地鐵旁通道凍結法施工工法(改)

1、地鐵旁通道凍結法施工工法一、前言旁通道（又稱聯(lián)絡通道）是地鐵隧道施工中技術難度大、工序較復雜的施工環(huán)節(jié)之一，作為旁通道施工安全的核心土體加固，一旦處理不當，會致使地面沉陷、房屋坍塌、隧道失去使用功能。2004年，上海地鐵4號線就發(fā)生過類似的事故。因此在認真作好地質(zhì)與環(huán)境調(diào)查的基礎上采取合理的土體加固方案十分必要。2004年，中鐵四局集團在上海地鐵M8線標段黃興路站延吉中路站區(qū)間隧道旁通道工程施工中,采用了凍結法加固的施工方法,通過對施工過程的歸納總結，以及參考有關施工技術資料,形成本工法。二、工法特點1、可有效隔絕地下水，其抗?jié)B透性能是其它任何方法不能相比的； 2、凍土帷幕的形狀和強度可視施工

2、現(xiàn)場條件，地質(zhì)條件靈活布置和調(diào)整，凍土強度最大可達10MPa，安全性好；3、無異物進入土壤，噪音小，不影響建筑物周圍地下結構。三、適用范圍適用于含水量大于10%的任何含水、松散、不穩(wěn)定地層；可用于盾構隧道掘進、旁通道和泵站施工，頂管進出洞施工、地下工程堵漏搶救施工等。四、工藝原理地鐵旁通道凍結法是利用現(xiàn)代制冷技術，通過在需加固土層內(nèi)敷設凍結管，凍結管內(nèi)采用循環(huán)鹽水，在冷凍機的作用下使地層中的水結冰，將松散含水巖土變成凍土，增加其強度和穩(wěn)定性，隔絕地下水，以便在凍結壁的保護下，進行旁通道的掘砌作業(yè)。是一種臨時加固技術，可根據(jù)工程需要調(diào)節(jié)凍土強度，并可采取自然或強制解凍技術使其融化。五、工藝流程凍

3、結法施工工藝流程圖施工前的準備工作（進場、加工件組織）鉆孔定位鉆 孔凍結管打壓下凍結器凍結管安裝凍結系統(tǒng)調(diào)試積極凍結開挖結構完成維護凍結凍 結 系 統(tǒng) 部 分 安 裝工程監(jiān)測注 漿凍結溫度監(jiān)測結構施工凍土融化六、施工操作要點施工前，應根據(jù)工程地質(zhì)、水文、構筑物、現(xiàn)場施工條件情況進行凍結帷幕、凍結孔布置、制冷及其他凍結參數(shù)設計。由于地面條件受限制，目前城市地鐵旁通道的凍結孔主要是采用水平布置。1、凍結孔施工施工中,對每個施工工序加強管理。控制凍結孔施工、凍結管安裝、凍結站安裝、凍結管試漏、凍結過程檢測的質(zhì)量。1.1開孔間距誤差控制在±20mm內(nèi)。在打鉆設備就位前，用經(jīng)緯儀精確確定開孔孔

4、位，以提高定位精度。1.2利用凍結管作鉆桿，凍結管采用絲扣連接，接縫要補焊，確保其同心度和焊接強度，凍結管到達設計深度后密封頭部。施工時要準確丈量鉆桿尺寸，控制鉆進深度。1.3在砼管片上按設計位置開孔，開孔直徑130，當開到深度300（管片厚350）時停止鉆進，安裝孔口管，再將閘閥打開，用開孔器從閘閥內(nèi)開孔，一直將砼管片開穿后鉆進。開孔后，如地層內(nèi)的水砂流量大，就及時關好閘門，若涌水涌砂較厲害，應當注水泥漿（或雙液漿）止水待地層穩(wěn)定后再鉆。1.4按要求鉆進、用燈光測斜，偏斜過大則進行糾偏。鉆進3m時，測斜一次，如果偏斜不符合設計要求，立即采取調(diào)整鉆孔角度及鉆進參數(shù)等措施進行糾偏，如果鉆孔仍然超

5、出設計規(guī)定，則進行補孔。1.5凍結管(含測溫管)采用絲扣聯(lián)接加焊接。管子端部采用底蓋板和底錐密封。凍結管安裝完，進行水壓試漏，初壓力0.8MPa，經(jīng)30分鐘觀察，降壓005MPa，再延長15分鐘壓力不降為合格，否則就近重新鉆孔下管。2、凍結系統(tǒng)安裝與調(diào)試2.1為確保凍結施工順利進行，按1.5倍制冷系數(shù)選配制冷設備。冷凍站運轉(zhuǎn)期間，要有兩套的配件，備用設備完好，確保冷凍機運轉(zhuǎn)正常，提高制冷效率。凍結站系統(tǒng)如下圖1所示：2.2管路用法蘭連接，在鹽水管路和冷卻水循環(huán)管路上要設置伸縮接頭、閥門和測溫儀、壓力表、流量計等測試元件。集配液圈與凍結管的連接用高壓膠管，每根凍結管的進出口各裝閥門一個，以便控制

6、流量。2.3設備安裝完畢后進行調(diào)試和試運轉(zhuǎn)。在試運轉(zhuǎn)時，要隨時調(diào)節(jié)壓力、溫度等各狀態(tài)參數(shù)，使機組在有關工藝規(guī)程和設備要求的技術參數(shù)條件下運行。3、積極凍結與維護凍結積極凍結，就是在設備安裝、調(diào)試完畢后充分利用設備的全部能力，盡快加速凍土發(fā)展，在設計時間內(nèi)把鹽水溫度降到設計溫度。旁通道積極凍結鹽水溫度一般控制在-25-28之間。積極凍結的時間主要由設備能力、土質(zhì)、環(huán)境等決定的，上海地區(qū)旁通道施工積極凍結時間在40天左右。維護凍結，就是在開挖與結構施工階段，通過對凍結系統(tǒng)運行參數(shù)的調(diào)整，提高或保持鹽水溫度，降低或停止凍土的繼續(xù)發(fā)展，維持結構施工的要求。旁通道維持凍結鹽水溫度一般控制在-22-25之

7、間。維護凍結時間由結構施工的時間決定。4、開挖與結構施工4.1開挖時機的確定在積極凍結過程中，每天對凍土墻外邊緣測溫孔進行測溫，利用凍結壁厚度及凍結壁平均溫度計算公式對凍土墻的平均溫度進行計算，達到或超過平均溫度時，就可認為凍土強度已達到設計要求（上海地區(qū)凍土墻的平均溫度一般是控制在-10左右，此時凍土的抗壓強度為3.9Mpa）。通過探孔試挖，確認凍土帷幕內(nèi)土層無流動水后（飽和水除外）再進行正式開挖。4.2開挖構筑4.2.1土方開挖首先用千斤頂及手拉葫蘆拉開鋼管片，因管片銹蝕而拉出困難時，應用大錘錘振管片，減輕拔出拉力。 土方開挖根據(jù)工程結構特點，開挖掘進采取分區(qū)方式進行，其施工順序如圖2所示

8、。由于土體強度較高，開挖時（除喇叭口側墻和拱頂外）采用全斷面一次開挖，開挖步距視土體加固情況，采用短段掘砌技術，一般控制在0.5m。采用風鎬進行掘進。4.2.2臨時支護臨時支護采用16#槽鋼加工成的直腿拱形支架和矩形支架。鋼拱架為封閉形式用于喇叭口及通道內(nèi)的臨時支護。拱形支架的間排距與通道的開挖步距相對應為0.5m。矩形鋼支架用于泵站，支護間距為0.5m。所有鋼支撐架后用木背板密背，當支護間隙較大時，可增加背板厚度和木橛子。待通道開挖貫通后，鋼支架掛網(wǎng)噴射混凝土進行臨時支護。臨時支護采用流動性好的C20的抗凍混凝土。4.2.3永久支護永久支護為結構設計中的鋼筋砼結構，旁通道開挖及臨時支護完成后

9、，安裝防水層及橡膠止水帶，綁扎鋼筋后一次連續(xù)進行澆筑砼，通道頂板可采用噴漿機對澆筑空隙進行充填。上部結構施工完成以后，開挖泵站，泵站開挖到設計深度，先對泵站底板進行封底澆筑，然后一次完成泵站的鋼筋砼澆筑施工，襯砌時混凝土處于低濕環(huán)境中，采用設計要求的C30 S8商品混凝土，并加入防凍劑，縮短混凝土凝固時間。5、工程監(jiān)測5.1工程監(jiān)測的目的工程監(jiān)測作為該工法的一項重要施工內(nèi)容。其目的就是根據(jù)量測結果，掌握地層及隧道的變形量及變形規(guī)律，以指導施工。5.2工程監(jiān)測的內(nèi)容工程監(jiān)測貫穿整個施工過程，其主要監(jiān)測內(nèi)容為：凍結系統(tǒng)監(jiān)測；凍結帷幕監(jiān)測；周圍環(huán)境和隧道土體進行變形監(jiān)測。5.2.1凍結系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)容為

10、：凍結孔去回路溫度；冷卻循環(huán)水進出水溫度；鹽水泵工作壓力；冷凍機吸排氣溫度；制冷系統(tǒng)冷凝壓力；冷凍機吸排氣壓力；制冷系統(tǒng)汽化壓力。監(jiān)測的方法：在去、回路鹽水干管上安裝熱電偶傳感器測量去、回路鹽水溫度。在去路鹽水干管上安裝流量計測量總鹽水流量，測量凍結器回路的鹽水流量。在每組凍結器上設測溫口，安裝熱電偶溫度傳感器測量鹽水回路溫度。凍結系統(tǒng)總流量在開凍時測量，其它溫度與流量測量每天2次；確保每組凍結孔鹽水流量5m3/小時。其他參數(shù)可在冷凍機的儀表上直接讀取。5.2.2凍結帷幕監(jiān)測監(jiān)測內(nèi)容：凍結壁溫度場；凍結壁與隧道膠結。監(jiān)測方法：（1）溫度監(jiān)測通過設測溫孔檢測凍土帷幕溫度。每個測溫孔設25個測點，

11、分別布置在靠近管片處和測溫管中末部。按設計要求布置8個測溫孔，實際可根據(jù)偏斜情況適當?shù)脑黾訙y溫孔數(shù)。在開凍前測出原始地溫，以后監(jiān)測頻率可為每天1次。（2）未凍土空隙水壓力監(jiān)測設置2個泄壓孔，上下行線各1個，通過在泄壓管口安裝壓力表測量未凍土空隙水壓力變化。安裝后，先測出初始值，在凍結運轉(zhuǎn)前期，測壓孔每天觀測一次，在測溫孔估算要交圈時，測壓孔每天觀測2-3次，當壓力增大到初始值的1/3時，須打開閥門，釋放壓力。測溫空孔和卸壓孔的布置如下圖3所示：（3）凍結帷幕形成后的探孔監(jiān)測即在推算的凍土內(nèi)外邊緣處開32的小孔。并下測溫線監(jiān)測其溫度的變化，監(jiān)測頻率為每2小時1次。在監(jiān)測中其數(shù)據(jù)與推算的相同（接近

12、0）說明整個凍結帷幕已形成，要是不一致，在反推算出凍土帷幕的發(fā)展情況。根據(jù)探孔情況，斷定旁通道是否安全開挖。5.2.3周圍環(huán)境和隧道土體進行變形監(jiān)測監(jiān)測內(nèi)容：地表及隧道沉降監(jiān)測；隧道的水平及垂直方向的收斂變形監(jiān)測；地面建筑物沉降監(jiān)測。監(jiān)測方法：（1）地面建筑物、隧道及地表沉降監(jiān)測。根據(jù)經(jīng)驗，凍結施工的影響范圍約為旁通道附近20m的區(qū)域，須對整個影響區(qū)域都進行地表隆起與沉降監(jiān)測。監(jiān)測范圍建議為：邊長30m的正方形區(qū)域。測點間距按25m考慮，在旁通道正上方取較小的間距。旁通道上方有建筑物，測點布置在建筑物上，其間距可作適當調(diào)整。地表監(jiān)測時間從開始施工凍結孔起，到凍結壁融化結束、監(jiān)測地表變形基本穩(wěn)定

13、為止。測量頻度視地表變化速度及可能對地面結構造成影響的嚴重程度確定，變形速度越快，施工影響越大，則監(jiān)測時間間隔越短。初步考慮在鉆孔、凍結期間每天測量1次，開挖期間每天監(jiān)測12次。根據(jù)監(jiān)測情況來調(diào)整監(jiān)測頻率。在通道兩側20m范圍內(nèi)對隧道水平及垂直方向的收斂變形及施工影響范圍內(nèi)的隧道整體進行監(jiān)測。沉降監(jiān)測點布設在隧道底環(huán)片上，測點間距為2m，測點用道釘打入環(huán)片內(nèi)牢固。監(jiān)測頻率同上。開挖構筑施工結束后，在凍土墻及結構外壁之間存在一定的間隙，在結構施工中預埋注漿管，在結構施工結束后，及時對這種施工間隙進行壁后注漿充填，以控制地面及隧道的沉降。（2）隧道管片變形監(jiān)測和水平及垂直方向的收斂變形監(jiān)測。隧道變

14、形通過量測管片的水平和垂直位移來測定。監(jiān)測范圍為沿隧道40m。測點間距按2m考慮，在旁通道附近測點布置應加密。監(jiān)測頻率同上。為減輕旁通道開挖構筑施工既有隧道的影響，開挖前，在通道開口處隧道中設置簡易預應力隧道支架，以對隧道產(chǎn)生不利的影響。簡易預應力隧道支架形式為圓形支架，每榀鋼支架為組合結構，區(qū)間隧道上下行線旁通道開口兩側各架兩榀。每榀支架有六個支點，由六個32t螺旋式千斤頂提供預應力。 （3）凍脹與融沉的監(jiān)測在地面和已施工好的旁通道內(nèi)測點使用水準儀、經(jīng)緯儀進行監(jiān)測，監(jiān)測頻率每天1-2次，必要時隨時跟蹤監(jiān)測。凍脹補救措施：發(fā)現(xiàn)凍脹影響到建筑物和地下管線，通過打卸壓孔減小凍脹或打凍結孔加熱循環(huán)，

15、進行解凍。融沉補救措施：融沉是凍結法加固施工中不可避免的，如果融沉太大，對隧道將產(chǎn)生不利影響。為減少融沉，可通過隧道及旁通道預留的注漿孔，采取跟蹤注漿的形式，根據(jù)觀測到的隧道及地層沉降情況，及時地對地層進行補償注漿。七、機具設備1、凍結法施工旁通道所用設備見表1表1 旁通道凍結施工主要機械設備表序號設備名稱規(guī)格、型號數(shù)量額定功率能力1螺桿冷凍機組JYSGF300II1臺110kW87500Kcal/h2鹽水泵IS125-100-2001臺45kW200m3/h3冷卻水泵IS125-100-200C2臺15kW120m3/h4冷卻塔NBL-502臺15m3/h5鉆機MK-501臺6電焊機BS-4

16、02臺7抽氟機1臺凍結設備實物詳見附照片2、凍結法施工旁通道所用量測設備見表2表2 旁通道凍結施工主要量測設備表序號設備名稱規(guī)格、型號數(shù)量備注1經(jīng)緯儀J21臺2測溫儀GDM81451臺測量凍土溫度3精密水準儀1臺4打壓機20MPa1臺凍結器打壓試漏5收斂儀1臺凍土帷幕收斂6鋼卷尺20m1把八、質(zhì)量標準本工法施工參照煤炭行業(yè)煤礦井巷工程施工及驗收規(guī)范·GBJ213-90、煤礦井巷工程質(zhì)量檢驗評定標準·MT5009-94進行。除了參照國家有關標準外，還應著重注意以下幾點：1、凍結帷幕設計時應選擇比較安全的計算模型，要有足夠的安全系數(shù)；2、冷凍機組制冷量在設計時，取較大的備用系數(shù)

17、；3、鉆孔的偏斜應控制在1%以內(nèi)；4、終孔間距不大于1.0m；5、在凍土帷幕關鍵部位，多布置測溫孔，監(jiān)測凍土帷幕的形成過程。九、勞動力組織所需作業(yè)人員分兩階段配備，見表3、表4： 表3 鉆孔、設備安裝階段作業(yè)人員配備情況工 作 項 目工 種技術等級人 數(shù)備 注凍結孔施工打鉆工中級5人凍結管安裝凍安工中級3人機械安裝、維修機修工高級2人電氣安裝、維修電 工高級2人電焊電焊工中級1人凍結管焊接輔助施工普通工6人當班負責施工員1人總計20人表4 凍結階段作業(yè)人員配備情況工 作 項 目工 種技術等級人 數(shù)備 注機械維修機修工中級1人電氣維修電工高級1人（包括設備數(shù)據(jù)采集）工程監(jiān)測測量工高級3人環(huán)境變化

18、監(jiān)測測溫技術員1人測溫孔測溫輔助施工普通工中級2人當班負責施工員1人總計9人十、安全及環(huán)境保護1、凍結帷幕設計時要考慮各種最不利條件，保證方案安全可靠：2、設計計算的各種最不利條件，在施工組織設計及施工中，做到重點防范，采取切實可行、有效的措施加以控制。3、選用無污染、效率高、體積小、重量輕、制冷量大、安裝運輸方便的螺桿冷凍機組作為制冷系統(tǒng)的主機，以適應地鐵施工場地小、工期緊的需要。4、采用通訊系統(tǒng)和視頻系統(tǒng)有效的監(jiān)控施工現(xiàn)場，對施工中發(fā)現(xiàn)的問題及時匯報處理。5、旁通道設安全防水門，一但發(fā)現(xiàn)險情關閉防水門，保護隧道。6、在對面隧道內(nèi)，增設冷凍板，冷凍板排管外設置泡沫保溫材料，以確保對面隧道交接

19、處的完好凍結狀態(tài)。7、在管線交底后也可對地下管線和隧道進行必要的支撐。對離凍結區(qū)較近的管線與建筑物進行暴露或保溫，防止凍壞。8、為預防開挖中的意外停工，甚至出現(xiàn)冒頂、涌砂事故，采取以下預案：在旁通道開挖期間，通道內(nèi)準備3米長16#槽鋼（或鋼管）6根，粘土2.0t和足夠的砂袋，以在必要時堆粘土和砂袋封閉通道，預防淹隧道。9、采取必要的措施，防止打凍結孔時水土流失；在鉆孔施工期間加強沉降的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)跑泥漏沙水土流失嚴重引起的沉降，影響到建筑物和地下管線，應立即停止施工，立即注漿，防止沉降影響周圍建筑物和地下管線。十一、效益分析凍結法加固費用目前行情約120萬元，水泥土深層攪拌樁加固約25萬元，兩者相比，凍結法費用較高，但其具有攪拌樁加固所沒有的以下長處：1、勿須在地面施工，對地面無干擾，節(jié)省城市交通組織費用，社會效益顯著。2、阻水效果好，支護安全性好，工期有保證。3、符合環(huán)保要求，對周圍環(huán)境無任何污染。 十二、工程實例上海地鐵楊浦線（M8