广州地铁水平冻结法施工工法Word下载.docx
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变电站与动力设备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30m3/h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7mmφ108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
针对水平冻结孔施工特点以及施工场地限制，要求所选用钻机至少能打70m长钻孔并容易控制钻孔偏斜度，输出扭矩与给进力大，钻机体积要小，分解方便，搬运灵活。
为此，选用中煤煤炭科学研究总院研制水平钻机，其主要技术性能参数为：
输出扭矩2000kN·
m
给进及起拔力50kN
钻孔最大直径Ф127mm
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。
钻孔偏斜应控制在8‰以内，成孔最大间距不大于2m。
（4）冻结孔开孔
在冻结孔布孔高度范围内用Ф38mm小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Ф140mm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Ф139×
6mm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0.8～1.2MPa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YSKF220型冷冻机2套，YSKF216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。
②8SH-13A盐水循环泵2台，流量270m3/h，扬程36m，电机总功率90kw。
③S125-100-200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。
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和Ф159×
6mm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50m3/h,总用电量约780kw。
⑨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，保温层外面用塑料薄膜包扎。
集配液圈与冷冻管连接用高压胶管，每根冻结管进出口各装阀门（或夹板）一个，以便控制流量。
冷冻机组蒸发器及低温管路用棉絮保温，盐水箱和盐水干管50mm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1.260～1.265,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，根据冻土帷幕稳定性，可进入维护冻结，但盐水温度不应高于-18°
C。
在开挖过程中，要定期检测冻结壁暴露面温度与变形，发现问题，及时处理。
4、冻结施工质量检验与控制方法
（1）冻结孔施工质量检验与控制
冻结孔施工使本工程关键工序。
冷冻孔施工按下图2所示“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。
施工准备
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钻孔质量控制程序
冻结孔施工质量检验与控制方法表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，然后根据这两孔偏斜情况，适当调整中间冻结孔钻进偏斜。
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行丈量、编号。
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
规格与设计一致
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
充填量不小于冻结管内体积80％
冻结结束后要对冻结管进行充填，以免冻结管锈蚀后导水。
充填用水泥浆或水泥砂，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
检测项目
试验、检验方法
装备能力
冷冻机装机容量
727.4kw
检查设备铭牌和说明书
盐水泵总流量
784～1120m3/h
冷却水泵总流量
≥600m3/h
供电能力
780kw
由建设单位提供
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
按设备要求
按产品说明书连接、调试
电气连接
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
真空试验
5.332kPa保持24h回
升≤0.667kPa
用抽氟机抽真空
盐水系统安装
盐水泵底座找平
盐水泵联轴器找正
中心度误差≤φ0.1mm,间隙≤0.3mm
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
清水系统安装
清水泵底座找平
清水泵联轴器
找正
清水管路安装
清水管路试漏
打压0.3MPa稳定10min
电气系统耐压试验
低压系统耐压1000v
用摇表试压
盐水浓度
盐水比重为1.26～1.265
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
检验方法
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要求
检测去、回路盐水温度、流量和冷却水温度，检查冷冻机上控制仪表读数。
盐水温度
设计最低盐水温度-24～-28,开冻7天达到-20℃
用精度为±
0.3℃精密温度计检测去路干管盐水温度
冻结壁交圈时间
冻结壁交圈时间≤30d
观测水文孔水压，压力明显上升时为冻结壁交圈。
冻结壁达到设计
厚度时间
达到冻结壁设计厚度时间为35天
根据测温孔测温数据确定。
冻结管工作状态
冻结管无断裂
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。
五、机具设备（见表4）
机具设备表表4
名称
规格型号
数量
用途
钻机
MKD—5S
用于打钻
泥浆泵
TBW850/50
除砂泵
自制
水平测斜仪
TY—1
水平定向仪
造斜器
扶正器
电焊机
BS—400
泥浆测定仪
试压泵
11
冷冻机
YSKF220
用于冻结
12
YSKF216
13
冷却塔
DBL—200
14
盐水泵
8SH—13A
15
清水泵
IS125—100—200
16
测温仪
17
流量计
18
抽氟机
六、劳力组织
劳力组织（一个工班）表5
岗位工种
人数
说明
一
钻孔施工
54
技术负责人
钻探工程师
材料员
钻工
30
泥浆站工
焊工
车工
钳工
电工
二
冻结施工
21
1
工程师
质检员
安全员
制冷综合工
七、质量控制措施
1、为了确保施工安全，在打第一个冻结孔时，及时分析主要地层钻进过程参数变化情况，检查地质、水文情况，如有异常，及时采取措施，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，最大孔间距一般控制在2.2m以内，如个别超标，将整体分析交圈情况，决定是否采用补孔措施。
3、为了保证冻结工程质量，将使用国内最先进高精度水平陀螺仪、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、不同地质条件使用不同钻头，合理采用钻进技术参数，严格控制钻进压力，预先估计钻杆、钻具自重影响，适当抬起钻杆角度，消除钻杆、钻具自重因素而造成偏差。
5、钻进过程中严格监测孔斜，原则上每20m～30m测斜一次，测斜后要及时绘制钻孔偏斜透视图，发现超偏及时纠正。
6、每个冻结器都要安装进回液阀门，及时调整各个冻结器流量。
通过流量测定和温度测定，随时掌握冻结器运行情况。
7、安装盐水干管时要确保设计坡度，以免管内聚集空气影响盐水流动。
必要时盐水系统应设置放空阀。
8、用温度检测系统监测冻结孔温度变化，及时预计冻结壁发展状况。
在掘进过程中，要经常测量隧道壁面温度和冻土实际所处位置，对冻结壁状态进行预报，必要时调整冻结供冷参数。
9、为了减少冻结施工中冻胀和融沉对地面影响，在冻结初期，应采取快速降温冻结措施，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不利因素）。
冻结壁融化时，要随时监测地面下沉情况，一旦沉降量超过地表下沉允许值时，就要及时进行跟踪注浆。
八、安全措施
除严格遵守地铁施工安全操作规程外，还应采取以下措施：
1、组织相关施工人员学习安全操作规程，进行岗前培训。
2、编制和呈报安全计划，安全技术方案和安全措施，并认真贯彻落实。
3、积极做好安全生产检查，发现事故隐患，要及时整改。
4、检测隧道壁面温度和冻结壁变形情况，若发现异常，及时采取相应措施。
5、与隧道掘砌施工相配合，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，循序渐进原则选用各参数，爆破时必须确保冻结管正常工作。
九、效益分析
对于通过断层破碎带、流砂层、淤泥层等易坍埸且富含水隧道，过去常规施工方法：
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、投资等限制，甚至受其工法制约，无法确保地层加固效果。
而纪越区间过清泉街断裂带隧道采用水平冻结法施工，一次水平冻结长度63.5m，属国内最长，而且制冷系统采用新型氟利昂盐水螺杆冷冻机组，降温速度快，盐水容易控制，自动化程度高，冻结效果非常好。
在隧道掘进过程中，达到无漏水效果，很好地改善了洞内施工环境，且施工质量好，速度快，同时经冻结地层稳定性好，安全性高。
地表沉降监测数据表明，用水平冷冻法施工所引地表变化远远小于常规施工方法。
该方法成功应用，对推动我国水平冻结技术发展，具有极为重要意义。
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采用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，在工期紧迫情况下，其冷冻法施工质量好，速度快，不仅确保了冷冻施工效果，且为后续工程质量提供了有力保障，受到业主好评和奖励。
执笔：
武明静杨红艳
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