联络通道冷冻法施工工艺工法后附图片Word格式.docx
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4.4《联络通道冻结法技术规程》（DG/TJ08-902）
4.5《建筑基坑支护规程》（JGJ120）
4.6《城市轨道交通工程测量规范》（GB5038）
4.7《工程测量规范》（GB50026）
4.8《建筑变形测量规范》（JGJ8）
4.9《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299）
4.10《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204）
4.11《地下防水工程施工及验收规范》（GBJ208）
5施工方法
首先进行冻结帷幕设计计算，确定冻结孔布置间距、角度、长度、冻结设备的选择等相关参数，根据冻结帷幕设计计算，在冻结孔设计位置采用钻机钻孔，布设冻结管，并进行编组，与冻结系统管道连通，启动冻结设备并开始冻结，通过监测检查等手段探测冻结体温度，当冻结壁形成交圈，冻结帷幕的温度达到设计要求后，在维护冻结的基础上，开始进行土方开挖及结构施工，结构全部施工完成后停止冷冻，封闭冻结孔，根据监测情况在冻体与结构间进行融沉注浆，控制环境沉降。
6工艺流程及操作要点
6.1施工工艺流程
6.1.1联络通道冻结法施工工艺流程如图1所示。
6.1.2联络通道冻结法施工技术控制要点：
1防止冻胀和融沉对隧道及地面的影响，在冻结帷幕内布设卸压孔，冻结开始后根据监测数据进行卸压以防冻胀。
保证结构施工质量，尤其是外层临时支护背板后用水泥砂浆充填密实，利用预留注浆孔跟踪注浆加以补强，以防融沉。
2在临空面及混凝土结构面上铺设PEF隔热保温板或冷冻板。
在冻结帷幕与临空面及混凝土结构交界处放置测温点，以加强对冻结帷幕状况的检测。
3采用跟管钻进法下冻结管。
冻结孔开孔前，在布孔范围内打小孔径探孔，探测地层稳定情况。
每个探孔都设有孔口管，如发现砂层，需安装探孔密封装置，以防钻进时大量出泥、出水。
冻结施工结束后，孔口管管口焊上钢板，以免工程结束后孔口漏水。
4为了杜绝在局部粉土层中施工冻结孔时出现涌砂涌水的问题，采用夯锤钻进，实现无泥浆钻进。
如发现钻孔泥水流失，及时进行封堵。
5加强冻结过程检测。
在冻土帷幕内布置测温孔和压力释放观测孔，以便正确测定冻土帷幕厚度和判断冻土帷幕是否形成交圈。
在冻土帷幕四周最薄弱位置安装测温孔，并在开挖之前打设探孔，以全面监测冻土帷幕的形成过程以及冻结效果。
6在开挖两侧隧道内均设预应力支撑，以防打开联络通道预留口管片时隧道变形和破坏。
在联络通道衬砌中预埋注浆管，采用注浆方式以补偿土层融沉。
注浆应配合冻土帷幕融化过程进行。
图1联络通道冻结法施工工艺流程
7由于冻土的蠕变性很强，冻土帷幕在破坏前必然有一个较大的蠕变过程，可以通过检查开挖过程中的冻土帷幕变形情况判断其安全性。
为此，在开挖过程中必须及时进行冻土帷幕变形和温度观测，如遇冻土帷幕有明显变形，温度明显回升立即用预制格栅加背板支撑，调整开挖构筑工艺，并同时加强冻结。
8为了进一步提高施工安全性，还将采取以下措施：
选用可靠的冻结施工机械，关键机械设备备用一套；
预备200KW柴油发电机；
加强停冻时的冻土帷幕监测；
开挖前必须安装通道安全应急门。
9由于冻胀力和冻土融沉的作用，影响周围土层的力系平衡，使隧道产生水平位移和沉降，故在整个施工过程中，加强隧道变形的监测，确保隧道安全。
在冻结帷幕关键部位，多布置测温孔，监测冻结帷幕的形成过程和形成状况。
10加强地面建筑、管线的保护：
加强地面建筑物、地下管线的监测；
采用快速冻结减少冻胀；
加强融沉注浆。
6.2操作要点
6.2.1冻结帷幕设计
1.冻结帷幕厚度设计
1）由专业单位进行设计，冻结设计前进行冻结试验，已确定相关冻结参数。
根据以往地铁联络通道冻结施工经验计算公式：
t=A㏑（r/E），式中：
r—计算点到冻结管距离（m），E—冻结帷幕外侧厚度（m），A—经验参数取A=19.69,T—计算点冻结帷幕温度（℃）。
2）为了确保施工过程万无一失，对该工程冻土帷幕进行强度验算。
对冻土帷幕采用有限元分析软件ANSYS进行了应力场分布和位移场分布情况的三维有限元数值分析，并根据计算结果进行了强度验算。
3）一般情况下冻结壁平均温度设计为-10℃，相应的冻土强度的设计指标为：
单轴抗压3.6Mpa，抗折1.8Mpa，抗剪1.6Mpa，无侧限抗压强度qu≥3.0Mpa，土体渗透系数k≤1×
10-8cm/sec。
2.冻结帷幕交圈计算
1）冻结前，同一深度的地层具有相同的原始温度，冻结开始后，通过冻结管把冷量传给地层，在冻结管周围产生降温区，形成以冻结管为中心的冻结圆柱，并逐渐扩大至相邻的冻结圆柱连接形成封闭的冻结圆筒，即为冻结帷幕交圈。
2）冻结帷幕交圈时间主要与冻结孔间距、盐水温度、土层性质、冻结管直径、地层原始温度、以及冻结器环形空间内盐水运动状态等因素有关。
3）冻结帷幕交圈时间计算公式：
T=L/2d
式中：
L—冻结孔最大孔间距（mm），
d—冻土发展速度，结合盐水温度、土层性质、冻结管直径、以及冻结器环形空间内盐水运动状态得出经验值：
粘土25～30mm/天，砂、岩石30～35mm/天。
3.冻结帷幕平均温度计算
使用冻结施工成冰公式（建井工程手册）
tc=tb（1.135-0.352
-0.875
+0.266
）-0.466
tc—冻结帷幕平均温度（℃）
tb—盐水温度（℃）
l—冻结孔间距，取0.8～1m
E—冻结帷幕有效厚度（m）
4冻结孔布置及制冷设计
1）冻结孔的布置
严格按照设计计算确定的孔位位置、角度、长度进行布孔，钻孔过程中及成孔后进行检测校核。
2）测温孔、卸压孔的布设
测温孔和卸压孔（压力观测孔）是监测冻土帷幕形成过程和形成状况的必要检查手段，布设的冻土帷幕监测孔必须具有代表性：
在冻土帷幕两侧的上、下、左、右四个方向各布置一个测温孔，深度为2～6m，主要是测量冻结帷幕范围不同部位的温度发展状况。
在冻结帷幕封闭区域内布置4个卸压孔，两侧各2个。
在卸压孔上安装压力表，可以直观的监测冻结帷幕内的压力变化情况，通过每日观测，及时判断冻结帷幕的形成，并可直接释放冻胀压力。
测温孔根据钻孔偏斜情况布置在冻结孔间距较大处。
3）制冷设计
冻结参数确定
设计盐水温度一般为-28℃～-30℃。
冻结孔终孔间距Lmax≤1200mm，一般冻结帷幕交圈时间为25天，达到设计厚度时间为35天。
测温孔和卸压孔具体位置视现场情况而定。
测温孔一般定在终孔间距较大的位置。
需冷量和冷冻机选型
冻结需冷量计算：
Q=1.2·
π·
d·
H·
K
H—冻结总长度（m）；
d—冻结管直径（m）；
K—冻结管散热系数（取249.87kcal/m2·
h）。
盐水、冷却水循环泵及冷却塔等冻结辅助设备的选择满足流量计算要求。
管路选择：
冻结管选用低碳钢无缝钢管，采用丝扣连接。
测温孔管、盐水干管、冷却水管和集配液圈选用无缝钢管，可采用焊接连接。
其它：
冷冻机油选用N46冷冻机油，制冷剂选用氟立昂R-22，冷媒剂一般选用氯化钙水溶液。
6.2.2冻结孔施工
1.冻结孔施工顺序
先施工定位孔，根据定位孔的偏差，进一步调整有关钻进参数。
然后根据确定的孔位，采用由上向下的顺序进行施工，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。
2.冻结孔的定位
依据施工基准点，按冻结孔施工图进行冻结孔孔位放线，孔位布置依据已有结构可适当调整，但不大于100mm。
3.冻结孔开孔及孔口密封装置
1）在正式开孔前，钻Ф38mm小孔径探孔，检查地层稳定性，对于砂层，先进行水泥-水玻璃双液壁后注浆，以提高孔口附近地层的稳定性，然后再钻进冻结管。
冻结施工结束后，孔口管管口焊上钢板，以免工程结束后钻孔孔口漏水。
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，用钢楔楔断岩心，取出后，打入加工好的孔口管，并用至少有4个固定点固定，然后安装孔口密封防突装置，如图2所示。
图2孔口密封防突装置
4冻结孔钻进与冻结管设置
1）钻孔时利用冻结管作钻杆；
冻结管每节之间采用丝扣连接，接头螺纹紧固后再焊接，确保其同心度和连接强度。
2）正常情况下，钻进时安装普通钻头，直接无水钻进。
如果钻进困难时，在钻头部位安装一个特制单向阀门，采用带水钻进。
冻结管到达设计深度后冲洗单向阀，并密封冻结管端部。
3）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。
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，前15分钟压力损失小于0.05MPa,后30分钟压力稳定无变化者为试压合格。
试压不合格的，可拔出冻结管重新钻孔，或下套管进行处理。
4）定位孔施工要采用专用钻头。
钻头刚碰到对侧端墙时，要控制钻进压力。
快钻透前，要减小泥浆循环并控制钻进速度。
钻透对侧端墙后，要迅速密封冻结管与端墙的间隙。
5）为了保证钻孔精度，开孔段钻进是关键。
钻进前2m时，要反复校核钻杆方向，调整钻机位置，并用精密罗盘或经纬仪检测偏斜无问题后方可继续钻进。
钻孔的偏斜应控制在1%以内，冻结孔钻进深度应比设计深度大0.3m（钻头碰到对侧端墙者除外）。
6）冻结管安装完毕后，截去露出端墙的孔口管，并用堵漏材料密封冻结管的间隙。
测温孔和卸压孔施工方法与冻结管相同。
5钻孔施工控制流程见图3。
图3钻孔施工控制流程图
6.2.3冷冻站安装
1.冻结站布置与设备安装
根据现场施工环境，一般将冻结站安装在区间隧道内靠近冻结区域的位置，设备主要包括冷冻机组、盐水箱、盐水泵、清水泵、冷却塔及配电控制柜等。
设备安装按照设备使用说明书进行。
所有设备及装置用膨胀螺栓在设备四脚全部可靠固定。
2.管路连接、保温与测试仪表
管路用法兰连接，隧道内的盐水管用管架敷设，以免影响通行。
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、清洗后用岩棉或橡胶套保温，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。
采取串联或并联的方式将冻结孔与主管路连通。
3.冷冻机组的蒸发器及低温管路用岩棉保温，盐水箱和盐水干管用50mm厚的保温板或岩棉保温。
在安装系统时，尽量缩短冷冻管长度，使冻结能量尽量少损失。
在系统安装完成后，先检查冻结管的密封情况，出现渗漏立即补救。
6.2.4溶解氯化钙和机组充氟加油
1.盐水（氯化钙溶液）比重为1.26g/cm3，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。
2.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。
6.2.5积极冻结与维护冻结
1.冻结系统试运转与积极冻结
1）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，冻结系统运转正常后进入积极冻结。
2）此阶段为冻结帷幕的形成阶段，要求冻结孔单孔流量不小于5m3/h；
积极冻结7天盐水温度降至-20℃以下，积极冻结15天盐水温度降至-24℃以下，去回路温差不大于2℃；
开挖前盐水温度降至-28℃以下。
如盐水温度和盐水流量达不到设计要求，应延长积极冻结时间。
2.试挖与维护冻结
1）在积极冻结过程中，注意每天溶液温度变化和气温变化，要根据实测温度数据判断冻土帷幕是否交圈和帷幕厚度，判断冻结体形成后再打探孔确认冻土帷幕内土层基本无压力、冻层全部交圈后再进行试开挖。
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，但盐水温度不应高于-22℃。
2）在冻土帷幕内布置测温孔和观测孔，以便正确测定冻土帷幕厚度和判断冻土帷幕是否交圈，对侧附近土层的冻结情况将成为控制整个冻土帷幕安全的关键，为此，在对侧沿冻土帷幕四周安装测温孔，以全面监测冻土帷幕的形成过程，当卸压孔波动较大，冻结温度停止在某个区域范围内，应加强检测，以确定帷幕是否交圈。
3）维护冻结期温度为-25℃～-28℃，冻结时间贯穿土方开挖和主体结构施工始终。
6.2.6开挖与构筑施工
1.具备开挖冻结技术指标
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指标判定，需具备表1所示指标，方可进行开挖构筑的施工。
表1开挖冻结技术指标
项目
数值
备注
冻结帷幕厚度、强度
达到设计要求
根据测温孔及探孔推算
冻结帷幕平均温度
＜-10℃
用成冰公式法计算
盐水温度
积极期
-28℃～-30℃
用测温仪监测
维护期
-25～-28℃
盐水去、回路温差
（包括各支路）
2℃以内
冻结至设计温度时
1.0℃以内
卸压孔
交圈前
静水压力
通过压力表观测
交圈后
剧增至0.15～0.3MPa
2开挖施工准备
1）四通
水通：
将水管接送至施工场地，水量为10m3/h；
排水，从联络通道到地铁车站区间利用排水管路，水泵设在联络通道口附近，形成排水系统。
电通：
从冻结施工用电处取电，不低于50KW供电量。
路通：
能允许16～25t卡车进出施工场地。
在已建工作井内安装载重1t的货运提升机，供井上，井下垂直运输用。
工作井与联络通道之间采用手推车或翻斗车做水平运输用。
信息通：
井上、井下通讯联系使用内部专用电话及安装远程视频监控系统。
2）工作平台搭设
采用工字钢、方木、木板在开挖端搭设工作平台。
根据实际施工需要平台可能做更改，保证场地平坦，不影响冻结管路同时保证开挖的正常进行。
3）抢险物资的储备
为了应付开挖构筑过程中可能出现的突发情况，施工现场需要堆放一定数量的抢险物资：
应急沙包（5m3）、水泥（3T）、Φ125mm、Φ109mm等规格的木楔麻丝、木板（3m3）等。
应急抢险物资应堆放有序，并设立醒目的标识牌，抢险物资应专项专用，不得随便挪用，并设有专人看护、保管，定期检查。
4）钢管片接缝焊接
将联络通道开口部的钢管片之间（欲拉开的管片除外）环向及纵向接缝采用满焊的方式将每条拼装缝一一焊接好，提高其整体稳定性，以控制隧道管片变形。
焊接前应首先对拼装缝进行除锈除垢处理，避免虚焊。
焊接时，划分区域，采取对称方式焊接，以防止应力集中，引起钢管片变形。
焊接材料选E4303型结构钢焊条，用手工电弧焊焊接
5）预应力支架、安全应急门安装
开挖施工之前，在通道开口处两侧均匀设置隧道支架（支撑点的支撑能力不小于500KN/点），以减轻开挖构筑施工对既有构筑物产生不利的影响。
盾构隧道的预应力支架样式见图4所示。
图4预应力支架图
安全应急门是安装在成型隧道开挖侧预留洞口上，并配备风量不小于6m3/min的空压机为防护门供气。
安全门在开洞前安装，防护门耐压设计值为0.30MPa,安装后进行耐压密封实验，先向防护门内注满水，再用空压机加压，在不停止空压机时，压力能保持0.24MPa为合格。
安全应急门是防止开挖过程中发生变形超值、冒泥、涌水等风险时，其它措施抢救无效的情况下，为确保事故扩大而使用的。
安全应急门设置于开挖面一侧，盾构隧道安全应急门的样式见图5所示。
图5安全应急门
3开挖
1）拉钢管片
加固土体强度达到设计要求及准备工作就绪后开挖构筑工作就可正式开始，探孔后即可拆钢管片。
开管片前，首先准备2台5t千斤顶，5t和2t手拉葫芦各一个。
将两台千斤顶架在被开管片两侧，中间用一根型钢横梁同钢管片直接相连接，通过千斤顶顶推横梁向外顶推钢管片。
操作时，要认真观察管片受力及位移情况，消除局部受阻因素，防止管片变形。
5t葫芦作为辅助拉拔管片用，一端挂住欲拆管片，另一端系在加工好的预应力支架上，水平方向稍加力向外（隧道内）拉拔管片，要配合千斤顶操作。
2t葫芦悬吊在欲拆管片的上方，一端钩住欲拆管片，以防管片拉出时突然砸落在工作平台上，拉钢管片示意图如图6所示。
2）土方开挖
经探孔确认可以进行正式开挖后，打开钢管片，然后采用矿山法进行暗挖施工。
根据工程结构特点，联络通道开挖掘进采取分区分层方式进行。
其开挖施工顺序如图7所示。
由于土体采用冻结法加固，冻土强度较高，冻结帷幕承载能力大，因而开挖时可以采用全断面一次开挖，通道开挖步距为0.5m。
开挖断面超挖不大于30mm，开挖中心线偏差不大于20mm。
另外，冻土强度高，韧性好，需采用风镐。
为了提高施工效率，加快施工进度，缩短冻土暴露时间，风镐尖需做淬火处理。
而且开挖环境温度在0℃以下，输风管路及风镐中的冷凝水容易结冰，需进行除湿处理，一方面把风管悬吊起来，另外每隔1～2小时向风管内注入酒精，防止冰屑的出现。
并要求每个开挖班配备5～6把风镐，以避免不能正常工作而影响施工进度。
在开挖施工中根据揭露土体的加固效果，以及监控监测信息，及时调整开挖步距和支护强度，确保安全施工。
在开挖过程中，还要及时对暴露的冻结帷幕进行保温封闭。
开挖的土方用手推车或翻斗车运至出口，转由提升机运至地面指定的堆放处，再集中运出场地。
图6拉钢管片示意图图7联络通道开挖顺序图
4临时支护及永久支护
采用两次支护方式。
第一次支护（临时支护）采用钢格栅或钢拱架+网喷混凝土，迎土侧采用2cm厚木板作为背板，防止喷射混凝土直接接触冻结土体后受冻，初期支护紧跟开挖面，随挖随支。
第二次支护（永久支护）采用现浇钢筋混凝土。
支护示意图如图8所示。
图8临时支护与永久支护结构图
6.2.7融沉控制
1解冻注浆原则
一般采取自然解冻方法，当二衬混凝土强度达到设计强度的70%时，方可拆除模板，停止冻结，利用信息化监测系统监测土体温度、沉降变化，利用浅部注浆管和深部注浆管进行压密注浆，根据监测反馈及时跟踪注浆。
2注浆顺序
依据解冻情况，分区域针对注浆，目的是结构和隧道能够依靠空间整体作用，而不至于土体在还未注浆情况下产生沉降。
3.注浆工艺
1）注浆材料及参数
浆液为水泥浆液，注浆压力不超过２倍的静水压力。
具体要根据隧道变形和地面变形监测情况动态调整注浆参数。
2）注浆的原则及方法
注浆以少量多次为原则，根据地面变形情况，适时进行反复注浆，直至地面变形基本稳定。
单孔一次注浆量控制在约0.5m3，最大不超过１m3。
注浆前，将待注浆的注浆管和其相邻的注浆管阀门全部打开，注浆过程中，当相邻孔连续出浆时关闭邻孔阀门，定量压入浆后即可停止本孔注浆，关闭阀门，然后接着对邻孔注浆。
遇到注浆管内窜浆固结而引起堵管时，需通管。
3）融沉注浆结束标志
融沉注浆的结束是以地面变形稳定为依据。
当连续一个月每半个月地面沉降量保持在0.5mm以内，累计沉降量小于1mm，可以结束融沉注浆。
6.2.8施工监测
为了保证冻结施工安全正常进行，须对冻结系统、地层和支护结构进行必要的监测，监测资料及时反馈，指导施工。
监测项目、监测内容、监测方法及频率见表2所示。
表2联络通道监测项目、监测方法及频率一览表
序号
监测内容
监测方法
监测频率
一
冻结管路
1
钻孔长度
钢卷尺测量
每孔/1次
2
冻结管长度
3
冻结管偏斜
经纬仪结合灯光
4
冻结管密封
管内注水加压
5
供液管安装
1次
二
冻结施工
冻结器去/回路盐水温度
温度计或测温仪量测
1次/3小时
冷却循环水进/出水温度
清水泵/盐水泵工作压力
压力表量测
冷冻机吸/排气压力
三
冻结帷幕
冻结帷幕温度
测温仪
4次/d
卸压孔压力
压力表
开挖后冻结帷幕表面温度
精密水银温度计
开挖面收敛
收敛仪测量
1次/2小时
拱顶、地面沉降
水准仪
3次/d
7劳动力组织
打钻工先进行施工准备。
开钻后冻安工进场进行冻结系统安装。
开冻后部分冻安工进行开挖施工准备。
冻土帷幕交圈后开挖工进场，进行开挖和构筑施工。
开挖、构筑完毕后，留下3～5人进行地层跟踪注浆，其余全部撤场。
劳动力配给计划见表3所示。
表3劳动力配备计划表
工种
人数
现场负责人
现场施工组织安排
技术员
升级会员 