杭州地铁某合同段盾构冻结法施工方案.docx

1、杭州地铁某合同段盾构冻结法施工方案杭州地铁X号线工程XX桥站盾构进出洞水平冻结加固施工方案设计 编制： 审核： 审定： XX公司XX分公司二一年九月一、编制总说明1.1、施组方案的选择依据和设计规范、技术标准（1） 煤矿井巷工程施工及验收规范（GBJ213-90）。（2） 煤矿井巷工程质量检验评定标准（MT5009-94）。（3） 地基处理技术规范（DBJ08-40-94）。（4） 地基基础设计规范GB50007-2002。（5） 建筑变形测量规范JGJ8-97。（6） 建筑抗震设计规范GB50011-2001。（7） 地下铁道设计规范GB50157-2003。（8） 甲方提供的工程地质资料，

2、工广平面布置，工作井结构等相关资料；隧道上、下行线衬砌圆环布置图（9） 工程建设标准强制性条文（城市建设部分）。1.2、冻结设计原则为保障盾构顺利进出洞，并根据地面工况条件（北端头处有浣纱渠、南端头处有600污水管），地面无加固施工场地，故本工程采用工作面水平冻结方案； 冻结施工方案着重从以下几个方面进行了考虑：1. 保障冻土墙的厚度、强度及封水性能可满足盾构进出洞时土体的稳定要求。2. 外圈冻结孔深度应包裹住整个盾构机，确保盾构进出洞的安全。3. 在保障强度的前提下，尽量减少冻土墙体积，以减小冻结对周围环境的影响，对可能受影响的构筑物采取有效的保护措施。4. 冻结帷幕技术性能必须满足盾构进出

3、洞施工的安全和质量要求。5. 冻结方案应符合现场实际条件的施工可行性和良好的可操作性。6. 施工方案应在满足工程要求工期的条件下具备优化能力。7. 施工方案及措施必须满足城市环保及节能要求。8. 减少冻胀与融沉的危害。1.3、工程概况杭州地铁X号线工程区间采用盾构法施工隧道，12、13号盾构在XX桥站南端头井进洞，从XX桥站北端头井出洞向XX路站推进，南端头井地面标高+8.180米，轨顶标高6.074米，隧道中心埋深-4.214米。北端地面标高+7.96米，轨顶标高5.763米，隧道中心埋深-3.903米。本工程地连墙厚度800mm，内衬厚度700mm。北端头井盾构进洞段穿越的土层主要为：1层

4、淤泥质粘土、2层淤泥质粉质粘土、3层淤泥质粉质粘土夹粉土；南端头井盾构出洞段穿越的土层主要为：1层淤泥质粘土、2层淤泥质粉质粘土、1层粉质粘土。为保证盾构机进出洞安全，防止泥砂及地下水涌入工作井；同时由于浣纱渠、600污水管的存在，地面没有施工场地不具备冻结施工条件。左、右线盾构进出洞地基加固均拟采用水平冻结加固方法施工。即利用人工地层冻结加固技术，所加固的土体，具有强度高、均匀性好、隔水性好等优点，可有效地保障盾构顺利进出洞，工程量为2个盾构进洞及2个出洞加固。 二、冻结方案与冻结参数2.1.冻结方案的确定根据盾构施工所处地层及地面没有施工场地，地面不具备冻结施工条件。左、右线盾构进、出洞地

5、基加固均拟采用端头井内水平冻结加固方法施工。 2.1.1冻土墙厚度h的确定设冻土墙平均温度为-10，冻土抗压强度压=3.6MPa，抗拉强度拉=1.8MPa，抗剪强度剪=1.6MPa。洞口采取板状冻结方式加固。冻结加固体在盾构进出洞破壁时，起到抵御水土压力、防止土层塌落和泥水涌入工作井的作用。该进出洞口冻结加固体，其承受的荷载、计算模型及冻结管布置的示意图如图 1 所示：1 计算水土压力： 计算以埋深较深的南端头井进洞为例，洞口的中心埋深为12.394m，当开洞直径为6.7m 时，开洞口的底缘深度为15.744m。 则按重液公式计算得到水土压力为： P=0.013H=0.205MPa 2 定加固

6、体为整体板块而承受水土压力，运用日本计算理论计算加固体的厚度：，计算得冻土墙厚度为1.75m。表1运用日本计算理论的数据及结果冻土平均温度冻土弯拉强度 水土压力 P加固体开挖内直径D系 数 安全系数 k计算加固体厚度 h-101.8Mpa0.205 MPa6.7m1.22.0（现一般取3）1.75运用我国建筑结构静力计算理论公式进行验算：圆板中心所受最大弯曲应力计算公式为表2 运用我国建筑结构静力计算理论计算数据及结果水土压力 P加固体开挖内直径 D冻土泊松比计算加固体h计算得加固体最大弯拉应力max冻土弯拉强度-10安全系数 k0.205MPa6.7m0.351.75m0.9MPa1.8MP

7、a2 max-10剪切验算加固体厚度沿槽壁开洞口周边验算加固体剪切应力表3 剪切应力验算数据及结果水土压力P加固体开挖内直径D加固体厚度h最大剪切应力冻土抗剪强度-10安全系数Kmax=0.196 MPa-10=1.6Mpa0.205Mpa6.7m1.75max-108.16根据以上计算结果并结合我公司类似工程冻结施工经验和设计院设计原则，冻土墙厚度h 盾构进出洞冻结壁厚度取1.8m，外圈维护冻结帷幕厚度取1.6 m。2.2冻结范围及冻结孔的布置鉴于盾构进出洞对加固体强度及密封性要求很高，以及实际现场施工情况和条件（施工场地的原因），采用水平冻结方案。主要技术参数：冻结体为洞口处冻结板块厚1.

8、8m，直径10m。每个洞门冻结孔数：水平冻结孔：58个，外圈33个冻结孔深度为10.5米，内圈2圈25个冻结孔深度为2.9米，测温孔9个，孔深：外圈进入土层9.0M，内圈进入土层2.1M。冻结管管材选择：冻结管选用1088mm20#低碳无缝钢管。2.2.1主要冻结施工参数的确定（1） 积极期盐水温度-25-30。（2） 冻结孔偏斜率150mm。（3）盾构进出洞加固冻结孔外圈最大终孔间距Lmax=lmax+=0.93m。内圈最大孔间距为1.27m。（4）盾构进出洞加固冻土平均发展速度v=28mm/d。（5）盾构进出洞加固冻土墙交圈时间T=Lmax/2v=23天。（6）盾构进出洞加固冻土墙达到设计

9、强度的时间为40天。（7）冷凝温度 +35。根据以上参数选定，当冻结孔最大间距处交圈时，冻土墙与槽壁完全胶结。2.2.2、冻结孔设计（1）冻结孔布置盾构进出洞每个洞圈共布置水平冻结孔58个，内圈25个，外圈33个；见下图 冻结孔布置图（2）冻结孔施工冻结管、测温管和供液管规格冻结管选用1088mm20#低碳钢无缝钢管，采用丝扣连接加焊接；测温管采用503mm无缝钢管（内圈可用PVC管）。打钻设备选型水平冻结孔施工，选用MD-60A型钻机进行施工，冻结管连接采用丝扣加焊接方式。钻孔使用灯光测斜，冻结孔终孔偏斜控制在150mm以内。选用BW-250/50型泥浆泵台，电机功率14.5KW。水平冻结孔

10、施工方法：水平冻结孔施工较复杂，工序为：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验。具体如下：（1）定位开孔及孔口管安装：根据设计在隧道内定好各孔位置。根据孔位在槽壁上定位开孔，首先注意槽壁内主筋干涉时，调整孔位，用开孔器（配金刚石钻头取芯）按设计角度开孔，开孔直径130，当开到深度300时停止钻进，安装孔口管；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球阀，再将球阀打开，用开孔器从球阀内开孔，开孔直径为110，一直将槽壁开穿，这时，如地层内的水砂流量大

11、，就及时关好球阀。（2）孔口装置安装：用螺丝将孔口装置装在球阀上，注意加好密封垫片。详见如下示意图。孔口管安装角度均为0度。施工中当第一个孔开通后，没有涌水涌砂，可继续开孔施工，但继续开孔仍要装孔口装置，防止突发涌水涌砂现象出现；若涌水涌砂较厉害，还应当进行注水泥浆（或双液浆）止水及地层补浆。（3）钻孔：按设计要求调整好钻机位置，并固定好，将钻头装入孔口装置内，在孔口装置上接上1.5寸阀门，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。钻机选用MD-60A型锚杆钻机，钻

12、机扭矩3000NM，推力25KN。 （4）封闭孔底部：用丝堵封闭好孔底部，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。（5）打压试验：封闭好孔口用手压泵打水到孔内，至压力达到0.8MPa时，停止打压，关好闸门，经试压30min压力下降不超过0.05MPa,再延续15min压力保持不变为合格。（6）管漏：设计在管漏发生时的处理方法是：逐根提出孔内管子，并用泥浆泵逐个焊缝打压，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。在实际施工中，发生冻结孔打压保压不合格的冻结孔，要采用在泄漏孔冻结管内下入小一级冻结管（套管）的方法处理此类事故。2.3、冷冻站设

13、计：以单个盾构进出洞为例：（1）、制冷系统盾构进出洞需冷量Q=1.3qNHd=2.1万大卡/小时D=0.089，H=231，q=250单个盾构进出洞根据冷量计算选用W-YSLGF300型螺杆机组2台套（其中一台备用），单台设计工况制冷量为8.75万大卡/小时。 冷冻站首次充氟立昂500Kg。（2）、冷却水系统冷却水总需水量：W=120m3/h，选IS-150-125型水泵，流量200m3/h,电机功率22.5kw。设计冷却水进水温度+25，出水温度+2832。选用2台NBL50型冷却水塔，补充新鲜自来水10m3/h左右，水温+21。（3）、盐水系统.设计盐水比重1250kg/m(28.9Be)

14、,比热为0.665,盐水凝固点-34.6。设计单孔盐水流量不小于5m3/h。盐水泵选用IS-150-125型水泵，流量200m3/h,电机功率45kw。冻结孔为每3孔一组串联安装。计算盐水干管,则选用1595低碳钢无缝钢管供回液。（4）、.冻结站需N-46号冷冻机油400Kg。（5）、用电负荷为250KVA。三、施工工序及工期安排3.1施工工序通过测温孔观测计算，确定冻结帷幕交圈、冻土与槽壁完全胶结，并达到设计强度后，开始破除洞口槽壁直至槽壁最后一层钢筋砼（不少于300mm），再将洞口内冻结管拔出，槽壁完全破除，最后实施盾构进出洞推进。具体施工工艺见下页图。冻结站安装与钻孔施工同时进行，钻孔施

15、工结束即可转入冻结器安装冻结阶段。后再对土体进行加固冻结运转。 冻结法施工工艺流程图 3.2预计工期（单个洞门） 冻土平均发展速度取28mm/d，冻结孔最大间距1270mm，冻土墙交圈时间:T=1270282=22.6天（取23天）,达到厚度及强度需要40天，因此冻结天数达到后可完全破壁，盾构进出洞。3.3、具体工期安排（单个进出洞加固计划表见附表）a、钻孔下管及冻结站安装 20天b、积极冻结 40天c、拔冻结管 2天d、盾构推进进出洞 5天f、融沉注浆 90天总工期 67天（不包括融沉注浆）具体工期详见附表二： 盾构进出洞总工期计划表为保证盾构进出洞时的安全和冻结加固不因时间暴漏过长而融化，

16、应做好冻结施工与盾构施工工序的相互配合；在破完第一层槽壁后，冻结达到设计要求，进行探孔检测后，再进行最后一层钢筋的割除，最后一层工序为先拔除盾构区域内的冻结管然后盾构开始进出洞施工。根据实际工程进度安排，在盾构进出洞前67天内进场开始施工。四、劳动组织、配套计划4.1施工平面布置冻结站现场具体布置根据现场情况定。工人宿舍、库房、材料堆放场地和施工辅助设施布置，进工地后根据现场情况确定。考虑施工现场的地方狭小，冻结站可安装在距加固区100米内的施工地区，或安装在车站二层平台，采用盐水干管长距离供冷。4.2劳动力配备计划 劳动力配备计划见下表 “劳动力配备计划表”。打钻工先进场施工，然后进入冻结站

17、安装。同时施工最多人数为48人。 劳动力配备计划表工 种人 数工 种人 数打钻工20电焊工4冻安工16技术人员2机修工2管理人员2电 工2合计484.3 设备与材料供应计划地层冻结施工的设备与材料用量分别见下表“盾构进出洞冻结施工主要设备及材料用量表”。 盾构进出洞冻结施工主要设备及材料用量表（单个洞门）编 号项 目单位数量备 注一主要设备1冷冻机W-YSLGF300型台2备用1台2IS150-125-315水泵台2盐水泵，备用1台3IS125-100-215C台2清水泵，备用1台4真空泵（或抽氟机）台15经纬仪台16测温仪台17NBL-50冷却塔台28MD-60A钻机台19电焊机台2二主要材

18、料11595无缝钢管T52898无缝钢管T4冻结管31.5”钢管T104高压胶管m600耐压0.8Mpa5冷冻机油KG400N466氟里昂R22KG5007氯化钙T108逆止阀只579”阀门只100108”阀门只5011保温材料M2300单个进洞主要冻结施工参数一览表序号参 数 名 称单位数 量备 注1冻结孔深度m2.9/10.5入土深度2冻土墙设计厚度m2.13冻土墙平均温度-104积极冻结时间天405垂直冻结孔数个06水平冻结孔数个58入土10.5/33个;入土2.9/25个7冻结孔开孔间距(一三排孔)m0.781.128冻结孔平均偏斜率%19设计最低盐水温度-25-30冻结7天盐水温度达

19、到-20以下10单孔盐水流量m3/h511冻结管规格（外圈）水平mm108820#低碳钢无缝钢管12测温孔个9503mm无缝钢管（PVC）13冻结制冷量Kcal/h2.1万工况条件(进出洞)14最大用电量kw25015用水量m3/h10新水补充五、 盾构进出洞5.1冻结效果的监测及完成的参数指标（1）盐水去回路温差不大于-2.0。（2）各孔组温差不大于-1.2，盐水流量5立方米。（3）盐水温度降至-25 -28 以下。（4）积极冻结时间要达到设计值。（5）冻结过程中无断管和盐水漏失。（6）选择合理测温孔测点温度，计算冻结壁厚度及平均温度达到设计值。（7）打探孔无水，且探孔内温度在-5以下已结冰

20、。（8）经过四方验收合格后方可破槽壁盾构机进出洞。5.2盾构进出洞流程当冻结帷幕满足设计要求时开始破除槽壁50 cm，破除完后，再进行探孔检测，达到设计后，再对最后一层槽壁30cm钢筋砼进行破除，对内圈的（3圈）冻结孔内盐水吹出，进行洞口内冻结管拔除，然后盾构靠上冻结壁；冻结段推进过程中严格控制推进速度和压力。 盾构进、出洞流程图六、 拔管61冻结管拔管611拔管方案盾构进出洞水平冻结管拔除：水平冻结孔共4圈，先拔盾构进出洞口内的三圈孔，先拔中心孔第1圈及第2圈上部孔、第3圈孔上部孔继续冷冻。拔完后，开始拔下部孔，拔第3圈孔时要间隔拔除。盾构机完全进出洞结束后，方可起拔最外圈水平冻结孔。利用人

21、工局部解冻的方案，进行拔管，具体方法如下：利用热盐水在冻结器里循环，使冻结管周围的冻土融化达到50mm100mm时，开始拔管。见盐水加热循环图。(1) 盐水加热 用一只2m3左右的盐水箱储存盐水，用1545kw的电热丝进行加热盐水。(2) 盐水循环利用流量为10m3/h盐水泵循环盐水，先用2030的盐水循环5分钟左右，然后盐水温度逐步升高到3060循环达30分钟左右，当回路盐水温度上升到2530时，即可进行边循环边试拔。(4) 冻结管起拔水平孔管拔除：用热盐水循环解冻1525分钟后，利用48#大牙钳转动冻结管，用3吨手拉葫芦拔出冻结管（连同孔口管一起拔除）。手拉葫芦固定在搭设的脚手架上，冻结管

22、范围内的脚手架须特殊加固使其与槽壁紧密连接便于力的传递。见拔管示意图。上述方法不能拔出冻结管时，利用两个5吨千斤顶架设在槽壁上，水平向外顶推冻结管，具体操作见利用千斤顶拔管图。盐水加热循环图利用千斤顶拔管图62注意事项（1）冻结帷幕满足设计要求后，开始破除洞口槽壁0.5米。（2）破槽壁时必须注意冷冻系统的保护，不得碰或砸冷冻管路及测温系统。（3）洞圈内冻结孔拔除后盾构进出洞不宜超过1天，以防冻结帷幕融化，影响其强度。（4）冻结孔拔除的保温工作，采用聚乙烯保温材料对拔除后的冻结进行充填；人工破壁的同时对破壁后的加固体进行保温工作。（5）抜管所使用的支架与人员工作平台支架必须是各自独立的体系，两个

23、支架间不得有任何连带关系。（6）盾构推进到冻结区域如果停止推进应每隔10分钟转动刀盘一次，每次转动时间不少于5分钟，防止刀盘被冻住。七、 破壁及盾构穿越冻结区的保证措施7.1温度控制为了保证盾构能够推进，因此盾构外周的冻土温度必须得到有效的控制，冻土温度通过测温孔得到。我们控制盾构外周的冻土温度不高于5。最终通过测温手段确定冻结已达既定要求后才进行盾构进出洞施工7.2 打设槽壁探孔通过测温孔观测计算，确认冻结帷幕达到设计厚度及强度，在洞门槽壁上均布的打若干探孔，以判断冻土与槽壁的胶结情况。探孔在两测温孔之间布置，按照各探孔的布置在洞门上定点，然后用开孔钻机打探孔，探孔进入冻土内深度控制在101

24、5cm，探孔打好后，采用高精度的温度计或测温仪进行量测，各探孔实测温度必须低于4。7.3槽壁凿除当通过探孔实测温度判断冻结帷幕与槽壁完全胶结后，方可拔管，然后将槽壁全部破除， 最后一层破壁时间不宜超过1天，以防冻结帷幕融化，影响其强度。应采取措施作好保温工作，以确保冻土的低温强度。盾构进出洞时，最后一层破壁可采用分层分块进行，如破壁时间来不及的情况下直接用盾构破壁，防止冻结帷幕融化，造成不良后果。八、冻胀与融沉控制措施8.1、冻胀对周围环境的影响及控制土层冻胀主要是地层中孔隙水结冰膨胀引起的，多数土层结冰时均要产生冻胀，冻胀量的大小与土层力学特性，约束条件，冻结速度，土层含水量及水分迁移的多少

25、有关，水变冰的体积膨胀量约9%，而土体膨胀量一般约为3%-4%，依据施工经验，在浅土层进行冻结时易产生较大的冻胀量，一般取冻土体积的15%。影响范围可能波及到非冻土区11.5m，因此，冻结施工前，只要对所有影响范围内的管线采取适当的保护措施；施工过程中，加强检测，冻胀影响完全可以控制。（如采用定向钻孔，局部冻结，热水循环等）冻土产生的冻胀压力与冻土的平均冻胀率及周围土性的弹性模量、泊松比有关。经实测。由于冻结区域是开放式的，槽壁为C30钢筋砼，因此冻胀力不会对槽壁产生较大影响。8.2、融沉控制和环境保护措施融沉主要是冻土融化时排水固结引起的，滞后于冻土的融化,冻土融化时的沉降量与融层厚度、融层

26、土的特性有关。根据施工经验和土工试验,冻土融化后，其标高可能略低于原始地层的标高，为减少融沉量，解冻后，可在隧道内进行适当的跟踪注浆，减小冻结对周围环境的影响。在冻结管拔出的同时在孔内灌注水泥粘土浆或粉煤灰浆，为防止低温对注浆强度的影响，在水泥粘土浆或粉煤灰浆内掺防冻早强剂氯化钙（23%）。 8.2.1 融沉补偿注浆（1）注浆管布置在冻结拔管施工时，进行注浆孔预埋。注浆管规格为11.5寸钢管（注浆管为花管）。孔深度为冻结孔的设计深度；注浆孔布置根据冻结孔布置，采用间隔布置，即冻结孔拔除时每隔13个孔预埋一个，同时可利用管片上注浆孔。（2）注浆材料：注浆材料采用水泥单液浆或水泥水玻璃双液浆。水泥

27、水玻璃双液浆比为：水泥浆与水玻璃溶液体积比为1：1。水泥浆水灰比为1：0.8。 注浆压力为0.40.5MPA。（3）注浆顺序注浆的顺序是先下部后上部。（4）注浆原则及方法注浆遵循多次少量均匀的原则。单孔一次注浆量为0.5 m3，最大不超过1m3。注浆压力按设计要求为静水压力的2倍，压力小于0.5MPa。一天地层沉降大于0.5mm，或累计地层沉降大于3mm时应进行融沉补偿注浆；地层隆起达到3mm时应暂停注浆。具体要根据地面变形监测情况做适当调整。以少量多次为原则，按融化冻土体积15%控制注浆量；注浆范围为整个冻结区域。8.2.2 注浆施工过程的监测控制地面沉降变形是注浆的目的。因此，解冻过程中，

28、要加强地面变形监测、冻土温度监测、冻结壁后水土压力监测。以上综合监测数据是注浆参数调整的依据。8.2.3 融沉注浆结束条件地层隆起达到3mm时应暂停注浆。具体要根据地面变形监测情况做适当调整。融沉注浆的结束是以地面沉降变形稳定为依据。若冻结壁已全部融化，且不注浆的情况下实测地层沉降持续一个月每半个月不大于0.5mm，累计沉降量小于1mm；即可停止融沉注浆。8.3、其他控制技术措施8.3.1 为了预防冻胀和融沉,设计选用标准制冷量较大的冷冻机组,在短时间内把盐水温度降到设计值,以加快冻土发展,提高冻土强度,减少冻胀和融沉量。8.3.2 掌握和调整盐水温度和盐水流量,必要时可采取间歇式冻结,控制冻

29、土发展量，以减少冻胀和融沉。8.3.3 预计融沉量较大的部位可采取压浆充填,以把融沉造成的危害降低到最低限度。8.4、冻结保温措施：由于气温较高，为减少冷量损失，冻结器及盐水干管采用绝热材料进行保温，必要时槽壁使用泡沫板覆盖保温，同时做好防雨措施。8.5环境设施保护措施盾构进出洞加固施工为防止施工时对周边建筑、地下管线、民用及公共设施带来不良影响，必须制定严格的保护措施。（1）必须选用无污染、效率高、安装运输方便的螺杆冷冻机组作为制冷系统的主机。防止挥发性气体污染环境。（2）采取必要的措施，防止打冻结孔时水土流失；在钻孔施工期间加强沉降的监测，发现跑泥漏沙水土流失严重引起的沉降，影响到建筑物和地下管线，应立即停止施工，马上注浆，防止沉降影响周围建筑物和地下管线，到没