水平冷凍施工技術(shù)施標(biāo)樣本

1、3-2-7水平冷凍施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1前言1.1水平凍結(jié)原理凍結(jié)法是針對特殊地層條件而采用的一種施工方法，其核心是利用人工制冷手段（在地下工程周圍鉆鑿一定數(shù)量的凍結(jié)孔，通過凍結(jié)管中的供液管，循環(huán)由制冷設(shè)備提供的低溫鹽水），使隧道周圍松散的、不穩(wěn)定的含水圍巖凍結(jié)成封閉的、具有足夠強(qiáng)度和剛度的凍結(jié)帷幕，然后在其支護(hù)下進(jìn)行隧道的掘進(jìn)和襯砌的一種施工方法（如圖1-1）。不穩(wěn)定含水土層經(jīng)過凍結(jié)形成凍土帷幕后，強(qiáng)度可顯著提高，在側(cè)向土壓力下可起擋土墻作用，成為施工作業(yè)區(qū)的可靠圍護(hù)結(jié)構(gòu)。 此外，凍土帷幕具有良好的隔水性能，且對周圍環(huán)境不產(chǎn)生污染，因而在技術(shù)上有廣泛的適用性，工程中遇有流砂、淤泥、卵石、沙礫等含水不

2、穩(wěn)定沖積層，或裂隙中含水的巖層時(shí)都可采用。 凍結(jié)管路示意圖 凍結(jié)剖面示意圖圖1-1 凍結(jié)法示意圖1.2 工藝特點(diǎn)1.2.1凍結(jié)方案設(shè)計(jì)的特點(diǎn)水平凍結(jié)方案設(shè)計(jì)主要包含凍結(jié)鹽水溫度、凍結(jié)帷幕平均溫度及厚度、凍結(jié)孔的設(shè)置、致冷量及積極凍結(jié)期周期等。凍結(jié)帷幕厚度決定了凍結(jié)帷幕的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、安全性和凍結(jié)時(shí)間。凍結(jié)帷幕因工程具體地質(zhì)條件、所處位置及承受外載不同而呈現(xiàn)彈性性狀或彈塑性性狀，產(chǎn)生塑性變形。若塑性區(qū)或塑性變形超過允許值，凍結(jié)帷幕和凍結(jié)管可能遭到破壞。因此，凍結(jié)帷幕厚度既要滿足強(qiáng)度條件要求，又要滿足變形條件要求。凍結(jié)孔的作用是用來安裝凍結(jié)管，布設(shè)制冷設(shè)備。凍結(jié)孔布置在凍結(jié)帷幕的設(shè)計(jì)中心線上，其孔

3、徑、間距和設(shè)計(jì)傾角依據(jù)地層土質(zhì)、水文條件和工程要求而定。凍結(jié)管的散熱能力決定于凍結(jié)管的散熱系數(shù)，這是凍結(jié)需冷量的基本參數(shù)。散熱系數(shù)隨鹽水溫度降低而增大，隨凍結(jié)帷幕厚度的增大而減小，隨著凍結(jié)孔間距的增大而增加。積極凍結(jié)期是指冷凍站投入正式運(yùn)轉(zhuǎn)后，在最大地壓水平的凍結(jié)管最大間距處，凍結(jié)帷幕擴(kuò)展到設(shè)計(jì)厚度和強(qiáng)度的時(shí)間。積極凍結(jié)期時(shí)間主要與凍結(jié)孔的間距、鹽水溫度、土層性質(zhì)、凍結(jié)管直徑、地表溫度等有關(guān)。1.2.2凍結(jié)孔成孔的特點(diǎn)凍結(jié)孔的成孔精度是凍結(jié)施工能否成功的關(guān)鍵之一。地下工程長距離水平凍結(jié)多采用雙向鉆孔布設(shè)凍結(jié)管。一旦成孔精度不能保證，凍結(jié)管的相互搭接處可能出現(xiàn)“開天窗”狀態(tài)，導(dǎo)致凍結(jié)效果不佳甚至

4、引發(fā)工程事故。故此，凍結(jié)孔施工中，鉆頭、鉆具及鉆機(jī)設(shè)備的選型及優(yōu)化，鉆進(jìn)過程中的導(dǎo)向及糾偏，鉆孔工藝的優(yōu)化等極為重要。1.2.3凍結(jié)特點(diǎn)鹽水循環(huán)時(shí)從鹽水池通過冷凍機(jī)組致冷后流入布置在地層中的凍結(jié)管，吸收部分地層中土體及地下水的熱量后通過回液管流回至鹽水池，實(shí)現(xiàn)鹽水致冷的循環(huán)。如此周而復(fù)始，最終將地層及地層中地下水的溫度降低至0以下，地下水結(jié)冰，鄰近凍結(jié)孔周圍的土體中的地下水率先結(jié)冰，繞凍結(jié)管形成凍土，隨著大量水分子的不斷遷移，凍土體積不斷加大，至到與鄰近凍結(jié)孔的土體相互咬合，實(shí)現(xiàn)凍結(jié)交圈，形成凍結(jié)帷幕。隨著凍結(jié)致冷的不斷進(jìn)行，凍結(jié)帷幕的厚度越來越大，直到發(fā)展至設(shè)計(jì)厚度。凍結(jié)過程中，結(jié)合監(jiān)控量測

5、數(shù)據(jù)分析凍結(jié)帷幕的發(fā)展?fàn)顟B(tài)并評估凍結(jié)質(zhì)量。凍結(jié)帷幕發(fā)展到設(shè)計(jì)厚度時(shí)，可進(jìn)行隧道開挖施工作業(yè)。1.2.4凍結(jié)隧道開挖特點(diǎn)凍結(jié)帷幕發(fā)展到設(shè)計(jì)要求后，其內(nèi)部開挖范圍內(nèi)仍然是原狀土，采用人工風(fēng)鎬開挖即可。結(jié)合凍土特性，開挖過程中必須做到短進(jìn)尺，快支護(hù)，早封閉，勤觀測。若凍結(jié)帷幕內(nèi)擴(kuò)，其內(nèi)部土層部分受凍后強(qiáng)度會有一定程度提高，采用人工挖方式工效極低，此種情況下可采用自由斷面掘進(jìn)機(jī)開挖。1.3 施工技術(shù)現(xiàn)狀日本1962年首次在大阪市應(yīng)用凍結(jié)法安全建成一個(gè)過河隧道，至今大約有340多項(xiàng)凍結(jié)工程，主要用于隧道、地鐵、污水道工程等困難和特殊條件下的各類工程，其中最大的一項(xiàng)工程是80年代建設(shè)的東京地鐵10號線和1

6、1號線凍結(jié)工程，在日本橋川河下施工，其凍結(jié)改良土體達(dá)37000m3，水平凍結(jié)長度47m，共計(jì)水平凍結(jié)管總長度達(dá)13750m。大阪交通局在該市地鐵5號線工程中，也采用了凍結(jié)法確保盾構(gòu)順利出洞；日本東京灣隧道施工期間，川崎、木更津人工島及浮島八個(gè)盾構(gòu)出洞工程都成功使用了凍結(jié)法，該隧道已于1998順利通車。瑞士蘇黎士Milachounck公路隧道一段斷面達(dá)146m2，寬度達(dá)15m，用每凍結(jié)段長度達(dá)35m共10段構(gòu)筑了總長度達(dá)350m的隧道。80年代中期維也納一段雙軌地下隧道，水平凍結(jié)長度64m，采用相向鉆35m水平凍結(jié)孔的方法安全建成。德國杜塞爾道夫一個(gè)115m的隧道單向鉆凍結(jié)孔的方法進(jìn)行了水平凍結(jié)

7、。 1998年在北京地鐵國貿(mào)站隧道進(jìn)行的45m水平凍結(jié)加固的成功標(biāo)志我國水平地層凍結(jié)施工進(jìn)入城市地下工程的一個(gè)新階段；1998年上海地鐵2號線5個(gè)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道中有4個(gè)采用凍結(jié)法施工；2000年廣州地鐵1號線紀(jì)越區(qū)間過清泉街?jǐn)鄬硬捎盟絻鼋Y(jié)，隧道長距離64m凍結(jié)取得成功，之后南京、深圳等地鐵旁通道也相繼使用了地層凍結(jié)法。地層凍結(jié)技術(shù)已全面進(jìn)入我國城市地下工程領(lǐng)域。目前水平凍結(jié)法在城市隧道工程中主要應(yīng)用于：1.盾構(gòu)法隧道施工中，盾構(gòu)進(jìn)出洞土體加固。盾構(gòu)進(jìn)出洞時(shí)，承受著工作井附近土體產(chǎn)生的巨大地壓和水壓，可能導(dǎo)致涌水和土體坍塌。目前常用旋噴技術(shù)和注漿法加固土體，效果不夠理想，常遇到注漿不均勻和盾構(gòu)刀

8、盤切削漿液結(jié)石體等困難，而凍結(jié)技術(shù)能有效地解決這些問題。2.盾構(gòu)法隧道施工中，地下或海底對接時(shí)土體加固。近年來，世界上許多國家的盾構(gòu)隧道采用對頭掘進(jìn)，以縮短工期，除采用立井對接方式外，還采用不開鑿立井而在地下或海底直接對接。3.城市地鐵泵房、旁通道和急轉(zhuǎn)彎部分根據(jù)地鐵設(shè)計(jì)要求，間距1km左右需在并排隧道間設(shè)立泵站。地下工程經(jīng)常遇到旁通道和急轉(zhuǎn)彎部分，因其施工距離短、形狀不規(guī)整，采用盾構(gòu)施工困難，且經(jīng)濟(jì)上不合理，各國常采用凍結(jié)法對周圍土層加固，然后用礦山法掘進(jìn)。4.地下隧道交叉處施工。冷凍法施工的適用范圍：根據(jù)相關(guān)資料及建井工程手冊規(guī)定，水平凍結(jié)法主要適用于含水量超過10%，地下水速度不大于10

9、m/d的軟弱圍巖隧道預(yù)加固工程中，遇有流砂、淤泥、卵石、砂礫等含水不穩(wěn)定沖擊層或裂隙中含水的巖層時(shí)都可采用。2水平凍結(jié)施工工藝2.1工藝流程圖確定凍結(jié)設(shè)計(jì)的基本參數(shù)施工準(zhǔn)備施工機(jī)房、基礎(chǔ)冷凍站安裝凍結(jié)器安裝凍結(jié)孔鉆進(jìn)鹽水系統(tǒng)安裝、保溫充氟利昂、化Cacl2、試運(yùn)轉(zhuǎn)積極凍結(jié)探 孔開挖構(gòu)筑封孔、注漿撤 場監(jiān) 測設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)凍結(jié)凍結(jié)方案設(shè)計(jì)及優(yōu)化完善 圖2-1 水平凍結(jié)施工工藝流程圖2.2 凍結(jié)方案制定目前，國內(nèi)尚未形成系統(tǒng)的城市地下工程水平凍結(jié)設(shè)計(jì)、施工規(guī)范。大多數(shù)凍結(jié)工程，主要依據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)確定凍結(jié)參數(shù)，這使得部分工程由于特殊的地質(zhì)狀況，設(shè)計(jì)和工程實(shí)際狀況出現(xiàn)較大偏差，導(dǎo)致施工中出現(xiàn)質(zhì)量事故甚

10、至安全事故。為保證設(shè)計(jì)與工程實(shí)際情況相符，在方案設(shè)計(jì)前應(yīng)現(xiàn)場取土進(jìn)行凍結(jié)試驗(yàn)取得相應(yīng)的凍結(jié)參數(shù)并進(jìn)行方案檢算，進(jìn)一步完善并優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。2.2.1凍結(jié)基本參數(shù)凍結(jié)基本參數(shù)為：鹽水溫度、凍結(jié)帷幕溫度、凍結(jié)孔單孔鹽水流量及凍結(jié)帷幕強(qiáng)度等，由于各地土質(zhì)及外界環(huán)境（如氣溫等）不一樣，其凍結(jié)的基本參數(shù)不同。如廣州地區(qū)，結(jié)合已有工程經(jīng)驗(yàn)，凍結(jié)基本參數(shù)初步設(shè)計(jì)取值為：鹽水溫度： 積極凍結(jié)期：-25-30維護(hù)期：-22-25；凍結(jié)帷幕平均溫度： 一般取為-8-12；凍結(jié)孔單孔鹽水流量為68m3/h。凍結(jié)帷幕強(qiáng)度：凍土屬流變體，其強(qiáng)度主要決定于顆粒組成、含水率、凍結(jié)速度以及荷載作用速度和作用時(shí)間，可參見表2-1

11、。表2-1 凍土抗壓強(qiáng)度參考值凍土溫度()瞬時(shí)極限抗壓強(qiáng)度MPa凍土溫度()瞬時(shí)極限抗壓強(qiáng)度MPa砂子砂土粘土砂子砂土粘土-1272112-61009036-2483817-711010040-3635422-812011045-4786827-913011850-5908032-101351252.2.2凍結(jié)帷幕厚度確定對于城市地下工程水平凍結(jié)設(shè)計(jì)而言，可采用如下步驟和方法來確定凍結(jié)帷幕的計(jì)算厚度。凍結(jié)帷幕厚度主要受地面荷載和埋深的影響，地壓是確定凍結(jié)帷幕厚度的主要考慮因素。通過計(jì)算求得隧道頂最大地壓及隧底最大側(cè)壓。根據(jù)地下工程埋深不同，結(jié)合現(xiàn)有施工經(jīng)驗(yàn)和工程類比，初選一個(gè)合適的凍結(jié)帷幕平均

12、溫度值。通常埋深小于200m時(shí)，平均溫度選-7-8；當(dāng)深度大于200m時(shí)，且深部有厚層粘土層時(shí)，通常選用較低的平均溫度，常用-10的平均溫度。根據(jù)選定的平均溫度和試驗(yàn)資料或有關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式，求得砂土層及一些粘土層的計(jì)算強(qiáng)度值，如表2-1。據(jù)此，設(shè)計(jì)凍土帷幕的平均溫度為-8。凍結(jié)帷幕厚度的初步計(jì)算。一般而言，水平凍結(jié)工程凍結(jié)帷幕厚度取值更多依賴于類似工程經(jīng)驗(yàn)，但也可根據(jù)選定的控制砂層深度、地壓大小、該處的荒徑大小和土層的強(qiáng)度指標(biāo)，用拉麥公式求出凍結(jié)帷幕的初選厚度作為參考：（2-1）式中：凍結(jié)帷幕計(jì)算厚度，cm；筒掘進(jìn)荒半徑，cm計(jì)算層位的地壓，Pa系數(shù)，凍土的允許抗壓強(qiáng)度，一般取用瞬時(shí)單軸抗壓強(qiáng)度的

13、1/2.51/5；砂土取小值時(shí)，粘土取大值 （2-2） 凍土瞬時(shí)極限抗壓強(qiáng)度，見表2-1； 安全系數(shù)當(dāng)沖積層較厚，地壓值較大時(shí)，按多姆克公式計(jì)算。（2-3）式中：系數(shù)，用第三強(qiáng)度理論時(shí)0.29，2.3；用第四強(qiáng)度理論時(shí)0.56，1.33平均溫度核算。凍結(jié)帷幕的平均溫度是確定凍結(jié)帷幕強(qiáng)度和穩(wěn)定性的基本參數(shù)之一。從工程應(yīng)用出發(fā)，一般取最大地壓水平的凍結(jié)孔間距處的主、界面凍結(jié)帷幕平均溫度的平均值作為凍結(jié)帷幕設(shè)計(jì)核算的依據(jù)，可參考煤礦系統(tǒng)相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式（如式2-4）。凍結(jié)帷幕平均溫度能否達(dá)到按中選用的平均溫度值。（2-4）式中：凍結(jié)帷幕有效厚度中的平均溫度；鹽水溫度，；凍結(jié)孔間距，m；凍結(jié)帷幕厚度，m

14、；經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，=0.250.3；計(jì)算水平的井幫溫度，,根據(jù)要求或經(jīng)驗(yàn)給出。上述計(jì)算是針對砂層進(jìn)行的。用上述方法得到的凍結(jié)帷幕厚度和實(shí)際施工可能有一定偏差，可在施工中進(jìn)一步調(diào)整。2.2.3凍結(jié)孔設(shè)計(jì)與確定凍結(jié)孔的開孔間距和偏斜率的確定凍結(jié)孔的間距和偏斜率是影響凍結(jié)孔布置圈直徑的主要因素。開孔間距直接影響凍結(jié)孔的數(shù)量，終孔間距直接影響凍結(jié)帷幕的形成時(shí)間及其平均溫度，而鉆孔偏斜率直接影響布置圈的開孔直徑和終孔間距,見表2-2。表2-2 凍結(jié)孔的開孔間距和偏斜率設(shè)計(jì)參考值隧道覆土深度/m20H10H206H10水平凍結(jié)長度/m不大于50m超過50m開孔間距/m1.01.30.81.10.71.0偏斜率

15、(%)0.20.250.250.30.30.5(說明:隧頂?shù)拈_孔間距取小值,因其散熱量大；隧底和拱腰取大值)凍結(jié)帷幕內(nèi)外側(cè)厚度比值的確定凍結(jié)帷幕內(nèi)外側(cè)厚度比例關(guān)系直接影響到凍結(jié)孔布置圈直徑和數(shù)量。過去豎井凍結(jié)設(shè)計(jì)時(shí)內(nèi)外側(cè)厚度的比值取60/40，而實(shí)際上內(nèi)外側(cè)厚度的比值是個(gè)變數(shù)。根據(jù)試驗(yàn)和實(shí)測資料初步得出：凍結(jié)帷幕剛交圈時(shí)的比值為50/50；當(dāng)凍結(jié)帷幕達(dá)到設(shè)計(jì)厚度時(shí)，一般外側(cè)的厚度約占總厚度的45%；凍結(jié)一年后的凍結(jié)帷幕外側(cè)厚度約占總厚度的35%左右，扣除凍土擴(kuò)入井內(nèi)的無用部分，外側(cè)厚度仍占有效總厚度的45%55%，故設(shè)計(jì)時(shí)凍結(jié)帷幕內(nèi)外側(cè)厚度比仍可按55：4550：50選取。水平凍結(jié)與垂直凍結(jié)類

16、似，一般內(nèi)外側(cè)厚度比取55:4550:50 。凍結(jié)孔布置圈直徑 （2-5）式中：凍結(jié)孔布置圈直徑，m； 隧道掘進(jìn)直徑，m； 凍結(jié)帷幕厚度，m 鉆孔偏斜率，一般取0.3%0.5%；最大地壓層位的凍結(jié)的水平長度，m凍結(jié)孔數(shù)量 （2-6）式中：凍結(jié)孔計(jì)算個(gè)數(shù)；凍結(jié)孔布置圈直徑，m； 凍結(jié)孔開孔間距，m；一般取0.81.3m在水平凍結(jié)中，拱部散熱量大，為凍結(jié)工程的關(guān)鍵控制部位，故開孔的關(guān)鍵控制部位，故開孔間距一般取小值，而拱腰及隧底開孔間距一般取大值。確定凍結(jié)孔數(shù)量后，進(jìn)一步核算凍結(jié)孔開孔間距 （2-7）若鉆孔精度無法得到滿足，凍結(jié)效果就會有較大的出入。故在打鉆過程中，若鉆孔偏斜過大，應(yīng)根據(jù)凍結(jié)交圈圖

17、分析凍結(jié)效果，必要時(shí)應(yīng)打補(bǔ)充孔加強(qiáng)凍結(jié)。為了掌握凍結(jié)帷幕交圈時(shí)間及凍土擴(kuò)展情況，需要在隧道周圍鉆12個(gè)水平水文觀測孔，并在凍結(jié)帷幕內(nèi)鉆13個(gè)溫度觀測孔（布置在偏斜較大的兩凍結(jié)孔之間，并位于凍結(jié)孔布置圈外側(cè)）。觀測孔用于安裝溫度傳感器、孔隙水壓力傳感器、土壓力傳感器、土層位移傳感器等，用來監(jiān)測和控制冷凍效果；水文孔的作用是反映凍結(jié)帷幕是否交圈。2.2.4凍結(jié)器結(jié)構(gòu) 一般凍結(jié)器由兩套管子構(gòu)成，外管為回液管，下部封閉；內(nèi)管為供液管，下部敞開，距外管底部0.51.0m。凍結(jié)管采用具有較高強(qiáng)度的無縫鋼管，在低溫條件下能承受地壓、鹽水工作壓力及溫度應(yīng)力而不破壞，管子連接密實(shí)而不漏水。每個(gè)凍結(jié)孔內(nèi)裝1088

18、mm的低碳無縫鋼管（凍結(jié)管規(guī)格確定后詳），內(nèi)裝483mm的低碳無縫鋼管或505mm聚乙烯增強(qiáng)塑料管作為供液管，以形成制冷介質(zhì)循環(huán)的去、回路。2.2.5制冷量設(shè)計(jì)與配置凍結(jié)管的散熱能力 凍結(jié)管的散熱能力決定于凍結(jié)管的散熱系數(shù)，這是凍結(jié)需冷量的基本參數(shù)。影響凍結(jié)管散熱系數(shù)的因素較多，設(shè)計(jì)時(shí)往往更多參考經(jīng)驗(yàn)選取。冷凍站需要的制冷量配置 致冷量配置：（2-8）式中：用于單站所需的制冷能力，kcal/h； 凍結(jié)管總散熱能力，kcal/h；冷凍站及鹽水管路的冷量損失系數(shù)。值取決于氣候條件和管路保溫情況，一般取1.151.25。當(dāng)管路保溫情況較好，且在冬季進(jìn)行積極凍結(jié)時(shí)，值取1.10，當(dāng)管路保溫條件較差，且

19、在夏季進(jìn)行積極凍結(jié)時(shí)，值取1.30。2.2.6凍結(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)制冷設(shè)備我國凍結(jié)施工所采用的制冷壓縮機(jī)主要有活塞式和螺桿式兩種，其中，螺桿式是回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的一種，它只有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動部件，沒有往復(fù)運(yùn)動部件，動平衡性好，性能穩(wěn)定，制冷量大，可持續(xù)時(shí)間長。隨著制冷技術(shù)的發(fā)展，水平凍結(jié)法一般要求采用串聯(lián)雙級壓縮制冷。串聯(lián)雙級壓縮制冷較單級壓縮制冷具有以下優(yōu)點(diǎn)：由于采用二次壓縮和中站冷卻，降低了壓縮機(jī)的壓縮比和排氣溫度，從而降低由于余隙容積、氣缸壁與壓氣之間的熱交換、泄漏所造成的容積損失，從而提高了壓縮機(jī)的容積效率，消耗于壓縮機(jī)的功減少。當(dāng)冷卻水溫度過高，造成冷凝壓力與蒸發(fā)壓力之比8時(shí)，壓縮機(jī)供給效率減小，制冷能

20、力降低，采用單級壓縮制冷是不經(jīng)濟(jì)的；當(dāng)冷卻水溫度超過25時(shí)，單級壓縮制冷的排氣溫度查高達(dá)130以上，壓縮機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，鹽水溫度難以下降，影響凍結(jié)。而采用串聯(lián)雙級壓縮制冷可以改善壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件，提高制冷效果。當(dāng)受到冷凍設(shè)備限制或凍結(jié)初期及維護(hù)凍結(jié)期要求的鹽水溫度較高時(shí)，可考慮單級壓縮機(jī)制冷，但冷卻水不應(yīng)超過25。鹽水系統(tǒng)傳統(tǒng)冷卻劑采用鹽水，一般是比重為1.241.28的氯化鈣水溶液，也可采用氯化鈉、氯化鎂或氯化鋰溶液，鹽水的結(jié)晶點(diǎn)必須比用于地層凍結(jié)的極限溫度至少低5。溶液體積根據(jù)凍結(jié)管、鹽水干管、集配液圈、蒸發(fā)器的鹽水箱容積確定。 （2-9）式中：氯化鈣溶液總體積，m3； 凍結(jié)管總?cè)莘e，m3；

21、 鹽水干管、集配液圈總?cè)莘e，m3； 鹽水箱總?cè)莘e，m3。固體氯化鈣的需有量配制 （2-10）式中：固體氯化鈣的需用量，kg； 單方溶液中固體氯化鈣的含量，kg/m3； 氯化鈣溶液總體積，m3； 固體氯化鈣純度；一般無水氯化鈣取96%，晶體氯化鈣取70%。鹽水循環(huán)量 （2-11）式中：鹽水循環(huán)量，m3/h； 凍結(jié)管制冷能力，kcal/h； 鹽水比重，濃度為29波美度時(shí)為1250kg/ m3 ； 鹽水比熱，kcal/kg； 去，回路鹽水的溫差，；一般取2.53。鹽水管路：凍結(jié)管：凍結(jié)管的內(nèi)徑可按下述公式核算： （2-12）式中：鹽水循環(huán)量，m3/h； 凍結(jié)管個(gè)數(shù)； 凍結(jié)管環(huán)形空間的鹽水允許流速，0

22、.080.2m/s； 、分別是凍結(jié)管的內(nèi)徑和外徑，m。供液管：一般采用鋼管作供液管，隨著凍結(jié)技術(shù)的發(fā)展，近年的凍結(jié)工程中多用壁厚為4.55mm的聚氯乙烯硬管，或管壁厚度為6mm的耐低溫的聚氯乙烯軟管。供液管內(nèi)徑可按下式計(jì)算： （2-13） 式中：凍結(jié)管內(nèi)鹽水允許流速，0.61.5米/秒； 鹽水干管和集配液圈可采用1594.5mm低碳鋼無縫鋼管，集、配液管與羊角連接選用1.5膠管。冷卻水系統(tǒng)冷卻水的溫度和量與冷凍站的正常運(yùn)轉(zhuǎn)、壓縮機(jī)的制冷效率、鹽水溫度有直接關(guān)系。如果冷卻水溫度高或水量不足，導(dǎo)致壓縮機(jī)的排出溫度、壓力過高，使操作維護(hù)困難，制冷效率低，同時(shí)，鹽水溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，勢必延長凍結(jié)時(shí)間

23、，凍土強(qiáng)度低，降低施工安全性。冷卻水的需用量 （2-14） （2-15） （2-16）式中：冷凍站總需用水量，m3/h 冷凝器需水量，m3/h 冷凍機(jī)的冷卻水套需水量，m3/h 冷凝器總熱負(fù)荷，近似計(jì)算時(shí)可取冷凍站制冷能力的1.25倍 冷凝器進(jìn)、出口水的溫差，一般取35 冷凍機(jī)臺數(shù) 單臺冷凍機(jī)的冷卻水套需水量設(shè)計(jì)冷卻水進(jìn)水溫度為2730，回水溫度為3134。每站安裝6臺冷卻塔，對回水進(jìn)行冷卻循環(huán)利用。冷卻塔選擇LBN-100型玻璃鋼冷卻塔，單臺循環(huán)水量100 m3/h。每站新鮮水補(bǔ)充量按1530m3/h考慮。冷卻循環(huán)水泵：每站選擇IS200-150-250A型3臺，備用一臺。水泵性能：電機(jī)功率

24、30KW，流量374m3/h，揚(yáng)程17.5m。2.2.7積極凍結(jié)期的確定根據(jù)已有的凍土擴(kuò)展速度推算凍結(jié)時(shí)間參考經(jīng)驗(yàn)公式如式（2-17）。（2-17）（2-18）式中：積極凍結(jié)期的推算天數(shù)，d 要求凍結(jié)圈的擴(kuò)展半徑，mm； 在估算凍結(jié)時(shí)間內(nèi)的凍土的平均擴(kuò)展速度，mm/d； 最大地壓處的凍結(jié)孔的最大間距，m； 凍結(jié)帷幕的厚度，m。2.3水平凍結(jié)施工2.3.1水平鉆孔施工的工藝流程施工工藝流程詳見下圖。埋設(shè)孔口裝置更換鉆頭、正常鉆進(jìn)凍結(jié)管下放、回次加尺調(diào)整鉆孔方位角和仰(俯)角開泵、沖洗液循環(huán)糾 偏打壓試漏、終孔測斜單孔驗(yàn)收完成檢測單向閥、封水絲堵座組裝鉆具二次開孔測放管位砼壁開孔終孔注漿、孔管清洗

25、、安裝封水絲堵圖2-2 水平鉆孔施工工藝流程圖1、鉆孔前準(zhǔn)備a、測放凍結(jié)孔位置：采用經(jīng)緯儀，用相對坐標(biāo)測放凍結(jié)孔位置，開孔孔位允許偏差50mm。b、混凝土壁孔位開孔：開孔采用便攜式取芯鉆鉆孔，孔徑160mm?；炷帘陂_孔不能一次打穿，預(yù)留810cm作為安全層。c、埋設(shè)、安裝孔口裝置：孔口裝置包括孔口管、孔口閘閥、球閥和密封盒?？卓诠懿捎?5611mm鋼管，埋設(shè)仰俯角度控制在12左右，方位定好后用拉桿和膨脹螺栓固定在端壁墻上，防止鉆進(jìn)中松動移位?？卓诠芄潭ê煤笥寐菟ㄟB接球閥和密封盒。2、二次開孔用120mm金剛鉆將混凝土壁剩余安全層打穿。二次開孔如出現(xiàn)涌砂、涌水現(xiàn)象，應(yīng)進(jìn)行孔口加固注漿。3、鉆頭

26、更換與入孔方位角和仰（俯）角調(diào)測二次開孔后，取下金剛鉆頭，將組裝好的鉆具與鉆機(jī)動力頭輸出軸上的異徑接頭（螺絲頭）連接。水平鉆進(jìn)中受鉆具自重影響，鉆具前端會產(chǎn)生下垂現(xiàn)象；鉆具順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生右旋力，造成鉆孔偏斜，因此給定入孔水平方位角與仰（俯）角是補(bǔ)償鉆進(jìn)偏斜、實(shí)現(xiàn)糾偏的措施之一。鉆孔開孔方位角=凍結(jié)管設(shè)計(jì)立位角度鉆進(jìn)糾偏水平角鉆孔開孔仰角=設(shè)計(jì)仰（俯）角鉆進(jìn)糾偏垂直角根據(jù)試鉆試驗(yàn)結(jié)果，施工中鉆進(jìn)糾偏水平角取00.4，鉆進(jìn)糾偏垂直角拱部取0.10.3，底部取00.1。4、鉆進(jìn)鉆進(jìn)在均勻土層中以保持快速鉆進(jìn)為宜，在軟硬不均地層中采取低壓慢轉(zhuǎn)，快速給進(jìn)的鉆進(jìn)方法。鉆進(jìn)應(yīng)隨鉆定向糾偏，糾偏利用斜板平推

27、導(dǎo)向的原理，通過導(dǎo)向儀記錄偏斜角度，推斷偏斜方向，同時(shí)通過導(dǎo)向儀確定斜板角度確定加力推進(jìn)時(shí)刻，必要時(shí)可作短距離回鉆平推。水平鉆孔沖洗液采用配比水：膨潤土：纖維素=1000：40：8。鉆進(jìn)中必須保證泥漿質(zhì)量和循環(huán)系統(tǒng)的正常，泵壓應(yīng)控制在0.61.0MPa，且不宜超過1.0MPa，泵量不宜大于30L/min。5、終孔注漿鉆進(jìn)中，由于鉆頭的擺動，鉆桿（管）慣性旋轉(zhuǎn)的離心力，沖洗液對孔壁的不均勻沖刷與破壞，鉆屑的沉積等，可能成凍結(jié)管在地下處于懸空、下支、上壓等受力極不均勻狀態(tài)，甚至有受到地層坍塌的動壓威脅，故需要進(jìn)行注漿充填。注漿漿液采用混合漿，其配比為水泥：水：膨潤土=400500：1000：255

28、0。凍結(jié)孔鉆孔至6870m時(shí)循環(huán)漿液即開始改為混合漿，孔深至設(shè)計(jì)深度后，停止鉆進(jìn)根據(jù)孔口返漿情況逐漸關(guān)閉孔口管回水閥門，繼續(xù)壓漿，注漿壓力高于正常鉆進(jìn)時(shí)泵壓0.20.4MPa，絕對泵壓不得超過2.5MPa，瞬間泵壓不得超過2.8MPa?；旌蠞{液的初凝時(shí)間約8小時(shí)，終孔后20小時(shí)可進(jìn)行孔口補(bǔ)充注漿。通過終孔注漿，達(dá)到了“充填注漿”與壓密注漿的雙重效果，使鋼管、土層、漿體三位一體，處于一種相對穩(wěn)定的狀態(tài)，有效控制了地面沉降，對地下凍結(jié)管起到良好的保護(hù)作用。6、清孔終孔注漿結(jié)束后，及時(shí)用清水洗管，確保管內(nèi)沒有水泥漿沉淀和結(jié)塊，防止對密封絲堵造成影響。清水洗管采用內(nèi)插管倒流清洗，即將高壓清水管插至孔底

29、注水，從孔口流出。7、安裝密封絲堵清孔結(jié)束后，安裝密封絲堵。先在孔外將絲堵安裝到鉆桿上，轉(zhuǎn)進(jìn)孔底后反轉(zhuǎn)安裝同時(shí)退出鉆桿。8、水壓試漏安裝孔底密封絲堵后要對整個(gè)凍結(jié)管的密閉性進(jìn)行檢測。檢測采用注水試壓，注水壓力1.0MPa，前30分鐘壓力下降不超過0.05MPa，后15分鐘穩(wěn)壓不降為合格。2.3.2冷凍站系統(tǒng)建立冷凍站系統(tǒng)建立流程詳見圖2-3。氟利昂循環(huán)系統(tǒng)鹽水循環(huán)系統(tǒng)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)冷凍設(shè)備基礎(chǔ)施工冷凍設(shè)備安裝氟利昂管路安裝管路密封性試驗(yàn)管路隔熱層施工氟利昂試運(yùn)轉(zhuǎn)鹽水泵基礎(chǔ)施工灌鹽水試運(yùn)轉(zhuǎn)冷卻水系統(tǒng)試運(yùn)轉(zhuǎn)管路密封性試驗(yàn)循環(huán)水泵和管路安裝鹽水管路和集液圈安裝水泵基礎(chǔ)和循環(huán)水池施工 圖2-3 冷凍站

30、系統(tǒng)建立流程圖（1）.制冷機(jī)組的安裝調(diào)試根據(jù)冷量需求設(shè)計(jì)，可選擇國內(nèi)新型氟利昂螺桿式冷凍機(jī)組，確保凍結(jié)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)和快速降溫。為減小凍結(jié)打鉆的距離，一般隧道水平凍結(jié)均采用兩端相向凍結(jié)，建站時(shí)均在隧道兩端分別建立獨(dú)立的凍結(jié)站。鹽水機(jī)組和冷水機(jī)組在不同時(shí)間、溫度工況下致冷效率不同，可采用鹽水機(jī)組和冷水機(jī)組組合的方式進(jìn)行凍結(jié)。凍結(jié)前期高溫工況條件下，冷水機(jī)組工效高于鹽水機(jī)組，此階段開啟冷水機(jī)組；凍結(jié)后期低溫工況條件下，鹽水機(jī)組的工效高于冷水機(jī)組，此階段開啟鹽水機(jī)組。每站的四臺冷凍機(jī)組中，均各配置一臺大功率冷水機(jī)組。制冷機(jī)組安裝完成后進(jìn)行調(diào)試，先進(jìn)行單機(jī)動轉(zhuǎn)，然后再進(jìn)行組合機(jī)組聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）.清水冷卻系

31、統(tǒng)的安裝調(diào)試?yán)鋮s水管總管和支管分別選用159mm螺旋焊管。根據(jù)制冷機(jī)和制冷量要求，確定每個(gè)凍結(jié)站冷卻水循環(huán)用量、冷卻水的進(jìn)水溫度、回水溫度，每站配置的冷卻塔數(shù)量，清水泵臺數(shù)均與系統(tǒng)設(shè)計(jì)配置相對應(yīng)，對回水進(jìn)行冷卻。該系統(tǒng)安裝完成后進(jìn)行試運(yùn)行，測試進(jìn)水溫度，回水溫度，循環(huán)水的損耗量等。（3）鹽水循環(huán)系統(tǒng)安裝調(diào)試鹽水循環(huán)系統(tǒng)安裝包括管內(nèi)凍結(jié)器安裝，鹽水去、回路干管和集、配液圈安裝，鹽水配制，鹽水箱和鹽水泵安裝，隔溫保護(hù)層安裝。凍結(jié)器安裝：在凍結(jié)管內(nèi)安裝503.5mm供液管，下入深度以距凍結(jié)管底2030cm為宜，然后焊接凍結(jié)管端蓋、羊角和安裝去、回路閘閥。鹽水去、回路干管和集、配液圈安裝：采用雙去、雙

32、回干管系統(tǒng)，在端壁墻上去路供液圈在外，回路集液圈在內(nèi)，二者均不允許侵入隧道開挖斷面內(nèi)。鹽水去、回路干管和集配液管均選用2198mm鋼管，接點(diǎn)全部采用焊接連接，集、配液管與羊角連接選用2高壓膠管。如圖2-4所示。北端集配液管安裝示意圖 南端集配液管安裝示意圖圖2-4集配液管安裝示意圖鹽水箱和鹽水泵安裝：鹽水箱用于配制和臨時(shí)儲備冷卻鹽水用，用鋼板和型鋼焊制，容積量根據(jù)凍結(jié)設(shè)計(jì)進(jìn)行配置，鹽水箱與去路供液管用鹽水泵相連接，其鹽水泵的數(shù)量和最大功率也根據(jù)凍結(jié)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行配置。鹽水配制：選用工業(yè)CaCl2配制鹽水溶液作為冷媒劑，根據(jù)積極凍結(jié)期鹽水溫度為2830，溶液比重控制在1260kg/m3范圍。鹽水直

33、接在鹽水箱內(nèi)分批配制，再由鹽水泵泵入并充滿每個(gè)循環(huán)系統(tǒng)管道內(nèi)。隔溫保護(hù)層安裝：若凍結(jié)地區(qū)常年平均氣溫較高，為減少冷量損失，必須對曝露的鹽水管道進(jìn)行保溫隔熱處理?？刹捎枚?cm厚聚氯乙烯泡沫板將所有曝露鹽水管道包裹作為隔溫層，以減少冷量損失。2.3.3凍結(jié)致冷的操作要點(diǎn)（1）制冷機(jī)組的安裝調(diào)試根據(jù)冷量需求設(shè)計(jì)，可選擇國內(nèi)新型氟利昂螺桿式冷凍機(jī)組，確保凍結(jié)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)和快速降溫。為減小凍結(jié)打鉆的距離，一般隧道水平凍結(jié)均采用兩端相向凍結(jié)，建站時(shí)均在隧道兩端分別建立獨(dú)立的凍結(jié)站。鹽水機(jī)組和冷水機(jī)組在不同時(shí)間、溫度工況下致冷效率不同，可采用鹽水機(jī)組和冷水機(jī)組組合的方式進(jìn)行凍結(jié)。凍結(jié)前期高溫工況條件下，冷水

34、機(jī)組工效高于鹽水機(jī)組，此階段開啟冷水機(jī)組；凍結(jié)后期低溫工況條件下，鹽水機(jī)組的工效高于冷水機(jī)組，此階段開啟鹽水機(jī)組。每站的四臺冷凍機(jī)組中，均各配置一臺大功率冷水機(jī)組。制冷機(jī)組安裝完成后進(jìn)行調(diào)試，先進(jìn)行單機(jī)動轉(zhuǎn)，然后再進(jìn)行組合機(jī)組聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）清水冷卻系統(tǒng)的安裝調(diào)試?yán)鋮s水管總管和支管分別選用159mm螺旋焊管。根據(jù)制冷機(jī)和制冷量要求，確定每個(gè)凍結(jié)站冷卻水循環(huán)用量、冷卻水的進(jìn)水溫度、回水溫度，每站配置的冷卻塔數(shù)量，清水泵臺數(shù)均與系統(tǒng)設(shè)計(jì)配置相對應(yīng)，對回水進(jìn)行冷卻。該系統(tǒng)安裝完成后進(jìn)行試運(yùn)行，測試進(jìn)水溫度，回水溫度，循環(huán)水的損耗量等。（3）鹽水循環(huán)系統(tǒng)安裝調(diào)試鹽水循環(huán)系統(tǒng)安裝包括管內(nèi)凍結(jié)器安裝，鹽水

35、去、回路干管和集、配液圈安裝，鹽水配制，鹽水箱和鹽水泵安裝，隔溫保護(hù)層安裝。凍結(jié)器安裝：在凍結(jié)管內(nèi)安裝503.5mm供液管，下入深度以距凍結(jié)管底2030cm為宜，然后焊接凍結(jié)管端蓋、羊角和安裝去、回路閘閥。鹽水去、回路干管和集、配液圈安裝：采用雙去、雙回干管系統(tǒng)，在端壁墻上去路供液圈在外，回路集液圈在內(nèi)，二者均不允許侵入隧道開挖斷面內(nèi)。鹽水去、回路干管和集配液管均選用2198mm鋼管，接點(diǎn)全部采用焊接連接，集、配液管與羊角連接選用2高壓膠管。鹽水箱和鹽水泵安裝：鹽水箱用于配制和臨時(shí)儲備冷卻鹽水用，用鋼板和型鋼焊制，容積量根據(jù)凍結(jié)設(shè)計(jì)進(jìn)行配置，鹽水箱與去路供液管用鹽水泵相連接，其鹽水泵的數(shù)量和最

36、大功率也根據(jù)凍結(jié)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行配置。鹽水配制：選用工業(yè)CaCl2配制鹽水溶液作為冷媒劑，根據(jù)積極凍結(jié)期鹽水溫度為2830，溶液比重控制在1260kg/m3范圍。鹽水直接在鹽水箱內(nèi)分批配制，再由鹽水泵泵入并充滿每個(gè)循環(huán)系統(tǒng)管道內(nèi)。隔溫保護(hù)層安裝：若凍結(jié)地區(qū)常年平均氣溫較高，為減少冷量損失，必須對曝露的鹽水管道進(jìn)行保溫隔熱處理?？刹捎枚?cm厚聚氯乙烯泡沫板將所有曝露鹽水管道包裹作為隔溫層，以減少冷量損失。2.3.4凍結(jié)致冷效果判定凍結(jié)致冷效果的判定措施與檢測方法均是通過凍結(jié)施工過程的監(jiān)控量測來實(shí)現(xiàn)的。凍結(jié)帷幕形成的質(zhì)量檢驗(yàn)方法詳見表2-3。表2-3 凍結(jié)帷幕形成質(zhì)量檢驗(yàn)方法序號檢測內(nèi)容設(shè)計(jì)要求檢

37、驗(yàn)方法1凍結(jié)制冷系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)制冷系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)符合設(shè)備要求檢測去、回路鹽水溫度、流量和冷卻水溫度，檢查冷凍機(jī)上的控制儀表讀數(shù)2鹽水溫度設(shè)計(jì)最低鹽水溫度-28-30,開凍7天達(dá)到-20用精度為0.3的精密溫度計(jì)檢測去路干管鹽水溫度3凍結(jié)帷幕交圈時(shí)間不同設(shè)計(jì)要求不同根據(jù)測溫孔溫度測定凍結(jié)帷幕是否交圈4凍結(jié)帷幕達(dá)到設(shè)計(jì)厚度時(shí)間積極凍結(jié)期根據(jù)測溫孔測溫?cái)?shù)據(jù)確定2.4隧道施工2.4.1 隧道開挖采用凍結(jié)法施工的隧道工程仍按錨噴構(gòu)筑法進(jìn)行設(shè)計(jì)。其初期支護(hù)采用格柵鋼拱架、單層鋼筋網(wǎng)、噴砼聯(lián)合支護(hù)。格柵的間距一般為0.51m，鋼筋網(wǎng)一般規(guī)格為8，網(wǎng)格間距為200200mm，噴射砼為C20早強(qiáng)抗凍砼，厚

38、度為350400mm。二次襯砌為鋼筋砼襯砌，襯砌厚度為300400mm。若采用凍結(jié)法施工的單線隧道，采用上下臺階法施工，開挖時(shí)盡量預(yù)留核心土，開挖進(jìn)尺不能過長，保證24小時(shí)格柵封閉成環(huán)，初期支護(hù)上去就行。如果是雙線隧道，其開挖跨度大，則開挖可采用交叉中隔壁（CRD）法開挖。具體開挖方式采用人工加風(fēng)鎬開挖，出碴采用人工推車運(yùn)輸。隧道開挖進(jìn)尺控制在1.0m，開挖后及時(shí)支護(hù)，凍結(jié)帷幕暴露時(shí)間控制在24小時(shí)以內(nèi)，以確保凍結(jié)帷幕的安全。嚴(yán)格控制臺階長度，當(dāng)臺階較長、必要時(shí)作臨時(shí)仰拱封底。若凍結(jié)帷幕內(nèi)侵，凍結(jié)帷幕內(nèi)土體強(qiáng)度比未凍土強(qiáng)度大為提高，若僅采用人工風(fēng)鎬開挖難度大，進(jìn)度緩慢，可引進(jìn)自由斷面掘進(jìn)機(jī)，采

39、用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)輔以人工風(fēng)鎬修邊的方式進(jìn)行開挖，叉車配合小型反挖進(jìn)行渣土運(yùn)輸。2.4.2 開挖期間對凍結(jié)帷幕的保護(hù)凍土帷幕在空氣中暴露過久，會吸收空氣中的熱量出現(xiàn)化凍現(xiàn)象，在隧道開挖過程中必須采取以下必要的保護(hù)措施進(jìn)行保護(hù)。（1）嚴(yán)格控制隧道開挖進(jìn)尺，保證凍結(jié)帷幕暴露的時(shí)間不超過設(shè)計(jì)允許值，每一循環(huán)的開挖進(jìn)尺控制在1m以內(nèi)，保證隧道周邊的凍結(jié)帷幕暴露時(shí)間不超過24小時(shí)。（2）為了防止凍結(jié)帷幕暴露后產(chǎn)生蠕變及流變，必須保證初期支護(hù)的及時(shí)性。凍結(jié)法施工中，開挖的井幫溫度較低（一般在0以下），常規(guī)的噴射砼無法凝固達(dá)到設(shè)計(jì)的早期強(qiáng)度，需在噴射砼中摻加一定量的抗凍劑，確保噴射砼強(qiáng)度的正常發(fā)展。（3）為了防止

40、砼的水化熱傳遞給凍結(jié)帷幕，需在凍結(jié)帷幕和噴射砼間設(shè)置隔溫保護(hù)層。（4）為了減小開挖過程中對凍結(jié)帷幕土體的擾動，即使凍結(jié)帷幕入侵，也不宜采用爆破開挖，可采用一種非爆破、弱擾動的機(jī)械能開挖自由斷面掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)。（5）為了不削弱凍結(jié)帷幕的強(qiáng)度，嚴(yán)禁超挖。2.4.3 隧道初期支護(hù)施工初期支護(hù)的施工同普通的錨噴筑構(gòu)法隧道相同，僅在初噴砼中摻加了一定摻量的MRT-4型復(fù)合抗凍劑，目的是保證低溫狀態(tài)下砼強(qiáng)度的正常發(fā)展。2.4.4隧道二次襯砌施工在工期允許的前提下，隧道襯宜在隧道開挖貫通并停凍后進(jìn)行。若具體工期不允許，由于解凍的時(shí)間過長，二次襯砌的施工必須在解凍前進(jìn)行施作，則必須從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度充分考慮凍脹

41、融沉對結(jié)構(gòu)的負(fù)面影響，如結(jié)構(gòu)多設(shè)變形縫，預(yù)埋融沉注漿管在襯砌施工時(shí)同步注漿，防止融沉；另一種方法是考慮強(qiáng)制解凍，在鹽水池中放置電爐，加熱鹽水，鹽水的鹽循環(huán)不經(jīng)過冷凍機(jī)，直接由鹽水池進(jìn)入鹽水泵，經(jīng)鹽水管路到達(dá)凍結(jié)管內(nèi)循環(huán)，帶走地層的熱量，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制強(qiáng)凍。3 勞動力組織勞動組織及人員配置。凍結(jié)施工期間的勞動力組織及人員配置詳見表3-1。表3-1 水平凍結(jié)施工的勞動力配置表工 種人 數(shù)工 種人 數(shù)打鉆工414=56輔助工4電焊工4技術(shù)人員3凍安工20管理人員4機(jī)修工2后勤人員3電 工2合計(jì)98 隧道開挖施工期間的勞動力組織及人員配置詳見表3-2。表3-2 水平冷凍法暗挖隧道施工的勞動力配置表工 種人

42、數(shù)工 種人 數(shù)開挖工214=28噴錨工6鋼筋工16技術(shù)人員6凍安工20管理人員6機(jī)修工2后勤人員3電 工2 模板工8木工6砼 工12管理人員6后勤人員4合計(jì)：121 4 機(jī)具設(shè)備配置4.1水平鉆孔機(jī)具設(shè)備及附屬設(shè)備的選型與配置4.1.1鉆機(jī)平臺的搭設(shè)鉆機(jī)平臺要求搭設(shè)成可移動、升降式的平臺。4.1.2水平鉆機(jī)的選型HW-4型坑道鉆機(jī)主要適用于長距離水平凍結(jié)孔打鉆施工，水平鉆進(jìn)的長度達(dá)200m。該鉆機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)：扭矩為3500KN.m；給進(jìn)力160KN；轉(zhuǎn)速60、85、125r/min。短距離水平凍結(jié)宜選用扭矩較大的XY型鉆機(jī)四臺套，該鉆機(jī)在國內(nèi)各類垂直凍結(jié)工程打鉆施工中得到很好應(yīng)用，它具有體

43、積小、重量輕、裝機(jī)功率大、性能廣泛、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可用牙輪鉆頭、刮刀鉆頭、人造金剛石復(fù)合片鉆頭等鉆進(jìn)。該鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下: 鉆機(jī)外型尺寸（長寬高）:2150mm900mm1690mm；鉆孔直徑:150mm300mm；鉆孔傾角:P9065；回轉(zhuǎn)器扭矩:900KNm；給進(jìn)能力:45 KN；起拔能力:60 KN。 4.1.3鉆頭的選型與配置水平凍結(jié)的凍結(jié)管一般是108的鋼管，而凍結(jié)管本身就是鉆桿，為此凍結(jié)打鉆的鉆頭選型必須與鉆桿相匹配。一般短距離水平鉆孔（孔深小于等于30m）的施工，其鉆頭采用三翼刮刀式全面鉆頭配合螺旋鉆超前導(dǎo)向。但該鉆頭形式需要嚴(yán)格控制開孔角度和糾偏角。長距離水平鉆孔（孔深大

44、于等于30m）的施工，其鉆頭采用自制斜板式鉆頭配合有線定向鉆進(jìn)導(dǎo)向儀共同作用，該鉆頭的特點(diǎn)是鉆進(jìn)中偏斜小，糾偏容易。鉆頭的直徑不能過大，一般為115mm120mm，若鉆頭直徑過大，糾偏容易，但鉆進(jìn)中出砂量多，不利于控制地表沉降；若鉆頭直徑過小，不利于糾偏。4.1.4泥漿循環(huán)系統(tǒng)的配置泥漿系統(tǒng)是導(dǎo)向孔鉆進(jìn)過程中的又一關(guān)鍵環(huán)節(jié)，泥漿作為冷卻鉆頭、懸浮鉆屑的流動體，以膨潤土及外加劑為原料按一定比例攪拌而成，不同地層對泥漿粘度有不同要求，采用馬氏漏斗粘度進(jìn)行測定，膨潤土泥漿適宜環(huán)境PH值控制在8.510；粘土層中粘土有一定自穩(wěn)能力，膨潤土泥漿粘度在30秒左右，粉細(xì)砂層中采用進(jìn)口易鉆膨潤土外加少量聚合物

45、，馬氏漏斗粘度控制在40秒左右。膨潤土泥漿用量一般為孔徑的35倍，采用自制立式旋流攪拌機(jī)攪拌；泥漿流量較大，回收處理后檢查粘度及PH值后循環(huán)利用。泥漿泵采用BW250（150），一臺鉆機(jī)配置一臺泥漿泵。膨潤土泥漿用量計(jì)算式見（4-1）： （4-1）式中：V膨潤土泥漿用量(m3）L表示鉆孔長度(m）R表示鉆孔直徑(m）漿液PH值控制在810；膨潤土泥漿配合比見表4-1。表4-1 泥漿配合比地 層膨潤土膨潤土用量（Kg/m3）外加劑馬氏漏斗粘度（秒）漿液用量粘 土易鉆103035倍孔容積粉細(xì)砂易鉆25幫手4035倍孔容積中粗砂易鉆32幫手4535倍孔容積4.2 制冷設(shè)備的選型與配置4.2.1冷凍機(jī)

46、的選型與配置我國凍結(jié)施工所采用的制冷壓縮機(jī)主要有活塞式和螺桿式兩種，其中，螺桿式是回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的一種，它只有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動部件，沒有往復(fù)運(yùn)動部件，動平衡性好，性能穩(wěn)定，制冷量大，可持續(xù)時(shí)間長。根據(jù)凍結(jié)需冷量要求以及地區(qū)高溫等情況，選擇氟利昂螺桿式冷凍機(jī)組作為凍結(jié)施工的冷凍機(jī)組，確保凍結(jié)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)和快速降溫。單機(jī)標(biāo)準(zhǔn)制冷量可按凍結(jié)制冷量大小選用。在建站配置時(shí)，一個(gè)冷凍站盡可能選用一種系列的冷凍機(jī)，同一級的單機(jī)標(biāo)準(zhǔn)制冷量最好相同，否則會影響合理的配組，造成系統(tǒng)中壓縮機(jī)吸氣不平衡而降低制冷效果。4.2.2 鹽水系統(tǒng)的配置 鹽水系統(tǒng)的配置包括了鹽水管路（凍結(jié)管）供液管和鹽水干管、集配液圈、鹽水泵、鹽水箱等的配

47、置。（1）鹽水管路的配置凍結(jié)管以往多數(shù)采用1020無縫鋼管，焊接連接；部分為中碳鋼無縫鋼管，絲扣接箍連接?，F(xiàn)采用在低溫條件下具有較好柔性的高強(qiáng)度無縫鋼管。 供液管多采用廣聚乙烯軟管，該管隔熱性能好，耐低溫，無接頭，安裝方便，使用效果好，常用規(guī)格504754。鹽水干管、集、配液圈一般均用無縫鋼管。干管可試驗(yàn)使用聚乙烯增強(qiáng)塑料管或玻璃窗鋼管，常用規(guī)格200300。氯鹽水溶液具有適用溫度范圍廣、熱容量大、來源充裕、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，成為凍結(jié)工程最廣泛的冷煤劑。由于單一氯鹽水溶液受凝固點(diǎn)的限制，幾種氯鹽溶液的工作溫度為：氯化鈉鹽水5-16，氯化鎂鹽水5-28，氯化鈣鹽水5-35。凍結(jié)法工程常用的冷煤劑：

48、凍結(jié)溫度高于-35時(shí)，用氯化鈣或氯化鎂鹽水-28以內(nèi)）；凍結(jié)溫度低于-35時(shí)，一般采用氯鹽的混合液，如氯化鈣、氯化鎂、氯化鈉的混合溶液。（2）鹽水泵的選型與配置鹽水系統(tǒng)包括鹽水泵、鹽水池、及鹽水干管、集配液圈。在進(jìn)行鹽水泵選型配置前，先計(jì)算鹽水泵的流量、揚(yáng)程和功率。考慮到目前無專用的鹽水泵，凍結(jié)工程施工中可用清水泵來替代。鹽水與清水的比重在5/4以上，因此排鹽水比排清水消耗的功率大1/4。如果選用的水泵剛好滿足設(shè)計(jì)流量和揚(yáng)程需要時(shí)，水泵的配電功率就要超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)；否則就應(yīng)更換較大功率的電機(jī)，并相應(yīng)地加大水輪軸和軸承，而且同樣造成水泵超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。因此在選用泵時(shí)，除流量和揚(yáng)程必須滿足要求外，最好由水

49、泵廠提供較高強(qiáng)度的合金鋼泵軸，并把原水泵的電機(jī)功率加大1/4更為適用。4.2.3清水系統(tǒng)的配置清水系統(tǒng)即冷卻水系統(tǒng)，由冷卻塔（冷凝器）、清水泵及清水管路及循環(huán)水池四大部分組成。冷凝器是將氟在蒸發(fā)器和壓縮機(jī)中吸收的熱量傳遞給冷卻水的熱交換裝置，使壓縮機(jī)壓縮后的過熱蒸汽凝結(jié)成液體。國產(chǎn)的冷凝器有立式套管、臥式套管、蒸發(fā)式和淋激式四種。由于立式套管冷凝器的冷卻能力大、效率高、占地面積小、運(yùn)輸、安裝和使用都方便，故一般凍結(jié)工程施工中較為適宜。蒸發(fā)式冷凝器的最大優(yōu)點(diǎn)是用水量比水冷式冷凝器少得多，當(dāng)水源缺乏和氣溫較低的地區(qū)應(yīng)用將取得較好的效果。當(dāng)空氣相對溫度較低，水質(zhì)差、氣溫較低的條件下，可采用淋激式冷凝

50、器。市政水平凍結(jié)考慮場地和環(huán)境要求，一般采用冷卻塔。4.3供電系統(tǒng)的配置 4.3.1水平鉆孔施工過程的供電水平打鉆施工可配置四臺套鉆機(jī)（含泥漿泵），施工過程最大用電負(fù)荷約200KW，提供400v供電電源即可。4.3.2凍結(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的供電根據(jù)凍結(jié)施工現(xiàn)場條件，在隧道兩端各布置一個(gè)冷凍站，在隧道兩端各提供兩臺500KVA變壓器，供凍結(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)和其它工作。每站凍結(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)最大用電負(fù)荷約為750KW。其用電設(shè)備統(tǒng)計(jì)詳見下表4-2。表4-2 用電設(shè)備統(tǒng)計(jì)表序號名稱型號電機(jī)功率/kw單位臺數(shù)備注一、鉆孔設(shè)備1水平孔鉆機(jī)52臺4鉆長200m2泥漿泵BW-250/15011臺3備用1臺3測斜儀水平陀螺儀臺1水平測距

51、300m4泥漿攪拌機(jī)5.5臺2配置泥漿用5電焊機(jī)50013臺4凍結(jié)管聯(lián)接用6金剛石取芯鉆機(jī)3臺4凍結(jié)孔開孔用7手動試壓泵臺2凍結(jié)孔試漏用8其他40臺小計(jì)228 kw二、凍結(jié)設(shè)備1螺桿冷凍機(jī)組制冷量561kw200臺42螺桿冷凍機(jī)組制冷量215kw100臺43鹽水泵IS150-125-31530臺64清水泵IS200-150-250A30臺65冷卻塔LBN-1005臺12小計(jì)1620 kw5 質(zhì)量控制要點(diǎn)5.1水平鉆孔施工的質(zhì)量控制要點(diǎn)5.1.1試驗(yàn)孔的打設(shè)針對打鉆過程的各工序，去調(diào)整、優(yōu)化打鉆過程的參數(shù)選取。鉆機(jī)性能參數(shù)：鉆孔的扭距、給進(jìn)力、轉(zhuǎn)速；鉆頭的切削直徑：該參數(shù)選擇時(shí)偏大，對鉆進(jìn)中糾偏

52、有利，但對地層擾動大且鉆進(jìn)中出漿量多，不利于控制地表沉降；鉆桿的連接參數(shù)：絲扣連接形式和焊接的槽口形式，這兩參數(shù)對鉆桿的牢固性和密閉性起決定性作用，同時(shí)也影響著凍結(jié)管的抗扭性能；開孔角度：水平鉆進(jìn)中受鉆具自重影響，鉆具前端會產(chǎn)生下垂現(xiàn)象；鉆具順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生右旋力，造成鉆孔偏斜，因此給定入孔水平方位角與仰（俯）角是補(bǔ)償鉆進(jìn)偏斜、實(shí)現(xiàn)糾偏的措施之一，因此在試驗(yàn)孔打設(shè)過程中要掌握入孔方位角和仰（俯）角參數(shù)（統(tǒng)稱為預(yù)定糾偏角）大??；鉆進(jìn)中泥漿沖洗液（終孔注漿的混合漿液）的性能參數(shù)：在水平鉆進(jìn)過程中，靠沖洗液進(jìn)行護(hù)壁，防止塌孔和抱鉆，且在鉆進(jìn)完成后，由于鉆進(jìn)過程中鉆頭的擺動，鉆桿（管）慣性旋轉(zhuǎn)的離心力，沖洗液對孔壁的不均勻沖刷與破壞，鉆屑的沉積等，可能成凍結(jié)管在地下處于懸空、下支、上壓等受力極不均勻狀態(tài)，甚至有受到地層坍塌的動壓威脅，故需要進(jìn)行注漿充填。通過終孔注漿，達(dá)到了“充填注漿”與壓密注漿的雙重效果，使鋼管、土層、漿體三位一體，處于一種相對穩(wěn)定的狀態(tài)，有效控制了地面沉降，對地下凍結(jié)管起到良好的保護(hù)作用。為此沖洗液的配比和終孔注漿時(shí)的泵壓均是在試驗(yàn)孔打設(shè)過程中要掌握的重要參數(shù)；鉆進(jìn)過程中出漿量觀察：一是出漿量的多少，二是漿體中含砂量的高低，這是判定成孔與否及注漿量大小一個(gè)重要參數(shù)，也是判定地質(zhì)情況的一個(gè)重要依據(jù)。