挖与维护冻结
根据水文孔观测拟定冻土帷幕已经交圈，并根据实测温度判断冻土帷幕达成设计厚度后，再用取芯钻打入冻土帷幕内部未冻土中2m以上，确认冻土帷幕内无动水。然后，可以分区打开工作井井壁。开挖至土层内后，实测冻土帷幕的厚度、表面温度和变形，如已达成设计规定，则可进入正常施工，否则应停止掘进，加强冻结，并分析因素，采用相应措施。
隧道正式掘进后进入维护冻结期。原则上，掘进期间的维护冻结盐水温度与盐水流量与积极冻结相同，如施工中根据实测分析，的确证明冻土帷幕扩展速度比预计的要快，冻土帷幕有足够的承载力与稳定性，已满足设计规定，可以适当提高盐水温度，但最高不能高于-20℃。开始做内衬后，在保证外衬安全的情况下，可以提高盐水温度，甚至提前停止冻结。
2.4.4隧道开挖及支护
当冻土层有效厚度及强度达成规定，冻结施工进入维护冻结期后按弧形导坑分部开挖法进行施工，其施工示意图见图2-13-3-3，工艺流程图见图2-13-3-4，开挖时，一方面选用人工开挖未冻结的土层，再运用风镐掘进冻土。注意：冻结帷幕暴露面温度不得高于-5℃，且暴露时间控制在24h内，同时，在喷射混凝土中掺加复合早强剂。
2.4.5隧道衬砌
2.4.5.1保证衬砌厚度及钢筋搭接长度。
2.4.5.2严格控制测量，防止隧道欠挖，钢筋绑扎时，专人负责，环向、纵向钢筋搭接长度分别为钢筋直径的35~25倍。
2.4.5.3保证混凝土设计强度
为保证衬砌强度不低于C30的规定，施工前应作混凝土配合比实验，通过实验拟定最佳配合比，并严格加以控制，使之达成设计规定。
图2-13-3-3

图2-13-3-4
冻结法支护
上台阶开挖
拱部初期支护
下台阶开挖
底部注浆加固，下部初期支护
铺设防水板，浇筑仰拱
模筑二次混凝土
冻结管充填注浆
冻结段隧道施工流程图

2.4.5.4保证立模质量
衬砌采用自制的简易钢模板台车施工，立模时严格控制模板外形尺寸不能侵入衬砌内轮廓线，并向外不超过50mm，由跟班测量人员负责，并堵
好堵头板，以保证模板接缝外不漏浆液。
2.4.5.5保证混凝土施工质量
为加快混凝土硬化和防止局部冻坏，混凝土内加入水泥重量2.5%~4%的J851早强防冻减水剂和水泥重量3%~4%的MRT早强防冻剂，这两种材料具有改善混凝土的和易性和密实性，增强混凝土的抗渗性能及耐冻性，并在施工时加强混凝土振捣，杜绝蜂窝麻面。
2.4.5.6加强混凝土施工的连续性。
2.4.5.7加强对混凝土养护，以防止冻土对混凝土有冻害。
2.4.6隧道地基强制解冻和停止冻结
施工完初衬后，在隧道下方的6个冻结孔中循环热水，使隧道地基的冻土帷幕解冻。然后进行隧道地基注浆解决。水加热的电热管总功率为100kW。注完浆后，浇筑混凝土内衬，竣工后即可停止冻结。停冻后截去孔口管，然后在孔口管内抽出盐水后注浆充填。
2.4.7制冷站和供冷管路拆除
拆除制冷站和供冷管路的时机及规定为：
1.衬砌施工完后，停止冻结并拆除制冷站，注意：停止冻结后仍需加强观测。
2.解冻过程中应经常观测隧道发生的变化， 发现问题及时解决。
2.4.8回填注浆
在进行混凝土浇注时，埋设注浆管，再根据监变形资料拟定注浆量，进行跟踪注浆，以控制和消除冻土的融沉，注浆工作一直连续到监测工作结束。
2.4.9扩大断面施工技术措施
1.现浇400mm厚的钢筋砼墙密闭开挖工作面
2.检测冻结帷幕的冻结厚度，使之大于1.4m。
3.短进尺分块刷大隧道断面,并及时施作加强支护。
4.施工过程中加强监测，做好信息化施工。

3.冻结法施工监控量测
为了保证水平孔冻结暗挖隧道安全优质、准时完毕，且保证周边建筑物及地下管线安全，须对冻结系统、地面、地层和支护结构进行必要的监测，使监测的信息资料得以及时反馈，及时调整施工技术参数，指导施工，以便调整施工工艺并采用措施。
3.1监测内容
3.1.1水平钻孔施工监测内容
3.1.1.1钻孔长度
3.1.1.2铺设冻结管长度
3.1.1.3冻结管偏斜
3.1.1.4冻结器密封性能
3.1.1.5供液管铺设长度
3.1.2冻结系统监测内容
3.1.2.1冻结器进出口盐水温度
3.1.2.2冷却循环水进出水温度
3.1.2.3冷冻机排出口温度
3.1.2.4盐水泵工作压力
3.1.2.5冷冻机排出口压力
3.1.2.6制冷系统冷凝压力
3.1.2.7制冷系统气化压力
3.1.3冻结壁监测内容
3.1.3.1冻结壁内测温孔温度
3.1.3.2冻结壁断面水文泄压孔压力变化及温度变化
3.1.3.3开挖后冻结壁隧道围岩的变形位移
3.1.3.4开挖后冻结壁的温度
3.1.4支护结构及地表、地面建筑、地下管线、构筑物变化的监测
3.2监测方法、手段及说明
3.2.1水平冻结孔偏斜的监测使用水准仪、经纬仪，结合灯光进行。冻结器密封性能的监测采用管内注水，电动试压泵加压的方法试漏，试漏程序及指标符合水平孔冻结器设计规定，每孔测量一次。
3.2.2温度监测
盐水系统和冻结壁温度监测，使用标定的MS-100型电脑自动测温仪测量。制冷系统和冷却水循环系统以及冻结壁周边围岩温度使用点温仪并结合精密水银温度计测量，监测频率天天1~3次，必要时每2h一次。
3.2.3压力监测
制冷系统和盐水系统的工作压力安装通过压力表量测，制冷高压系统选用0~2.5Mpa压力表，中低压系统选用0~1.6Mpa压力表，监测频率每2小时一次。
3.2.4位移监测
地面各测点的位移监测使用水准仪、经纬仪、塔尺和钢尺，隧道内位移量测使用收敛仪、钢尺、水准仪、经纬仪。
位移监测频率：
地面为天天1～2次，必要时，随时跟踪监测
开挖工作面：每一开挖循环一次，必要时加强监测频率。
4.冻胀及融沉防止措施
土层冻胀重要是土层中水结冰膨胀引起，影响因素除含水量的多少外，还与冻土压力大小、冻结速度快慢、冻结温度高低、冻土中水量补给状况等因素有关。
冻土的融沉是相对冻胀产生的，由于冻土融化后，土中水分因自重作用淅出，融土在围岩压力及颗粒自重作用下，压缩体积引起融沉。
拟采用以下措施控制冻胀和融沉：
4.1加强冻结壁温度、厚度监测，及时调节冻结盐水温度和冻结时间。
4.2在开挖断面内外，视地层情况通过泄压孔减少冻胀压力，控制冻胀影响范围和方向。
4.3减少盐水温度，加大盐水流量，以利加快冻结壁发展速度，减少冻土的水分位移，即减少冻胀。
4.4在隧道开挖过程中，预埋注浆孔，在冻结壁融化时，视融沉发展情况，及时跟踪压密注浆控制融沉。
4.5在地面和开挖隧道断面内设测点，跟踪监测地面及冻结壁周边围岩的位移情况，及时分析，及时解决，视情况可分别采用液氮冻结法补强、泄压、注浆措施控制位移、冻胀、融沉等情况。
5.冻结法施工进度、水电供应、设备及劳动力安排
5.1施工进度安排
冻结施工工序及工期进度安排详见六章施工进度计划网络图2-6-4-2。两个冻结施工段的冻结孔施工工期为30d、31d，集、配液管路安装试运转工期均为5d，积极冻结工期均为35d、36d，维护冻结期（涉及掘进与初衬施工、局部强制化冻、隧道地基注浆和浇筑内衬）,分别为100d和81d拆除冻结设备15d，考虑冻结施工及工作井施工累计总工期404d。
5.2冻结法劳动力组织
为了保证水平孔冻结施工安全、顺利按期完毕，成立两个作业队，钻孔队、冻结队。人数分别为钻孔队21人、冻结队18人；施工作业队天天三班循环作业。
5.3水、电供应计划
水电用量见表2-13-6-1。冻结钻孔施工和冻结站安装期间用电约为122kw，用水约1m3/h。积极冻结时最大用电量约为398kw。冻结运转期间新鲜冷却水补给量约15m3/h。
5.4冻结法施工设备
冻结法施工设备见表2-13-6-2。

水电用量供应表
表2-13-6-1
序号
设备名称
型号
单位
每台
耗量
设备
台数
合计
备注
一
打钻、安装用电量

kw

122

钻机
MKG-5
kw
30
2
60

泥浆泵
BW-250/50
kw
11
2
22

电焊机

kw
20
2
40

二
冻结用电量

kw

398

冷冻机
YSKF220
kw
203
1
203

冷冻机
YSKF216
kw
102
1
102

盐水泵
8sh-13(A)
kw
45
1
45

清水泵
IS200-150-250
kw
37
1
37

冷却塔
DBN3-200
kw
5.5
2
11

四
冻结用水量

m3/h

20
新水补给

重要冻结施工设备供应明细表
序号
设备名称
数量
单位
规格型号
重要工作性能指数
预计何时进场
备注
一
打钻

1
钻机
2
台
MKG-5S

2
泥浆泵
2
台
BW250/50

1台备用
4
水平测斜仪
2
台
特制

5
电焊机
3
台
BS-400

6
泥浆测定仪
1
台

7
试压泵
1
台

8
套丝机
1
台

二
冻结

1
冷冻机组
1
套
YSLGF600

冷冻机组
2
套
YSLGF300

1台备用
2
冷却塔
2
台
DBNL3-200

3
盐水泵
2
台
8sh-13(A)

1台备用
4
清水泵
1
台
IS200-150-250

1台备用
5
测温仪
3
套
自制

6
电磁流量计
2
台
φ200mm

7
抽氟机
1
台

8
电热管
12
组
10kw

9
热水循环泵
1
台
100m3/h

6.施工平面布置
冻结法施工段施工平面布置见施工平面布置图2-5-3-1，考虑明挖段只能为冻结法施工提供4.3×6.9m的临时工作场地，因此把冻结站设在工作井附近地面。冻结站占地面积为：水池占地为9m×5m，冷冻机房为12.5m×7.5m。其冻结法施工场地占地面积见表2-13-7-1。
冻结法施工场地占地面积表
名称
规格尺寸
单位
数量
备注
施工用地

250

其中：冷冻机房
12.5×7.5m
m2
94

冷却水池
10×5m
m2
50

材料材堆放加工场地
10×8m
m2
80
打钻期间使用
材料及配件库

m2
12

7.冻结施工质量的检查与控制方法
按程序施工和对整个施工过程进行监测、预报和控制是现代地下工程施工质量管理的两个重要组成部分。通过对施工过程各工序环节进行实时监测、预报与控制，可使冻结施工更可靠和经济合理。
7.1冻结孔施工质量检查与控制
冻结孔施工是本工程的关键工序。冻结孔施工按图2-13-8-1所示的“钻孔质量控制程序”进行。其质量规定和检查、控制方法见表2-13-8-1及表2-13-8-2。
施工准备
测量定孔位
钻机安装
开 孔
钻机移位找正
正常钻进
下管
成孔侧斜测深
试漏
单孔完毕
纠偏
调制泥浆
测斜
钻孔质量控制程序图

冻结孔施工质量的检查与控制方法
序号
检测内容
设计规定
检查与控制方法
1
冻结孔孔位
偏离设计孔位不大于10cm。在特殊情况下不能正常开孔时用孔间距控制
以给定施工基准，用钢卷尺测量放孔位。成孔后对孔位进行复核。
2
冻结孔深
-0.2～+0.3m
钻进时丈量钻杆长度。成孔后下测杆复测孔深。
3
冻结孔偏斜
不大于8‰
用陀螺仪测斜，浅部用经纬仪灯光测斜校准。用罗盘找正钻杆并随钻随复核。测斜后绘制钻孔投影图。施工完所有冻结孔后绘制冻土帷幕形成预计图。深冻结孔开孔时钻杆需稍上仰。
4
冻结孔成孔间距
相邻两孔间距不大于1.65m
按冻结孔测斜资料计算成孔间距。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
规格与钢号与设计一致
检查出厂合格证和检查报告。
6
冻结管长度
不小于设计冻结深度
施工时对每截冻结管材进行丈量、编号。成孔后下测杆复测孔深。
7
冻结管耐压
在0.7～1.2MPa压力下稳压30min
手压泵注水打压。
8
供液管规格
规格与设计一致
检查出厂合格证和检查报告。
9
供液管长度
不小于冻结管长0.2m
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。

冻结系统安装质量标准与检查方法
表2-13-8-2
序号
检测项目
设计规定
实验、检查方法
1
装备能力
冷冻机装机容量
≥kcal/h
检查设备铭牌和说明书
盐水泵流量
≥197 m3/h(盐水)
检查设备铭牌和说明书
冷却水泵总流量
≥300m3/h
检查设备铭牌和说明书
供电能力
398kw
由甲方提供
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≤φ0.075mm,轴线偏斜≤0.03°
用千分表量测
管路连接
按设备规定
按产品说明书连接、调试
电气连接
按设备规定
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1.8MPa和1.2MPa，稳压时间为18h
用抽氟机打压
真空实验
5.332kPa保持24h回升≤0.667kPa
用抽氟机抽真空
3
盐水系统安装
盐水泵底座找平
水平仪找平
用水平仪找平
盐水泵联轴器找正
中心度误差≤φ0.1mm,间隙≤0.3mm
用千分表量测
泵主轴密封
滴油10～20滴/min
试运转
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
4
清水系统安装
清水泵底座找平
水平仪找平
用水平仪找平
清水泵联轴器找正
中心度误差≤φ0.1mm,间隙≤0.3mm
用千分表量测
泵主轴密封
滴油10～20滴/min
试运转
清水管路安装
按冻结系统设计图
按图检查
清水管路试漏
打压0.3MPa稳定10min
用手动打压泵打压
5
电气系统耐压实验
低压系统耐压1000v
用摇表试压
6
盐水浓度
盐水比重为1.26～1.265
用比重计量测

7.2冻结系统安装质量检查
冻结系统安装质量是冻结施工的基本保证条件之一。表2-13-8-3所列为冻结系统安装质量标准与检查方法。
冻结系统安装质量标准与检查方法
序号
检测项目
设计规定
实验、检查方法
1
装备能力
冷冻机装机容量
≥kcal/h
检查设备铭牌和说明书
盐水泵流量
≥197 m3/h(盐水)
检查设备铭牌和说明书
冷却水泵总流量
≥300m3/h
检查设备铭牌和说明书
供电能力
398kw
由甲方提供
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≤φ0.075mm,轴线偏斜≤0.03°
用千分表量测
管路连接
按设备规定
按产品说明书连接、调试
电气连接
按设备规定
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1.8MPa和1.2MPa，稳压时间为18h
用抽氟机打压
真空实验
5.332kPa保持24h回升≤0.667kPa
用抽氟机抽真空
3
盐水系统安装
盐水泵底座找平
水平仪找平
用水平仪找平
盐水泵联轴器找正
中心度误差≤φ0.1mm,间隙≤0.3mm
用千分表量测
泵主轴密封
滴油10～20滴/min
试运转
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
4
清水系统安装
清水泵底座找平
水平仪找平
用水平仪找平
清水泵联轴器找正
中心度误差≤φ0.1mm,间隙≤0.3mm
用千分表量测
泵主轴密封
滴油10～20滴/min
试运转
清水管路安装
按冻结系统设计图
按图检查
清水管路试漏
打压0.3MPa稳定10min
用手动打压泵打压
5
电气系统耐压实验
低压系统耐压1000v
用摇表试压
6
盐水浓度
盐水比重为1.26～1.265
用比重计量测

7.3冻结系统运转与冻土帷幕形成质量检查
冻结系统运转正常是冻土帷幕按设计形成的前提条件。冻结系统运转是否正常和冻土帷幕是否按设计形成，直接影响冻结和隧道掘砌施工的安全和速度。表2-13-8-4所列为冻结系统运转与冻土帷幕壁形成质量指标与检查方法。
冻结系统运转与冻土帷幕壁形成质量检查方法
序号
检测内容
设计规定
检查方法
1
冻结制冷系统运转
制冷系统运转正常，系统状态参数符合设备规定
检测去、回路盐水温度、流量和冷却水温度，检查冷冻机上的控制仪表读数。
2
盐水温度
设计最低盐水温度-26～-30,开冻7天达成-20℃
用精度为±0.3℃的精密温度计检测去路干管盐水温度
3
冻土帷幕交圈时间
30d
观测冻结圈内卸压孔压力明显增长；根据测温孔温度计算
4
冻土帷幕达成设计厚度时间
达成冻土帷幕设计厚度时间为35d
根据测温孔测温数据拟定。
5
冻结管工作状态
冻结管无断裂和堵塞
通过监测盐水箱液面与冻结器回液软管积霜检查冻结管是否漏盐水。

8.冻结法施工技术措施
8.1当通过监控量测，发现地面建筑物达成警戒值时，可对建筑物基础进行加固。
8.2在隧道开挖期间，如发现冻结壁异常和强度不够应及时采用液氮冻结措施补强。
8.3进行地下水流速测定，如地下水流速大于0.5m/d时，可同时采用压注施工法，减少地下水流速。
8.4加强现场监测，涉及盐水温度、流量，冻结过程中冻土壁温度及成长状态，开挖期冻土壁的变形，地面冻胀和融沉。
8.5注意冻结膨胀和解冻后收缩对临近建筑物的影响，为减少冻胀影响可设减压孔，为避免解冻后地基的收缩沉降，采用地基加固注浆。
8.6解冻过程中不能忽视监测。
8.7解冻后出现冻胀线以上的下沉土质，可在解冻的同时进行压注以防止地层出现空洞。如出现地面建筑物沉降，可用注浆加固建筑物地基。
8.8在钻孔时加强钻进孔的测斜，以保证钻孔的精度，注意：开孔孔位偏差±20mm，孔位不得内移。
8.9注意做好隧道衬砌施工与冻结施工两者的密切配合。
8.10注意低温系统的隔热、防潮，正常情况下，冷量损失不得超过冷冻站工作能力的20%。
8.11压风入洞前，在洞口附近设立压风过滤干燥式压风冷凝分离等干燥器，把风中的水蒸汽吸出，并在风动工具内加入酒精，防止风动工具冻结。