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1、联络通道冷冻法施工作业指导书郑州市轨道交通2号线一期工程土建施工01工区经理部 邓胜1.适用范围本作业指导书适用于采取冷冻法加固矿山法开挖的联络通道施工作业。2.技术要求2.1技术质量标准2.1.1冻结加固施工技术要求1) 冻结孔开孔位置误差不大于100mm，应避开管片接缝、螺栓、主筋和钢管片肋板；2) 冻结孔最大允许偏斜150mm(冻结孔成孔轨迹与设计轨迹之间的距离)。最大允许间距通道处1300mm，泵站处1400mm；3) 冻结孔有效深度(管片表面以下冻结管循环盐水段长度)不小于冻结孔设计深度。冻结管管头碰到冻结站对侧隧道管片的冻结孔，不能循环盐水的管头长度不得大于150mm；4) 冻结管
2、用898mm低碳钢无缝钢管。冻结管耐压不低.0.8Mpa，并且不低于冻结工作面盐水压力的1.5倍；5) 设透孔用于冷冻排管及冻结站对面冻结孔供冷，排管敷设应密贴隧道管片；6) 施工冻结孔时的土体流失量不得大于冻结孔体积，否则应及时进行注浆控制地层沉降；7) 打透孔复核两隧道预留口位置。如两隧道预留口相对位置误差大于100mm，则应按保证冻结壁设计厚度的原则对冻结孔布置进行调整；8) 设计积极冻结时间内，要求冻结孔单孔流量不小于5m3/h；积极冻结7天盐水温度降至-20以下；冻结15天盐水温度降至-24以下；开挖时盐水温度降至-28以下，去、回路盐水温差不大于2。如盐水温度和盐水流量达不到设计要
3、求，应延长积极冻结时间，保证达到设计的冻结壁厚度及温度；9) 积极冻结时，在冻结区附近200m区域内的透水砂层中不得采取降水措施，并且在冻结区内土层中不得有集中水流；10) 在冻结壁附近隧道管片内侧敷设保温层，敷设范围至设计冻结壁边界外2m。保温层采用阻燃的软质塑料泡沫材料，导热系数不大于0.04W/mk。保温板采用专用胶水密贴在隧道管片上不留空隙，板材之间搭接宽度不小于150mm。保温层厚度为40mm；11) 开挖区外围冻结孔布置圈上冻结壁与隧道管片交界面处平均温度不高于-5。其它部位设计冻结壁平均温度小于等于-10；12) 当施工中地层及环境条件与原设计依据资料有重大变化时，应及时与设计院
4、联系修改冻结壁设计。冻结施工主要技术参数见表2.1-1。 冻结施工主要技术参数表 表2.1-1序号参数名称单 位数量备注1冻结壁设计厚度m2.0喇叭口1.7m2冻结壁平均温度-10冻结壁与管片交界面-53冻结壁交圈时间天20254最低盐水温度-28-30冻结7天达-20以下5单孔盐水流量m3/h576积极冻结时间天根据设计确定7冻结孔个数个根据设计确定8冻结孔开孔误差mm1009冻结孔允许偏斜mm15010冻结管总长度m根据设计确定11冷冻排管总长度m根据设计确定12测温孔个根据设计确定13泄压孔个根据设计确定14冻结总需冷量万kcal/h根据设计确定工况条件2.1.2开挖构筑施工技术要求1)
5、 开挖前应具备条件 检验冻结壁厚度和平均温度均达到设计值。对发现冻结异常处应补打探孔进行测温检验； 按设计安装好隧道支撑和防护门； 在两隧道钢管片上冻结壁内侧设泄压孔或打探孔，泄压孔和探孔无压力的水、泥流出或初期有少量出水并渐止； 冻结设备运转正常并有备用； 开挖、支护、结构施工所需人员、材料、设备准备就绪，相关安全技术措施及开挖报告已履行审批手续；2) 开挖步距与初期支护间距一致，特殊情况下最大不超过800mm；3) 开挖断面超挖不大于30mm；开挖中心线偏差不大于20mm；4) 冻结壁暴露时间不大于24小时，并要求冻结壁暴露面收敛不大于20mm；5) 初期支护钢支撑垂直度偏差不大于20mm
6、，标高偏差不大于20mm，水平高差不大于20mm；6) 钢支撑支撑间距偏差不大于30mm，支撑间拉杆焊接牢固。初期支护轴线偏差不大于20mm；7) 初期支护木背板厚度误差不大于5mm，背板间隙不大于8mm，背板搭接钢支撑长度不小于35mm；8) 木背板后砂垫层充填密实，不留空洞；9) 挂网喷射混凝土强度等级为C20，厚度同临时型钢支撑断面高度；喷射混凝土施工按锚杆喷射混凝土支护技术规范(GB50086-2001)要求进行；10) 在开挖期间不得擅自停止或减少冻结孔供冷。如确因施工需要停止个别冻结孔供冷时，应分析对冻结壁整体稳定性的影响，并制定相应技术措施，确保开挖和结构施工安全；11) 每天要
7、定时监测初期支护收敛、变形和支护层后冻土温度，发现支护变形或冻土融化应分析原因，及时采取加强措施；12) 通道衬砌未设变形缝，施工完通道衬砌后应监测通道的不均匀沉降，发现问题及时联系设计单位，采取注浆等措施处理；3.施工工艺3.1总体施工方案根据联络通道及泵站冻结法设计，并依据地层特点和同类工程施工经验，采用“隧道内钻孔，冻结临时加固土体，矿山法暗挖构筑”的施工方案，即：在隧道内利用水平孔和倾斜孔+冷冻排管冻结加固地层，使联络通道及泵站外围土体冻结，形成强度高、封闭性好的冻土帷幕，在冻土中采用矿山法进行开挖构筑施工，地层冻结和开挖构筑施工均在区间隧道内进行。选用冻结法加固土体具有冻结壁均匀性好
8、，与隧道管片结合严密，强度高，封水性好，安全可靠的优点，极适于本工程的土体加固。3.2施工工艺流程图图3.2-1 联络通道及泵站施工工艺流程图3.3施工步骤及要求3.3.1冻结加固施工冻结加固施工工序为：施工准备冻结钻孔施工冻结制冷系统安装溶解氯化钙和机组充氟、加油积极冻结维护冻结。1) 施工准备(1) 要求提前供电到联络通道施工场地附近，并清理隧道及施工场地，保证施工通行顺畅。(2) 在隧道内铺设两根2钢管至联络通道施工工作面，用于冻结孔打钻供水、排污和冻结时的供、排水。在端头井中安装潜水泵一台，在施工工作面安装排污泵一台，流量均为40m3/h。安装3台7.5kw的轴流风机，用于隧道通风。(
9、3) 用16#工字钢架和厚5cm的木板在联络通道处铺设长约45m的施工平台。(4) 按不同位置的冻结孔钻进要求，用1.5钢管搭建冻结孔施工脚手架，安装钻孔施工升降平台。(5) 在联络通道施工工作面附近围砌高约0.5m的泥浆围墙，以免冻结孔钻进时泥浆四溢影响隧道内施工环境整洁。(6) 施工设备进场。由于隧道内交通不便，受施工的影响大，应合理安排施工设备运抵安装地点的时间顺序。(7) 合同签定后，开工前进行加工件加工。2) 冻结钻孔施工冻结钻孔施工工艺为：定位开孔及孔口管安装孔口装置安装钻孔测量封闭孔底部打压试漏。现具体说明如下：(1)定位开孔及孔口管安装依据施工基准点，按冻结孔施工图布置冻结孔。
10、根据各孔孔位在砼管片和钢管片上定位开孔。砼管片上：首先注意砼管片内受力钢筋干涉时，调整孔位。选用J-200型金刚石钻机，配133mm金刚石取芯钻头按设计角度开孔，当开到深度300mm时停止钻进(管片要留50mm以上的保护层)，用钢楔楔断岩心，取出后安装孔口管。孔口管用1335mm无缝钢管加工，头部加工250mm长的鱼鳞扣。孔口管的安装方法为：首先将孔口处凿平，安好四个膨胀螺丝，而后在孔口管的鱼鳞扣上缠好麻丝或棉丝等密封物，将孔口管砸进去，用膨胀螺丝上紧，上紧后，再去掉螺母，装上DN125闸阀，再将闸阀打开，用110mm金刚石钻头从闸阀内开孔，一直将砼管片开穿，这时，如地层内的水砂流量大，就及时
11、关好闸门。钢管片上：在钢管片焊好孔口管，在孔口管上接好闸阀，用钻机接上金刚石钻头，从闸阀内切割钢管片钻进。(2)孔口装置安装用螺丝将孔口装置装在闸阀上，注意加好密封垫片。当第一个孔开通后，没有涌水涌砂可继续钻进，但以后钻孔仍要装孔口装置，以防突发涌水涌砂现象出现；若涌水涌砂较厉害，还应注水泥浆(或双液浆)止水。孔口管及孔口装置详见图3.3-1。图3.3-1 孔口管及孔口装置示意图 图3.3-2 加工好的孔口管 图3.3-3 DN100钢球阀图3.3-4 绑好麻丝之后涂抹环氧树脂的孔口管 (3)二次开孔与冻结器安装使用MD-60A型钻机一台，扭矩2000NM，推力17KN。选用BW-200/50
12、泥浆泵一台，流量为200 l/min。钻机和泥浆泵总功率为45kw。利用冻结管作钻杆，冻结管采用丝扣连接，接缝要补焊，确保其同心度和焊接强度，冻结管达到设计深度后用丝堵密封孔底部，具体方法是利用接长杆将丝堵上到孔的底部，利用反扣在卸扣的同时，将丝堵上紧。按冻结孔施工方位要求调整好钻机位置，并固定好，将钻头装入孔口装置内，并将盘根轻压在盘根盒内，首先采用干式钻进，当钻进费劲不进尺时，从钻机上进行注水钻进，同时打开小阀门，观察出水、出砂情况，利用阀门的开关控制出浆量，保证地面安全，不出现沉降。二次开工如下图所示:图3.3-5 水钻二次开孔为了保证钻进精度，开孔段是关键。钻进前2m时，要反复校核冻结
13、管方向，调整钻机位置，并用精密罗盘或经纬仪检测偏斜无问题后方可继续钻进。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，采用经纬仪灯光测斜法检测，然后复测冻结孔深度，并进行打压试漏。冻结孔试漏压力控制在0.81.0MPa，稳定30分钟压力无变化或前30分钟压降0.05MPa，后15分钟不降为试压合格。在冻结管内下入供液管。供液管底端连接150mm长的支架，8钢筋焊接。然后安装去、回路羊角和冻结管端盖。冻结管安装完毕后，用堵漏材料密封冻结管与孔口管之间的间隙，然后拆卸孔口密封装置。测温孔、泄压孔施工方法与冻结管相同。泄压孔也可利用钢管片上的注浆孔。(4)管漏处理试压不合格的冻结管必须进
14、行处理达到密封要求后方可使用。若钻进时无水砂涌出，管漏时可逐根提出孔内管，并用泥浆泵对逐个焊缝打压，找出泄漏焊缝及原因，及时处理，并作好记录，二次下入后仍须自检。若在实际施工中地层不允许提出冻结管，管漏时要采用在不合格冻结管内下入小一级冻结管(套管)或打补孔的方法处理此类事故。3) 冻结制冷系统安装(1)冻结站布置与设备安装根据区间隧道场地情况，冻结站可以设在联络通道及泵站附近隧道内、也可以设置在车站中板上或者地面。站内设备主要包括冷冻机组、配电柜、盐水箱、盐水泵、冷却水泵、冷却塔及冷却水池等。冻结站安装包括氟系统、盐水系统及冷却水系统安装，要求根据冻结站的总体设计，按照先设备后管路的安装程序和施工图的技术要求，将三大循环系统分别进行安装，并按井巷工程施工及验收规范要求试压、检查验收。设备安装按设备使用说明书的要求进行，如下图所示：图3.3-6 冻结站安装布置图（2)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，并用管架架设在施工平台上或隧道管片上。盐水管路要离地面安装，避免浸水和高低起伏。集配液圈与冻结管的连接用高压胶管，冻结管每35个一串联，串联尽量间隔进行，应以每组冻结孔总长度相近和每路盐水循环阻力接近为宜。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。集配液圈如下图所示: 图3.3-7 集配液圈
