垂直冷凍施工技術

1、3-2-8垂直冷凍施工技術1前言1.1凍結法概述1.1.1凍結法凍結法是利用人工制冷技術，在地下開挖體周圍需加固的含水軟弱地層中鉆孔鋪管，安裝冷凍器，然后利用制冷壓縮機提供冷氣，通過低溫鹽水在凍結器中循環(huán)，帶走地層熱量，使地層中的水結冰，將天然巖土變成凍土，形成完整、密閉、高強度的臨時加固體，從而達到加固地層、隔絕地下水與地下工程聯(lián)系的目的。然后，在凍結體的保護下進行地下工程的開挖施工，待襯砌支護完成后，凍結地層逐步解凍，最終恢復到原始狀態(tài)。1.1.2地層凍結技術的特點同其它土體加固方法相比，凍結法具有以下優(yōu)點：1、凍結加固使土體中的大部分水分結冰，提高了土的強度，而且強度均勻。2、整體支護性

2、能好，凍結帷幕形成后，凍結帷幕內不會存在任何縫隙，是一個完整的支護體；封水效果好，可保證開挖工作面在無水條件下作業(yè)。3、能適應不同的地質條件，凍結深度不受限制，而注漿、地下連續(xù)墻等方法對地質條件的適應能力差，而且其加固深度有一定的限制。4、適應各種結構形狀地下工程的施工。凍結加固體的形狀、大小，可以根據需要靈活設計。5、環(huán)保型工法。由于凍結法是一種臨時措施，所凍地層最終要恢復到原始狀況，因而能夠保護城市地層地質結構和地下水不受污染。6、施工方便，簡單，經濟上合理。國外的工程實例表明，凍結工程成本與其它施工（如注漿和旋噴）處于相同的數(shù)量級，而且隨著加固深度的加大，凍結工法的經濟性越來越來明顯?；?/p>

3、于以上優(yōu)點，凍結法在城市地下工程越來越受到重視，已經被廣泛應用于地基基礎工程、城市地鐵、隧道工程、水利工程等市政工程中。1.2凍結法的適用條件根據相關資料及建井工程手冊規(guī)定，凍結法主要適用于含水量超過10%，地下水速度不大于10m/d的軟弱圍巖隧道預加固工程中，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都可采用。目前凍結法在城市隧道工程中主要應用于：1.盾構法隧道施工中，盾構進出洞土體加固。盾構進出洞時，承受著工作井附近土體產生的巨大地壓和水壓，可能導致涌水和土體坍塌。目前常用旋噴技術和注漿法加固土體，效果不夠理想，常遇到注漿不均勻和盾構刀盤切削漿液結石體等困難，而凍結技

4、術能有效地解決這些問題。2.盾構法隧道施工中，地下或海底對接時土體加固。近年來，世界上許多國家的盾構隧道采用對頭掘進，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、旁通道和急轉彎部分根據地鐵設計要求，間距1km左右需在并排隧道間設立泵站。地下工程經常遇到旁通道和急轉彎部分，因其施工距離短、形狀不規(guī)整，采用盾構施工困難，且經濟上不合理，各國常采用凍結法對周圍土層加固，然后用礦山法掘進。4.建筑基坑加固。基坑凍結加固具有加固體均勻，強度高，阻水性好，加固深度大等優(yōu)點，因而，采用凍結技術加固基坑越來越受到重視。5.地下工程涌水、坍塌事故的搶險修復。6.地

5、下隧道交叉處施工。1.3凍結法的發(fā)展歷史人工地層凍結技術起源于天然凍結現(xiàn)象，在土木工程中的應用是隨19世紀制冷機械設備的發(fā)展開始的。凍結法的第一次應用是1862年在南威爾士(South Wales)的一個礦山豎井施工中，使用人工地層凍結技術加固基坑。該豎井穿越了含水地層，采用由SiebeGorman有限公司提供的乙醚制冷設備冷卻鹽水，鹽水在埋設于地層中的凍結管路系統(tǒng)里循環(huán)。早期凍結法主要應用于采礦行業(yè)。1880年，德國的F.H.Poetch首先提出凍結法原理，并應用于煤礦開鑿立井，1883年，F(xiàn).H.Poetell在Schneidlingen開發(fā)煤礦，采用凍結法施工深103m的立井，并以此獲得

6、德國人工地層凍結法鑿井專利。此后，該技術廣泛應用于各國地下工程建設中。1885年在比利時，1888年，在美國Michigan，1892年在法國，1896年在奧地利，1900年在荷蘭相繼應用了凍結法。在這些工程中，開始僅凍結巖石頂部以上的表層飽和含水層，以使豎井達到下部的礦床。凍結法初期應用得最多的領域是礦山工程，隨著技術的成熟，逐步引入至城市隧道工程中。1886年瑞典一個長24m的人行隧道采用凍結法施工。1906年法國把凍結法應用于橫穿河底地鐵工程中。前蘇聯(lián)在70年代前，采用凍結法構筑了70個地鐵斜井隧道。同礦山垂直孔凍結法相比，水平凍結或斜孔凍結的難度更大。瑞士蘇黎士Milachounck公

7、路隧道一段斷面達146m2，寬度達15m，用每凍結段長度達35m共10段構筑了總長度達350m的隧道。80年代中期維也納一段雙軌地下隧道，水平凍結長度64m，采用相向鉆35m水平凍結孔的方法安全建成。德國杜塞爾道夫一個115m的隧道單向鉆凍結孔的方法進行了水平凍結。日本1962年首次在大阪市應用凍結法安全建成一個過河隧道，至今大約有340多項凍結工程，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，其中最大的一項工程是80年代建設的東京地鐵10號線和11號線凍結工程，在日本橋川河下施工，其凍結改良土體達37000m3，水平凍結長度47m，共計水平凍結管總長度達13750m。大阪交通

8、局在該市地鐵5號線工程中，也采用了凍結法確保盾構順利出洞；日本東京灣隧道施工期間，川崎、木更津人工島及浮島八個盾構出洞工程都成功使用了凍結法，該隧道已于1998順利通車。我國于1955年開始應用凍結法鑿井技術，迄今，應用凍結法共建造立井450多個，累計凍結長度70km之多，凍結法鑿井所通過的第四紀地層最厚為383.1m(山東全橋煤礦副井)；穿過最厚表土層374.5m，最大凍結深度435m(河南永夏礦區(qū)陳四樓礦副井)；最大成井凈直徑8m；凍結深度超過300m的立井有50多個，其規(guī)模僅次于原蘇聯(lián)。1998年在北京地鐵國貿站隧道進行的45m水平凍結加固的成功標志我國水平地層凍結施工進入城市地下工程的

9、一個新階段；1998年上海地鐵2號線5個區(qū)間聯(lián)絡通道中有4個采用凍結法施工；2000年廣州地鐵1號線紀越區(qū)間過清泉街斷層采用水平凍結，隧道長距離64m凍結取得成功，之后南京、深圳等地鐵旁通道也相繼使用了地層凍結法。地層凍結技術已全面進入我國城市地下工程領域。2凍結設計2.1確定凍結類型和凍結方法按制冷原理，凍結法采用的凍結方式一般可分為直接凍結方式（直接凍結法）和間接凍結方式（間接凍結法）兩類。直接凍結方式一般靠低溫液化氣直接制冷，主要采用液氮凍結技術。液氮在常壓下沸點為-195.8,氣化潛熱197.6KJ/kg，其理化性質穩(wěn)定，是一種良好的制冷工質，和傳統(tǒng)鹽水氨循環(huán)制冷相比，液氮凍結具有系統(tǒng)

10、簡單、低溫、快速、高強等特點。目前使用的液氮溫度通常在-196，經工廠加工后用儲罐車將其運送到工地，并輸入預先埋設在地層中的凍結管內，液氮在氣化過程中大量吸收熱量，使凍結管周圍的地層凍結，經氣化后的氮氣逸入大氣層后可自由擴散，濃度迅速降低。這類凍結方式由于直接凍結速度快，往往用于局部土體凍結或工程搶險中；同時由于其所需費用相對較高，目前僅用于處理規(guī)格較小的危急工程。間接凍結方式又稱鹽水常規(guī)凍結法。采用這類凍結方式地面需建冷凍站，其內設有壓縮調節(jié)制冷裝置和輸送泵，用氨、氟利昂等制冷劑通過制冷壓縮機循環(huán)壓縮制冷，使低溫制冷劑與作為冷媒劑的鹽水溶液進行熱交換，將鹽水冷卻到-30-20，輸送到埋設在土

11、層中的凍結管中然后回到冷凍站，經重新冷卻后再輸入凍結管，形成循環(huán)流動。冷卻鹽水在循環(huán)不息的流動過程中產生熱交換，帶走凍結管周圍土體的熱量，直至土體凍結，達到加固和穩(wěn)定土體、封閉地下水的目的使凍結管周圍的土層逐漸凍結，現(xiàn)形成凍土圓柱體，然后連成凍土帷幕，并達到設計規(guī)定的厚度和強度。鹽水凍結法的費用一般較直接凍結法便宜，常用于凍土量大、施工期較長的工程。由于成本低，形成凍結帷幕均勻易于控制，已被工程界廣泛采用。2.2凍結參數(shù)的設計凍結參數(shù)的設計包括凍結帷幕平均溫度和厚度、凍結孔布置、積極凍結期時間、鹽水溫度等。2.2.1基本凍結參數(shù)鹽水溫度：積極期：-28ºC-25ºC；維護期

12、：-22ºC-20ºC；凍結帷幕平均溫度：-8ºC；凍結孔偏斜要求在0.15以內，最大孔間距中部1.6m，邊部1.1m；凍結管選用127×4.5mm無縫鋼管。2.2.2凍結帷幕厚度對于城市地下工程凍結方案設計而言，可采用如下步驟和方法來確定凍結帷幕的計算厚度。垂直冷凍中，凍結帷幕厚度主要受地面荷載和埋深的影響，地壓是確定凍結帷幕厚度的主要考慮因素。通過計算求得凍結帷幕處最大地壓。根據地下工程埋深不同，結合現(xiàn)有施工經驗和工程類比，初選一個合適的凍結帷幕平均溫度值。通常埋深小于200m時，平均溫度選-7-8；當深度大于200m時，且深部有厚層粘土層時，通常選

13、用較低的平均溫度，常用-10的平均溫度。根據選定的平均溫度和試驗資料或有關經驗公式，求得砂土層及一些粘土層的計算強度值。凍結帷幕厚度的初步計算。一般而言，水平凍結工程凍結帷幕厚度取值更多依賴于類似工程經驗，但也可根據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度指標，用拉麥公式求出凍結帷幕的初選厚度作為參考：（2-1）式中：凍結帷幕計算厚度，cm；筒掘進荒半徑，cm計算層位的地壓，Pa系數(shù)，凍土的允許抗壓強度，一般取用瞬時單軸抗壓強度的1/2.51/5；砂土取小值時，粘土取大值 （2-2） 凍土瞬時極限抗壓強度； 安全系數(shù)當沖積層較厚，地壓值較大時，按多姆克公式計算。（2-3）式中：

14、系數(shù)，用第三強度理論時0.29，2.3；用第四強度理論時0.56，1.33平均溫度核算。凍結帷幕的平均溫度是確定凍結帷幕強度和穩(wěn)定性的基本參數(shù)之一。從工程應用出發(fā)，一般取最大地壓水平的凍結孔間距處的主、界面凍結帷幕平均溫度的平均值作為凍結帷幕設計核算的依據，可參考煤礦系統(tǒng)相應的經驗公式（如式2-4）。凍結帷幕平均溫度能否達到按中選用的平均溫度值。（2-4）式中：凍結帷幕有效厚度中的平均溫度；鹽水溫度，；凍結孔間距，m；凍結帷幕厚度，m；經驗系數(shù)，=0.250.3；計算水平的井幫溫度，,根據要求或經驗給出。上述計算是針對砂層進行的。用上述方法得到的凍結帷幕厚度和實際施工可能有一定偏差，可在施工中

15、進一步調整。2.2.3凍結孔布置凍結孔的間距和偏斜率是影響凍結孔布置圈直徑的主要因素。開孔間距直接影響凍結孔的數(shù)量，終孔間距直接影響凍結帷幕的形成時間及其平均溫度。凍結孔布置圈直徑 （2-5）式中：凍結孔布置圈直徑，m； 立井開挖直徑，m； 凍結帷幕厚度，m 鉆孔偏斜率，一般取0.3%0.5%；最大地壓層位的凍結的水平長度，m凍結孔數(shù)量： （2-6）式中：凍結孔計算個數(shù)；凍結孔布置圈直徑，m； 凍結孔開孔間距，m；立井凍結工程中，凍結孔開孔間距一般為11.3m。確定凍結孔數(shù)量后，進一步核算凍結孔開孔間距 （2-7）2.2.4積極凍結期時間積極凍結期是指冷凍站投入正式運轉后，在最大地壓水平的凍結

16、管最大間距處，凍結帷幕擴展到設計厚度和強度的時間。積極凍結期時間主要與凍結孔的間距、鹽水溫度、土層性質、凍結管直徑、地表溫度等有關。根據已有的凍土擴展速度推算凍結時間參考經驗公式如式（2-8）。（2-8）（2-9）式中：積極凍結期的推算天數(shù)，d 要求凍結圈的擴展半徑，mm； 在估算凍結時間內的凍土的平均擴展速度，mm/d； 最大地壓處的凍結孔的最大間距，m； 凍結帷幕的厚度，m。2.2.5冷凍系統(tǒng)制冷設備我國凍結施工所采用的制冷壓縮機主要有活塞式和螺桿式兩種，其中，螺桿式是回轉式壓縮機的一種，它只有旋轉運動部件，沒有往復運動部件，動平衡性好，性能穩(wěn)定，制冷量大，可持續(xù)時間長。凍結法一般采用串聯(lián)

17、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：采用二次壓縮和中站冷卻，降低了壓縮機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，從而提高了壓縮機的容積效率，消耗于壓縮機的功減少。當冷卻水溫度過高，造成冷凝壓力與蒸發(fā)壓力之比8時，壓縮機供給效率減小，制冷能力降低，采用單級壓縮制冷是不經濟的；當冷卻水溫度超過25時，單級壓縮制冷的排氣溫度高達130以上，壓縮機不能正常運轉，鹽水溫度難以下降，影響凍結。而采用串聯(lián)雙級壓縮制冷可以改善壓縮機運轉條件，提高制冷效果。當受到冷凍設備限制或凍結初期及維護凍結期要求的鹽水溫度較高時，可考慮單級壓縮機制冷，

18、但冷卻水不應超過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，鹽水的結晶點必須比用于地層凍結的極限溫度至少低5。溶液體積根據凍結管、鹽水干管、集配液圈、蒸發(fā)器的鹽水箱容積確定。 （2-10）式中：氯化鈣溶液總體積，m3； 凍結管總容積，m3； 鹽水干管、集配液圈總容積，m3； 鹽水箱總容積，m3。固體氯化鈣的需有量配制 （2-11）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%。冷卻水系統(tǒng)冷卻水的溫度和量與冷凍站的

19、正常運轉、壓縮機的制冷效率、鹽水溫度有直接關系。如果冷卻水溫度高或水量不足，導致壓縮機的排出溫度、壓力過高，使操作維護困難，制冷效率低，同時，鹽水溫度達不到設計要求，勢必延長凍結時間，凍土強度低，降低施工安全性。冷卻水的需用量 （2-12） （2-13） （2-14）式中：冷凍站總需用水量，m3/h 冷凝器需水量，m3/h 冷凍機的冷卻水套需水量，m3/h 冷凝器總熱負荷，近似計算時可取冷凍站制冷能力的1.25倍 冷凝器進、出口水的溫差，一般取35 冷凍機臺數(shù) 單臺冷凍機的冷卻水套需水量3垂直冷凍施工凍結法施工技術的主要工序：鉆孔凍結器鋪設冷凍系統(tǒng)安裝凍結制冷隧道開挖和襯砌。3.1凍結孔成孔應

20、根據施工設計規(guī)定的孔位、孔徑和孔深鉆孔。凍結孔一般布置在以豎井井筒中心為圓心的圓周上，其直徑由井筒直徑、凍結深度和凍結帷幕設計厚度等確定。鉆孔直徑應比凍結管外徑大10mm。鉆孔深度應比凍結管深度深0.5m以上。鉆孔垂直度應滿足以下要求：（1）在沖擊層中偏斜率不超過0.3%，且在最終成孔后凍結管管底間距不超過3m；（2）在分化帶及含水基巖中偏斜率不超過0.5%，且凍結管管底間距不大于5m；（3）鉆孔過程中應經常測斜，偏斜值超過規(guī)定時，應及時糾正；凍結管管底最大間距超過規(guī)定時，應進行補孔，成孔后應對不同水平面繪制偏斜平面圖。3.1.1鉆機淺埋隧道凍結孔要求鉆機尺寸小、占用空間小，并且鉆機操作要方便

21、，重量要輕，移動要靈活，扭矩和推力要盡量大。凍結施工鉆孔可采用改進后的坑道鉆機，也可采用XQ-100型地質鉆機，斜孔可采用斜孔地質鉆機成孔。3.1.2鉆頭和鉆具凍結孔鉆進一般采取跟管鉆進，一邊鉆孔一邊鋪設凍結管，即采用將凍結管兼做鉆桿的工藝方法，鉆孔完畢后，鉆桿留在鉆孔內作為凍結管，這樣可防止發(fā)生鉆孔塌孔。跟管鉆進要求鉆頭和鉆桿連接部位密封，確保在鉆進過程中鉆桿內的泥漿通暢，達到泥漿護壁的目的。待鉆孔完成后，對鉆桿進行加壓試漏，測試合格后作為凍結管使用。用作凍結管的鉆管需注意以下方面：（1）用作凍結管的無縫鋼管，壁厚應不小于4mm，管子外徑宜為127mm159mm；（2）凍結管使用前應做耐壓實

22、驗，如復用舊管，應全部通過檢查予以鑒定；如采用新管，可按比例抽查，實驗壓力7MPa，無滲漏現(xiàn)象為合格；（3）凍結管使用前應除繡；（4）凍結管管端可采用加厚的錐形絲扣管箍或焊接管箍連接；（5）凍結管底部應設有密封擋板，并焊有由鋼板卷成的底錐，制成后應進行耐壓實驗，實驗壓力也為7MPa；（6）凍結管送入凍結孔就位后，使用前應先進行檢漏試驗。實驗壓力取為全凍結管鹽水與清水柱壓力差及鹽水泵工作壓力之和的2倍，30min后如壓力下降不超過0.05MPa，再延續(xù)15min壓力可保持不變者為合格。3.1.3鉆進每孔開鉆前對鉆機進行穩(wěn)平找正，使起吊天輪與回轉通孔及孔位點三點一線，并對鉆機不帶負荷試運轉三分鐘，

23、對油路及漿液循環(huán)系統(tǒng)，進行詳細檢查是否暢通。泥漿系統(tǒng)是導向孔鉆進過程中的又一關鍵環(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，粉細砂層中采用進口易鉆膨潤土外加少量聚合物，馬氏漏斗粘度控制在40秒左右。施工中如發(fā)現(xiàn)漏漿，粘度應適當加大。泥漿泵量和泵壓均應根據鉆孔穿越的地層情況和鉆孔的偏斜情況適時進行調整，以達到控制鉆孔偏斜、泥漿護壁、防止塌孔的目的。開鉆時為確保鉆孔垂直度，探明地下是否有管線及障礙物，前5m

24、應輕壓慢轉，然后調整地層所需要的鉆壓及轉速。鉆孔一徑一次到底，鉆孔深度不能小于設計深度，也不能大于0.5m，鉆孔到底后如不漏漿停鉆沖孔3分鐘，減少孔底沉渣、保證凍結管下放深度。鉆孔完成后即時將凍結孔內灌滿清水試壓驗收，初試壓力1.0MPa，前5分鐘降壓值不大于0.05MPa，再持續(xù)25分鐘不降壓為合格。3.1.4測斜鉆孔過程中應經常測斜，偏斜值超過規(guī)定時，應及時糾正；凍結管管底最大間距超過規(guī)定時，應進行補孔，成孔后應對不同水平面繪制偏斜平面圖。開孔測斜：在完成井口管鉆進后進行的測斜，用于防止因井口管偏斜導致下部鉆孔大量偏斜、井口管深度一般為10m15m，偏斜率應控制在0.05%以內；段距測斜：

25、在鉆進過程中要經常進行的測斜，一般每鉆進10m20m測斜一次；定點測斜：在容易發(fā)生側移的鉆孔區(qū)段上進行的測斜，用于監(jiān)測地層或鉆孔直徑發(fā)生改變時鉆孔的垂直度；終孔測斜：鉆孔達到一定深度后，在插入凍結管以前，對整個鉆孔進行一次測斜，一般每10m20m測一點；目前可供采用的測斜設備有帶有定點器經緯儀的燈光測斜儀和陀螺測斜儀。3.1.5鉆孔偏斜控制鉆孔偏斜的原因很多，大致分兩類：客觀原因，即地層軟硬不均，傾角不同，地層中存在裂隙、空洞或薄弱帶。主觀原因，即操作技術不正確、導向管安裝不正、鉆孔角度設定不準確、鉆壓太大、泥漿質量不好等。鉆孔偏斜控制主要包括防偏和糾偏兩個方面。水平凍結鉆孔通過安設在孔口的導

26、向裝置和在鉆孔過程中調整鉆機位置、角度和鉆孔工藝來控制鉆孔偏斜。3.2凍結器的鋪設凍結孔成孔后就可及時安裝凍結管，凍結管可采用127×4.5mm無縫鋼管，地面制冷供液管道按單排凍結孔串聯(lián)，然后再采用并聯(lián)方式，主供液管可采用聚乙烯塑料軟管，也可采用159×5mm無縫鋼管，回液管亦采用同樣方式反向設置。制冷供液管道的安裝時須確保供液管道的密封性和隔熱性。3.3冷凍系統(tǒng)安裝3.3.1冷凍站位置的選擇在淺埋隧道凍結施工中，冷凍站設在地下或是地面均可。冷凍站設在地下，由于靠近工作面，冷量損耗低，管路和保溫工程量小，便于集中管理，而且噪音對地面環(huán)境影響小，但供電線路損耗大。相反，冷凍站

27、設在地面，如果凍結施工現(xiàn)場出現(xiàn)問題，則不便于及時采取解決的措施。3.3.2冷凍系統(tǒng)的安裝和調試冷凍系統(tǒng)安裝包括冷凍機組、鹽水與清水系統(tǒng)、供電與控制線路的安裝等，通過冷凍系統(tǒng)的整體調試，使冷凍系統(tǒng)的各種設備達到正常運轉所要求的指標。冷凍系統(tǒng)安裝過程需注意以下方面：（1）冷凍站房屋宜用防火材料建造，室內應通風良好，并有防火防毒安全設施及避雷裝置；（2）冷卻水取水井必須設在凍結井地下水流的上方，與凍結井的距離應大于抽水影響半徑，凍結過程中影響凍結的所有水井均應停止使用；（3）鹽水管路安裝完畢后應試通水；（4）地表環(huán)形冷凍溝槽（供凍結管出露用）凈高以1.82.0m為宜，底部應在地下水位以上，并有排水設

28、施溝槽頂部有保暖和防水設施；（5）低溫系統(tǒng)應隔熱防潮，正常情況下，冷量損失不得超過冷凍站工作制冷能力的20%；3.4凍結制冷凍結帷幕厚度是依據設計凍結帷幕的平均溫度來判定的，進而可指導隧道是否達到開挖條件，而凍結帷幕的平均溫度可以相鄰單圈凍結孔的單圈凍結帷幕的溫度場交圈處的溫度來反應。根據工程具體情況布置相應數(shù)量的測溫孔，在凍結管內分不同的高度，按地層巖石的分界面分別設置測溫點，測溫可采用SY-2型測溫儀和PN結半導體溫度傳感器來量測。凍結施工期間對整個凍結帷幕的溫度發(fā)展進行監(jiān)測，用以修正凍結制冷的各種施工參數(shù)。形成凍土帷幕的時期稱為積極凍結期，這一時期開始時系統(tǒng)正式啟用，冷卻鹽水開始循環(huán)流動

29、。應注意使鹽水溫度盡可能低，并晝夜不停的送入凍結管，以便在最短時間內形成厚度和強度達到規(guī)定要求的凍土帷幕。在凍結期內應加強觀測，滿足下列要求后可進行井筒試挖：（1）水文觀測孔內的水位已經有規(guī)律上升并且有水冒出來；（2）測溫孔內的溫度已經明顯下降，并且已滿足設計要求；（3）按凍結速度及平均溫度推算，地層凍結帷幕厚度和強度已經滿足設計要求；維護凍結期凍土帷幕形成后，在維護凍結期內仍需對系統(tǒng)供給冷量，使凍結帷幕厚度和強度在豎井施工期間始終滿足設計要求。3.5隧道開挖和支護凍結帷幕是否形成、能否開挖要根據測溫孔的溫度資料，去回路鹽水溫度狀況等來綜合判定。對于凍結工程而言，凍結帷幕的平均溫度達到設計溫度

30、，同時去回路鹽水溫差變化較為穩(wěn)定時，即可以開挖。同時開挖過程中，還須加強測溫孔的溫度監(jiān)測和去回路鹽水的溫度監(jiān)測，并以此來安排隧道掘進的循環(huán)進尺和掘進速度以及維護凍結期的時間。3.5.1隧道開挖凍結達到開挖條件后，即可以開始隧道內掘進施工，隧道開挖依然采用短臺階法施工，臺階長度控制在57m，開挖循環(huán)進尺1.0m，初期支護在開挖出碴完成后立即進行，開挖暴露時間控制在12小時內。巖石部分仍采用微差控制爆破開挖，與正常區(qū)間隧道開挖相比，只是調整了裝藥量和炮孔深度。 3.5.2初期支護的結構形式目前，在淺埋隧道施工中往往采用復合式支護結構。初期支護結構形式：鋼拱架+鋼筋網+噴射混凝土。厚度在200300

31、mm，混凝土標號為C20。鋼筋格柵與凍結體之間填充密實，不留空隙。在凍結段施工期間，噴混凝土宜采用濕噴混凝土施工，混凝土是在地面拌合，拌合后的混凝土成品溫度平均為40，而凍結法施工段的掌子面平均溫度為04，氣溫較低，需要解決混凝土在較高溫度下拌合，較低溫度下使用的問題，同時還需避免由于凍結低溫而產生的溫度應力引起的混凝土開裂的問題。針對這些問題，現(xiàn)場需要對混凝土的配比選擇進行對比試驗，可采取如下措施：（1） 增加水泥用量，以提高混凝土的強度保證率；（2） 摻入防凍劑，以提高混凝土的強度保證率；（3） 選用能適合較低溫度環(huán)境的速凝劑?；炷恋呐浔热缦卤硭荆罕?-1 防凍混凝土配合比水灰比配合比

32、含砂率塌落度8604速凝劑(%)FDN-KD防凍劑(%)0.41:1.75:1.6252184.02.53.6施工監(jiān)測3.6.1冷凍系統(tǒng)監(jiān)測去回路鹽水溫差監(jiān)測根據去回路的鹽水溫差，可判斷凍結體的發(fā)展情況。去回路鹽水流量監(jiān)測觀察凍結系統(tǒng)鹽水循環(huán)情況，應在去回路鹽水干管、供液管處安裝流量計。3.6.2地層溫度監(jiān)測凍結過程中應定時定人監(jiān)測測溫孔內不同位置的溫度，根據測溫結果，計算凍結峰面的發(fā)展位置，預測凍結體的擴展情況。3.6.3變形監(jiān)測為了全面掌握水平凍結過程中隧道暗挖施工的地層變化情況，應在原有施工監(jiān)測的基礎上加密測點和觀測次數(shù)，監(jiān)測項目包括地面升降以及拱頂與拱腳變位。在凍結施工區(qū)域應設置一定數(shù)

33、量的沉降觀測點，以顯示凍結期間凍脹引起的地面隆起、隧道開挖時漲沉交替，停止凍結后的融沉。此外，如果凍結工程周邊有重要建筑物，也應在建筑物附近設置沉降觀測點，并需在凍結施工前開始觀測，以確保建筑物的安全。3.7凍漲融沉的控制措施土層凍漲主要是土層中的水結冰膨脹引起，影響凍脹因素除含水量多少外，還與凍土壓力大小、凍結速度快慢、凍結溫度高低、凍土中水量補給狀況等因素相關。凍土的融沉是相對凍漲產生的，因為凍土融化后，土中水份因自重作用漸小，融土在壓力及土顆粒自重作用下，壓縮體積引起融沉。所采取的主要控制措施如下：（1） 加強凍結帷幕溫度、厚度監(jiān)測，及時調節(jié)凍結鹽水溫度和凍結時間，并盡可能采用間隔制冷措

34、施；（2） 加快鹽水降溫速度，加大鹽水流量，以利加快凍土發(fā)展進度，減少凍土的水份遷移，即減少凍漲；（3） 在隧道開挖過程中，根據揭露地層情況在軟土、粘土中預埋或預留注漿孔，在凍結壁融化時，視融沉發(fā)展情況及時跟蹤壓密注漿控制融沉；（4） 在地面和開挖隧道斷面內布設測點，跟蹤監(jiān)測地面及凍結帷幕井幫的位移情況，及時分析，及時處理，視情況可采取液氮凍結補強，卸壓或注漿等措施控制位移，以減少凍漲和融沉對工程施工和周圍環(huán)境的影響；（5） 凍結停凍后及時回收供液管和凍結管，用比重1.61.7的水泥漿充填。4勞動力組織4.1主要管理人員表4-1 主要管理人員表職 務人 數(shù)備 注項目負責人1項目總工程師1鉆孔項

35、目副經理1凍結項目副經理1專業(yè)技術工程師2可根據任務調整4.2施工勞動人員配置凍結施工時，工種及人數(shù)配置見表4-2。表4-2 主要施工人員表工 種人 數(shù)備 注打鉆工40可根據任務調整電焊工4可根據任務調整凍安工20可根據任務調整機修工2可根據任務調整電 工2可根據任務調整輔助工5可根據任務調整5機具設備配置5.1鉆孔機具設備及附屬設備的選型與配置表5-1 鉆孔設備表名 稱型號或規(guī)格數(shù) 量運行容量鉆 孔鉆 機MK-51臺30kW泥 漿 泵1臺10激光測距儀1臺5.2制冷設備的選型與配置表5-2 制冷設備表名 稱型號或規(guī)格數(shù) 量運行容量凍 結冷 凍 機 組YSLGF3001臺218 kW清 水 泵

36、IS125-100-2502臺18.5 kW鹽 水 泵200S42A2臺22 kW冷 卻 塔NDBL3-5002 臺8鹽 水 箱 5m3 1臺6質量控制要點6.1鉆孔施工的質量控制要點 定位準確，按照測量組現(xiàn)場的放樣進行施工。 保證精度，一般控制在0.3%以內。 保證設計深度。6.2凍結實施階段的質量控制要點 保證在積極凍結期內在規(guī)定的時間內達到土體的凍結。 加強監(jiān)測，判斷凍結體的發(fā)展情況，并根據監(jiān)測結構及時調整凍結參數(shù)。7安全注意事項7.1施工現(xiàn)場的安全措施 制度和實施安全生產責任制，建立健全各項規(guī)章制度，并嚴格執(zhí)行。 建立安全生產保證體系，管理有力，保障運行。 組織工程項目施工的安全教育和

37、技術培訓，特殊工種作業(yè)人員必須持證上崗，并進行開工前技術考核。 建立安全檢查制度，實行安全生產獎懲制，消除事故隱患，引導職工齊抓共管，提高其安全生產的積極性。 編制和呈報安全計劃、安全技術方案和安全措施，做到組織、制度、措施之落實。 設備使用期間要加強維修和保養(yǎng)，保證設備完好率和使用率及安全運行。 施工現(xiàn)場臨時用電要有施工組織設計和方案，健全安全用電管理制度和安全技術檔案。 加大安全投入、安全警示牌醒目，安全設備完備，滿足安全生產需要。7.2施工機械的安全措施 鉆機、泵及冷凍設備管路必須試運轉，確認機械性能和各種閥門管路完好后，方準施工。 時檢查各種機具以及機電設備的安全可靠性，發(fā)現(xiàn)隱患及時處

38、理。 檢修必須在配電處，檢修處設置檢修停用警示標志。7.3施工用電的安全技術措施 施工現(xiàn)場必須采用“三相五線制”TN-S系統(tǒng)布線，兩級漏電保護，三級配電措施。做好過電流保護、PE保護和漏電保護。 全部用電設備必須執(zhí)行“一機一閘一漏一箱”制。 電工必須持證上崗，禁止無證操作。 發(fā)現(xiàn)用電事故隱患，須及時向上級領導匯報，按“三定”（定人、定時間、定整改措施）原則，由用電專業(yè)人員整改落實。 統(tǒng)一布設線路，杜絕私拉亂接現(xiàn)象。 工作中經常巡查工地，檢查電源線路、照明、電器開關及設備運行情況，發(fā)現(xiàn)隱患立即排除。 電工進行操作時，必須切斷電源，嚴禁帶電作業(yè)，并設置警示標志。 操作高壓電氣設備主回路時，必須帶絕緣手套，穿電工絕緣靴，并站在絕緣板上。8工程實例8.1工程簡介上海市地鐵2號線