《垂直冷冻施工技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《垂直冷冻施工技术（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、3-2-8垂直冷冻施工技术1前言1.1冻结法概述1.1.1冻结法冻结法是利用人工制冷技术，在地下开挖体周围需加固的含水软弱地层中钻孔铺管，安装冷冻器，然后利用制冷压缩机提供冷气，通过低温盐水在冻结器中循环，带走地层热量，使地层中的水结冰，将天然岩土变成冻土，形成完整、密闭、高强度的临时加固体，从而达到加固地层、隔绝地下水与地下工程联系的目的。然后，在冻结体的保护下进行地下工程的开挖施工，待衬砌支护完成后，冻结地层逐步解冻，最终恢复到原始状态。1. 1.2地层冻结技术的特点同其它土体加固方法相比，冻结法具有以下优点：1、冻结加固使土体中的大部分水分结冰，提高了土的强度，而且强度均匀。2、整体支护
2、性能好，冻结帷幕形成后，冻结帷幕内不会存在任何缝隙，是一个完整的支护体；封水效果好，可保证开挖工作面在无水条件下作业。3、能适应不同的地质条件，冻结深度不受限制，而注浆、地下连续墙等方法对地质条件的适应能力差，而且其加固深度有一定的限制。4、适应各种结构形状地下工程的施工。冻结加固体的形状、大小，可以根据需要灵活设计。5、环保型工法。由于冻结法是一种临时措施，所冻地层最终要恢复到原始状况，因而能够保护城市地层地质结构和地下水不受污染。6、施工方便，简单，经济上合理。国外的工程实例表明，冻结工程成本与其它施工（如注浆和旋喷）处于相同的数量级，而旦随着加固深度的加大，冻结工法的经济性越来越来明显。
3、基于以上优点，冻结法在城市地下工程越来越受到重视，已经被广泛应用于地基基础工程、城市地铁、隧道工程、水利工程等市政工程中。1.2冻结法的适用条件根据相关资料及建井工程手册规定，冻结法主要适用于含水量超过10%,地下水速度不大于10m/d的软弱围岩隧道预加固工程中，遇有流砂、淤泥、卵石、砂砾等含水不稳定冲击层或裂隙中含水的岩层时都可采用。目前冻结法在城市隧道工程中主要应用于：1. 盾构法隧道施工中，盾构进出洞土体加固。盾构进出洞时，承受着工作井附近土体产生的巨大地压和水压，可能导致涌水和土体坍塌。目前常用旋喷技术和注浆法加固土体，效果不够理想，常遇到注浆不均匀和盾构刀盘切削浆液结石体等困难，而冻
4、结技术能有效地解决这些问题。2. 盾构法隧道施工中，地下或海底对接时土体加固。近年来，世界上许多国家的盾构隧道采用对头掘进，以缩短工期，除采用立井对接方式外，还采用不开凿立井而在地下或海底直接对接。3. 城市地铁泉房、旁通道和急转弯部分根据地铁设计要求，间距1km左右需在并排隧道间设立泵站。地下工程经常遇到旁通道和急转弯部分，因其施工距离短、形状不规整，采用盾构施工困难,（2）测温孔内的温度己经明显卜降，并且己满足设计要求；（3）按冻结速度及平均温度推算，地层冻结帷幕厚度和强度己经满足设计要求；维护冻结期冻土帷幕形成后，在维护冻结期内仍需对系统供给冷量，使冻结帷幕厚度和强度在竖井施工期间始终满
5、足设计要求。3. 5隧道开挖和支护冻结帷幕是否形成、能否开挖要根据测温孔的温度资料，去回路盐水温度状况等来综合判定。对于冻结工程而言，冻结帷幕的平均温度达到设计温度，同时去回路盐水温差变化较为稳定时，即可以开挖。同时开挖过程中，还须加强测温孔的温度监测和去回路盐水的温度监测，并以此来安排隧道掘进的循环进尺和掘进速度以及维护冻结期的时间。3. 5.1隧道开挖冻结达到开挖条件后，即可以开始隧道内掘进施工，隧道开挖依然采用短台阶法施工，台阶长度控制在57m,开挖循环进尺1.0m,初期支护在开挖出硝完成后立即进行，开挖暴露时间控制在12小时内.岩石部分仍采用微差控制爆破开挖，与正常区间隧道开挖相比，只
6、是调整了装药量和炮孔深度。3. 5.2初期支护的结构形式目前，在浅埋隧道施工中往往采用复合式支护结构。初期支护结构形式：钢拱架+钢筋网+喷射混凝土。厚度在200300mm,混凝土标号为C20。钢筋格栅与冻结体之间填充密实，不留空隙。在冻结段施工期间，喷混凝土宜采用湿喷混凝土施工，混凝土是在地面拌合，拌合后的混凝土成品温度平均为40C，而冻结法施工段的掌子面平均温度为04C,气温较低，需要解决混凝土在较高温度下拌合，较低温度下使用的问题，同时还需避免由于冻结低温而产生的温度应力引起的混凝土开裂的问题。针对这些问题，现场需要对混凝土的配比选择进行对比试验，可采取如下措施：（1）增加水泥用量，以提高
7、混凝土的强度保证率；（2）掺入防冻剂，以提高混凝土的强度保证率：（3）选用能适合较低温度环境的速凝剂。混凝土的配比如下表所示：表3-1防冻混凝土配合比水灰比配合比含砂率塌落度8604速凝剂偶）FDN-KD防冻剂偶）0.41:1.75:1.6252184.02.53. 6施工监测3.6.1冷冻系统监测 去回路盐水温差监测根据去回路的盐水温差，可判断冻结体的发展情况。 去回路盐水流量监测观察冻结系统盐水循环情况，应在去回路盐水干管、供液管处安装流量计。3. 6. 2地层温度监测冻结过程中应定时定人监测测温孔内不同位置的温度，根据测温结果，计算冻结峰面的发展位置，预测冻结体的扩展情况。3. 6.3变
8、形监测为r全面掌握水平冻结过程中隧道暗挖施工的地层变化情况，应在原有施工监测的基础上加密测点和观测次数，监测项目包括地面升降以及拱顶与拱脚变位。在冻结施工区域应设置一定数量的沉降观测点，以显示冻结期间冻胀引起的地面隆起、隧道开挖时涨沉交替，停止冻结后的融沉。此外，如果冻结工程周边有重要建筑物，也应在建筑物附近设置沉降观测点，并需在冻结施工前开始观测，以确保建筑物的安全。3. 7冻涨融沉的控制措施土层冻涨主要是土层中的水结冰膨胀引起，影响冻胀因素除含水量多少外，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相关。冻土的融沉是相对冻涨产生的，因为冻土融化后，土中水份因自重作
9、用渐小，融土在压力及土颗粒自重作用下，压缩体积引起融沉。所采取的主要控制措施如下：（1）加强冻结帷幕温度、厚度监测，及时调节冻结盐水温度和冻结时间，并尽可能采用间隔制冷措施；（2）加快盐水降温速度，加大盐水流量，以利加快冻土发展进度，减少冻土的水份迁移，即减少冻涨；（3）在隧道开挖过程中，根据揭露地层情况在软土、粘土中预埋或预留注浆孔，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）在地面和开挖隧道断面内布设测点，跟踪监测地面及冻结帷幕井帮的位移情况，及时分析，及时处理，视情况可采取液氮冻结补强，卸压或注浆等措施控制位移，以减少冻涨和融沉对工程施工和周围环境的影响；（5）冻结停冻
10、后及时回收供液管和冻结管，用比重1.61.7的水泥浆充填。4劳动力组织4.1主要管理人员表4-1主要管理人员表职务人数备注项目负责人1项目总工程师1钻孔项目副经理1冻结项目副经理1专业技术工程师2可根据任务调整4. 2施工劳动人员配置冻结施工时，工种及人数配置见表4-2。表4-2主要施工人员表工种人数备注打钻工40可根据任务调整电焊工4可根据任务调整冻安工20可根据任务调整机修工2可根据任务调整电工2可根据任务调整辅助工5可根据任务调整5机具设备配置5.1钻孔机具设备及附属设备的选型与配置表5-1钻孔设备表名称型号或规格数量运行容量钻孔钻机MK-51台30kW泥浆泵1台10激光测距仪1台5.
11、2制冷设备的选型与配置表5-2制冷设备表名称型号或规格数量运行容量冻结冷冻机组YSLGF3001台218 kW清水泵IS125-100-2502台18. 5 kW盐水泵200S42A2台22 kW冷却塔NDBL3-5002台8盐水箱5ms1台6质量控制要点6. 1钻孔施工的质量控制要点 定位准确，按照测量组现场的放样进行施工。 保证精度，一般控制在0.3%以内。 保证设计深度。6. 2冻结实施阶段的质量控制要点 保证在积极冻结期内在规定的时间内达到土体的冻结。 加强监测，判断冻结体的发展情况，并根据监测结构及时调整冻结参数。7安全注意事项7.1施工现场的安全措施 制度和实施安全生产责任制，建立
12、健全各项规章制度，并严格执行。 建立安全生产保证体系，管理有力，保障运行。 组织工程项目施工的安全教育和技术培训，特殊工种作业人员必须持证上岗，并进行开工前技术考核。 建立安全检查制度，实行安全生产奖惩制，消除事故隐患，引导职工齐抓共管，提高其安全生产的积极性。 编制和呈报安全计划、安全技术方案和安全措施，做到组织、制度、措施之落实。 设备使用期间要加强维修和保养，保证设备完好率和使用率及安全运行。 施工现场临时用电要有施工组织设计和方案，健全安全用电管理制度和安全技术档案。 加大安全投入、安全警示牌醒目，安全设备完备，满足安全生产需要。7. 2施工机械的安全措施 钻机、泵及冷冻设备管路必须试
13、运转，确认机械性能和各种阀门管路完好后，方准施工。 时检查各种机具以及机电设备的安全可靠性，发现隐患及时处理。 检修必须在配电处，检修处设置检修停用警示标志。7. 3施工用电的安全技术措施 施工现场必须采用“三相五线制” TN-S系统布线，两级漏电保护，三级配电措施。做好过电流保护、PE保护和漏电保护。 全部用电设备必须执行“一机一闸一漏一箱”制。 电工必须持证上岗，禁止无证操作。 发现用电事故隐患，须及时向上级领导汇报，按“三定”（定人、定时间、定整改措施）原则，由用电专业人员整改落实。 统一布设线路，杜绝私拉乱接现象。 工作中经常巡查工地，检查电源线路、照明、电器开美及设备运行情况，发现隐
14、患立即排除。 电工进行操作时，必须切断电源，严禁带电作业，并设置警示标志。 操作高压电气设备主回路时，必须带绝缘手套，穿电工绝缘靴，并站在绝缘板上。8工程实例8.1工程简介上海市地铁2号线陆家嘴站至河南中路站区间隧道联络通道（以下简称旁通道）位于两站区间隧道中部，作为地铁运营中隧道的集排水泵站和上下行隧道间的安全联络通道。其结构由两个与隧道相交的喇叭口、通道和泵站组成。从提供的地质柱状图、土工试验结果和地基土的物理力学性能指标可以看出，旁通道附近主要为黏性土，在该地层内进行联络通道开挖构筑时天然土体本身难以自稳，必须先对开挖影响范围内的土体进行冻结加固处理。8. 2施工情况该工程根据实际情况选择的是“隧道内水平冻结加固土体，隧道内开挖构筑”的施工方案。8. 2.1积极冻结设备安装完毕后进行调试和试运转。在试运转时，随时调节压力、温度等个状态参数，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、盐水流量和冻土帷幕扩展情况，必要时调整冻结系统运行参数。冻结系统运转正常后进入积极冻结期，要求lOd降温至-24C以b o8. 2.2试挖与维护冻结在积极冻结期，根据实测温度数据判断冻土帷幕是否交圈和到达设计厚度，测温判断冻土帷幕交圈并达到
