冷冻法施工作业指导书.doc
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冷冻法施工●作业指导书
武汉长江隧道工程
冷冻法施工作业指导书
编制：
审核：
批准：
中铁隧道股份有限公司武汉长江隧道工程
项目经理部
二零零六年七月
一、编制依据
1.1《地下铁道工程施工及验收规范·GB50299-1999》；
1.2《盾构法隧道工程施工及验收规范·DGJ08-233-1999》；
1.3《地下防水工程施工及验收规范·GBJ208-83》；
1.4《煤矿井巷工程施工及验收规范·GBJ213-90》；
1.5本工程投标文件。
二、编制目的
规范操作程序，指导现场施工。
三、适用范围
武汉长江隧道盾构隧道联络通道冷冻施工。
四、作业概述
该工法是在地层中按预定间隔埋设冻结管（Φ100mm的管径），冷却液在冻结管上循环，则管周围地层中的孔隙水以管为中心生成年轮形状冻土。
邻近的冻土柱连接在一起，形成止水墙。
本工程用冷冻机把盐水溶液冷却到-20～-40℃，由循环泵送至冻结管冷却地层，盐水吸收地层的内热后，温度上升，经由盐水冷却泵，返回冷却机降温后，再次进入冷却管，如此反复循环。
五、人员机械配置
人员配置表
工种
人数
工种
人数
打钻工
20
辅助工
4
机械安装工
10
技术人员
3
机修工
3
管理人员
5
电工
6
合计
51
机械设备配置表
编号
机械
单位
数量
备注
1
W-YSLGF300Ⅱ型螺杆机组
台
2
备用一台
2
IS150-125-200水泵
台
1
盐水泵
3
IS150-125-200C水泵
台
1
清水泵
4
测斜仪
台
1
5
测温仪
台
2
6
NBL-50冷却塔
台
2
7
J-200型金刚石钻机
台
1
管片开孔
8
MD-50钻机
台
1
9
电焊机
台
2
六、部门职责
1、工程部：
①、负责冻结帷幕设计计算、冻结孔布置及制冷设计；
②、冻结施工过程现场监督，冻结效果检查。
2、设物部：
①、负责冷冻设备的维修、保养；
②、保证电力持续、足量供应。
3、操作班组：
①、严格按照冷冻设计布孔、埋管；
②、钻机、冷冻机械操作。
七、作业流程
作业流程见下图。
7.1施工准备
7.1.1在隧道内敷设一条120mm2动力电缆，用于冻结钻孔施工及隧道内冻结
作业流程图
系统安装供电。
7.1.2利用隧道内清水、排污管道，用于冻结孔打钻和冻结站运转的供水和排污。
7.1.3在旁通道施工工作面两端砌高约0.5m的泥浆挡墙，以免冻结孔钻进时泥浆四溢影响隧道内环境整洁。
7.1.4用厚4～6cm的木板在旁通道处铺设冻结施工场地，按不同位置的冻结孔钻进要求，用φ1.5″钢管搭建冻结孔施工脚手架。
7.2冻结孔定位与管片开孔
根据冷冻设计计划的基准点，按冻结孔施工图进行冻结孔孔位放线，提请注意的是：
孔位布置首先要依据管片配筋图和钢管片加强筋的位置，在避开主筋的前提下可适当调整，一般不应大于100mm。
7.2.1在正式开孔前，利用检查孔，即隧道管片上的补浆孔钻Ф38mm小孔径探孔，检查地层稳定性。
7.2.2开孔选用J-200型金刚石钻机，配φ130mm金刚石取芯钻头进行钻孔，深度约300mm，以不钻穿管片控制。
用钢楔楔断岩心、取出后，打入加工好的孔口管，并固定，每个孔口管要至少有4个固定点固定在管片上。
7.2.3开孔顺序
根据旁通道施工的孔位，采用由上向下的顺序施工：
即先施工穿透孔，根据穿透孔的偏差，进一步调整有关的钻进参数，再按由上向下的顺序施工，这样可防止因下层冻结孔的施工引起上部地层扰动，减小钻孔施工时的事故发生率。
7.2.4钻孔偏斜和终孔控制
钻孔的偏斜应控制在1%以内，在确保冻土帷幕厚度的情况下，相邻终孔间距不得大于1.0m，否则应补孔。
冻结孔钻进深度应不小于设计深度，不大于设计深度0.2m（钻头碰到隧道管片者除外）。
7.3冻结孔钻进与冻结管设置
7.3.1钻孔设备使用MD-50钻机一台，配用BW250型泥浆泵，钻具利用φ89×8㎜冻结管作钻杆；冻结管之间采用套管丝扣连接，接头螺纹紧固后再用手工电弧焊焊接，确保其同心度和焊接强度。
7.3.2正常情况下，钻进时安装简易钻头，如果钻进困难遇到砂层，为防止钻进中返砂，在钻头部位安装一个特制单向阀门。
7.3.3冻结管到达设计深度后冲洗单向阀，并密封冻结管端部。
7.3.4钻进过程中严格监测孔斜情况，发现偏斜要及时纠偏，下好冻结管后，进行冻结管长度的复测，然后再用灯光测斜仪进行测斜并绘制钻孔偏斜图。
冻结管长度和偏斜合格后再进行打压试漏，压力控制在0.8Mpa，稳定15分钟压力无变化者为试压合格。
7.3.5在冻结管内下供液管,然后焊接冻结管端盖和去、回路羊角。
冷冻管单孔成孔步骤见下图。
7.4冷冻站布置与设备安装
将冻结站设置在东线（左线）隧道内，靠近旁通道位置，占地面积约80平方米，站内设备主要包括冷冻机、盐水箱、盐水泵、清水泵、冷却塔及配电控制柜等。
设备安装按设备使用说明书的要求进行。
选用YSLGF-300型冷冻机组1套，当盐水温度为-26℃，冷却水温度26℃时，其最大制冷量约为87500kcal/h。
冷冻机组电机总功率为100kw；选用200S42A盐水循环泵2台（其中1台备用），流量198m3/h，扬程43m，电机功率37kw；选用IS125-100-250冷却水循环泵1台，流量100m3/h，扬程20m，电机总功率11kw；DBNL3-50型冷却塔2台，电机总功率6kw；设盐水箱一个，容积6m3；盐水干管和集配液管均选用Φ159×5mm无缝钢管或6″焊管，集、配液管与羊角连接选用1.5″高压胶管；冷却水管用5″焊管；冷冻板用1.5″管加工；在冷冻机进出水管上安装温度传感器，在去、回路盐水管路上安装压力、温度传感器和控制阀门，在盐水管出口安装流量计，在盐水箱安装液面传感器；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；在盐水管路的高处安装放气阀；在去路盐水干管上安装单向阀；盐水和清水管路耐压分别为0.7MPa和0.3MPa；冻结施工冷却水用量为15m3/h，最大总用电量约171KW。
其它：
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。
盐水比重为1.260～1.265。
7.5管路连接
管路用法兰连接，隧道内的盐水管用管架敷设在隧道管片斜坡上，以免影响隧道通行。
在盐水管路和冷却水循环管路上要设置、阀门和测温仪、压力表等测试元件。
盐水管路经试漏、清洗后用保温板或棉絮保温，保温厚度为50mm，保温层的外面用塑料薄膜包扎。
集配液圈与冻结管的连接用高压胶管，每组冻结管的进出口各装阀门一个，以便控制流量。
旁通道主排冻结孔每2～3个一串联，其他冻结孔3～4个一串联。
冷冻机组的蒸发器及低温管路用棉絮保温，盐水箱和盐水干管用50mm厚的保温板或棉絮保温。
旁通道两侧管片保温：
由于混凝土和钢管片相对于土层要容易散热得多，为加强冻土墙与管片胶结，旁通道两侧管片内表面采取保温措施，以减少冷量损失。
冻结孔施工侧即左线，首先将钢管片格栅内用素砼填充密实，然后采用PEF板保温板对冻结帷幕发展区域管片进行隔热保温。
右线隧道，冻结管的端部区域范围内布置冷冻板，同样将钢管片格栅内用素砼填充密实，然后采用PEF板保温板对冻结帷幕发展区域管片进行隔热保温。
左、右线钢管片格栅内填满素混凝土（除欲拉开的管片外）然后再用PEF板保温板进行保温。
7.6溶解氯化钙和机组充氟加油
盐水（氯化钙溶液）比重为1.26，先在盐水箱内充满清水，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。
机组充氟和冷冻机加油按照设备使用说明书的要求进行。
首先进行制冷系统的检漏和氮气冲洗，在确保系统无渗漏后，再充氟加油。
7.7积极冻结与维护冻结
7.7.1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备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、测温孔温度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
7.7.2开挖前检查与维护冻结
在积极冻结过程中，要根据实测温度数据判断冻土帷幕是否交圈和达到设计厚度，同时要监测冻土帷幕与隧道的胶结情况，测温判断冻土帷幕交圈并达到设计厚度且与隧道完全胶结后再进行探孔试挖，确认冻土帷幕内土层基本无压力后再进行正式开挖。
检查项目：
（1）测温孔
可根据测温孔实测数据，推算出冻土发展速度及在该冻结时间内的冻土发展半径，从而算出冻结帷幕厚度，再根据成冰公式或用作图法得出冻结帷幕平均温度，若各个层位、部位冻结帷幕的厚度和平均温度达到设计要求后，即可打开管片进行开挖。
（2）卸压孔
在积极冻结过程中，卸压孔有两个作用，一是起到释放冻胀压力的作用，另一方面根据显示的压力来判断冻结帷幕是否交圈。
在冻结初期卸压孔是没有压力的，随着冻土的逐渐扩展，水分不断迁移，交圈后冻土形成一个封闭的土体，冻胀压力得不到释放而逐渐增加，它的外在表现即为卸压孔压力的增长。
（3）探孔
测冻土帷幕温度和厚度达到设计值后，打开泄压孔确认无泥水涌出，并安装好防水门后，打开联络通道预留口的钢管片。
开挖过程中，根据暴露冻土帷幕的稳定性，进入维护冻结，盐水温度不高于-20℃。
（4）盐水去、回路温差
由于冻结帷幕交圈后需冷量较交圈前要小，因此冻结帷幕交圈前盐水去、回路温差要比交圈后大，不过此现象仅作为判断冻结帷幕交圈的参考。
要确定打开管片进行开挖还需结合测温孔资料、卸压孔压力、探孔情况等方面综合考虑。
正式开挖后，根据冻土帷幕的稳定性，可适当提高盐水温度，进入维护冻结，但盐水温度控制在-25～-30℃之间。
7.8停止冻结。
浇筑完混凝土内衬后停止冻结，进行自然解冻。
7.9冻结孔密封。
截去露出隧道管片的孔口管和冻结管，然后在孔口管管口焊接8mm厚的钢板。
八、质量保证措施
8.1预防钻孔漏泥冒砂的措施
8.1.1正式开孔前，需用Φ38㎜小孔径钻孔检查地层稳定性，如有严重涌砂冒水，则采取双液浆或化学浆液堵漏。
8.1.2在取芯开孔后，安装带填料密封盒的孔口管，管侧装有Ф40mm旁通阀门，防止孔口喷砂。
8.1.3在含水砂层中钻进，其砂土会随压力水涌出孔口，因此从两个方面采取措施：
①采用化学泥浆护壁；②在回流旁路上增加背压力，使钻孔内保持一定的压力，维护孔壁的稳定。
8.1.4准备相应的预案，采取无泥浆顶管法顶进冻结管，避免地层涌砂冒水。
8.2钻孔偏斜控制措施
8.2.1根据施工需要，设置测量基准点和基准线。
8.2.2准确定出钻孔开孔孔位，调整控制在±100mm以内。
8.2.3钻机就位使用全站仪定位，一要找好钻机开孔倾角并考虑钻杆因受自重的作用使钻孔产生向下的偏移，定位时略较设计倾角上仰0.1º～0.5º，以中和钻孔垂直方向的偏斜。
二要控制钻机的水平方向误差，以保持钻机主动钻杆之轴线与连接通道轴线平行（或与隧道轴线相垂直）。
8.2.4在钻具组合形式上采用满眼钻进方式，即钻头直径略大于钻杆（即冻结管）直径，以减小钻孔偏斜。
8.2.5钻孔结束后，要立即进行打压测斜，如果超出设计规定，则进行补孔。
8.3地层冻结过程质量技术措施
8.3.1选用无污染、效率高、体积小、重量轻、制冷量大、安装运输方便的螺杆冷冻机组
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