凍結(jié)相關(guān)設(shè)計(jì)

盾構(gòu)與掘進(jìn)機(jī)施工——凍結(jié)設(shè)計(jì)盾構(gòu)教研室THESHIELD＆TBMCONSTRUCTIONTECHINQUE1凍結(jié)壁設(shè)計(jì)2凍結(jié)孔設(shè)計(jì)3初襯設(shè)計(jì)目錄4預(yù)應(yīng)力支架設(shè)計(jì)5防護(hù)門設(shè)計(jì)6保溫設(shè)計(jì)7

冷凍站設(shè)計(jì)地層凍結(jié)設(shè)計(jì)應(yīng)包括以下內(nèi)容：1凍結(jié)壁結(jié)構(gòu)方案比較與選擇；2凍結(jié)壁的承載力和變形驗(yàn)算（I類凍結(jié)壁除外）；3凍結(jié)孔布置設(shè)計(jì)；4凍結(jié)壁形成驗(yàn)算；5凍結(jié)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)；6對(duì)凍結(jié)壁的監(jiān)測與保護(hù)要求；7可能對(duì)周圍環(huán)境和建（構(gòu)）筑物產(chǎn)生影響的分析；8對(duì)周圍環(huán)境和建（構(gòu)）筑物的影響監(jiān)測與保護(hù)要求。

前四項(xiàng)為設(shè)計(jì)人員確定，在設(shè)計(jì)圖紙中給與明確，后四項(xiàng)由施工單位自行計(jì)算確定，并編制專項(xiàng)施工方案，經(jīng)專家論證后報(bào)監(jiān)理單位、建設(shè)單位審批。凍結(jié)壁frozensoilwall用凍結(jié)技術(shù)在構(gòu)筑物周圍地層所形成的具有一定厚度和強(qiáng)度的連續(xù)凍結(jié)巖土體。又稱凍土帷幕或凍土墻。凍結(jié)壁由兩兩相交的凍土圓柱組成，相鄰凍土圓柱的交界面稱凍結(jié)壁界面。凍結(jié)壁功能分類表類別功能與要求說明I僅用于止水而無承載要求如巖石裂隙和混凝土界面縫隙止水II僅用于承載而無止水要求如不透水粘性土層的加固III既要求承載又要求止水如含水砂土層的加固與止水凍結(jié)壁設(shè)計(jì)一單圓隧道聯(lián)絡(luò)通道（有泵房）結(jié)構(gòu)型式單圓隧道聯(lián)絡(luò)通道（無泵房）結(jié)構(gòu)型式雙圓隧道泵房結(jié)構(gòu)型式

聯(lián)絡(luò)通道contactpassage

隧道之間設(shè)置的橫向逃生通道。通道及泵站因其緊急疏散和匯集、排放區(qū)間積水的雙重功能而被相輔應(yīng)用。

設(shè)計(jì)原則：（1）凍結(jié)壁作為臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，能承受地下荷載、地面荷載的作用，保護(hù)結(jié)構(gòu)施工期間的作業(yè)安全。（2）凍結(jié)壁的幾何形狀宜與擬建地下結(jié)構(gòu)的輪廓接近，并易于凍結(jié)孔布置，凍結(jié)壁作為封水結(jié)構(gòu)應(yīng)能抵抗地下水的作用并保證開挖結(jié)構(gòu)外形成一個(gè)封閉的隔水帷幕。凍結(jié)壁結(jié)構(gòu)形式在含水砂性土層中應(yīng)采用封閉的凍結(jié)壁結(jié)構(gòu)形式；聯(lián)絡(luò)通道部分可采用直墻圓拱凍結(jié)壁，集水井、側(cè)向泵站可采用滿堂加固或采用“V”字形凍結(jié)壁凍結(jié)加固；凍結(jié)壁平均溫度設(shè)計(jì)參考值開挖深度Hj

（m）<1212～30>30凍結(jié)壁平均溫度Tp

（℃）－6～－8－8～－10≤－10凍結(jié)壁與隧道管片交界面平均溫度不應(yīng)高于－5℃。最低鹽水溫度設(shè)計(jì)參考值凍結(jié)壁平均溫度Tp°C－6～－8－8～－10≤－10最低鹽水溫度Ty°C－25～－26－26～－28－28～－30凍結(jié)壁設(shè)計(jì)一凍結(jié)壁形成期periodoffrozensoilwallformation從地層凍結(jié)開始至凍結(jié)壁達(dá)到設(shè)計(jì)要求所需的時(shí)間。也稱積極凍結(jié)期。凍結(jié)壁維護(hù)期maitainableperiodoffrozensoilwall凍結(jié)壁達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，為了保證構(gòu)筑物施工過程中的安全，繼續(xù)向凍結(jié)器輸送冷量，以維持凍結(jié)壁滿足設(shè)計(jì)要求的一段時(shí)間。也稱維護(hù)凍結(jié)期。凍結(jié)壁設(shè)計(jì)一開挖時(shí)，去、回路鹽水溫差不宜高于2℃；在保證凍結(jié)壁平均溫度和厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求且實(shí)測判定凍結(jié)壁安全的情況下，可適當(dāng)提高鹽水溫度，但不宜高于-25℃。積極凍結(jié)7d后鹽水溫度宜降至-18℃以下，積極凍結(jié)15d后鹽水溫度應(yīng)降至-24℃以下，開挖構(gòu)筑時(shí)鹽水溫度應(yīng)降至設(shè)計(jì)最低鹽水溫度以下。施工初期支護(hù)后凍結(jié)鹽水溫度不宜高于-25℃，并確保凍結(jié)壁與隧道管片的交界面不化凍。

聯(lián)絡(luò)通道與管片交界處的凍結(jié)壁設(shè)計(jì)厚度不應(yīng)小于1.0m，且平均溫度不高于-5℃，其他部位的凍結(jié)壁設(shè)計(jì)厚度不應(yīng)小于1.4m。凍結(jié)壁形成預(yù)計(jì)應(yīng)符合下列要求：

1凍結(jié)壁有效厚度可按下式計(jì)算：

式中：Eyj——設(shè)計(jì)凍結(jié)壁有效厚度，mm；

vdp——凍結(jié)壁單側(cè)平均擴(kuò)展速度,mm/d；

Eqr——凍土侵入開挖面以內(nèi)厚度,mm；t——凍結(jié)時(shí)間,d。凍結(jié)壁設(shè)計(jì)一單排孔凍結(jié)壁（或凍土圓柱）單側(cè)擴(kuò)展速度設(shè)計(jì)參考值凍結(jié)時(shí)間t（d）0～2021～3031～4041～5051～60粘土凍結(jié)壁單側(cè)平均擴(kuò)展速度vdp（mm/d）34～2828～2424～2222～2020～18沙土凍結(jié)壁單側(cè)平均擴(kuò)展速度vdp（mm/d）50～4040～3535～3030～2828～25

凍結(jié)壁交圈時(shí)間可按下式估算：

式中：tjq

——預(yù)計(jì)凍結(jié)壁交圈時(shí)間,d；

Smax——凍結(jié)孔成孔控制間距,m；

vdp

——凍結(jié)壁單側(cè)平均擴(kuò)展速度,m/d。2.1凍結(jié)孔布置原則凍結(jié)孔設(shè)計(jì)二凍結(jié)孔孔位凍結(jié)孔開孔間距成孔間距凍結(jié)孔布置參數(shù)凍結(jié)孔深度凍結(jié)孔偏斜精度要求（1）對(duì)于線間距小于20m的聯(lián)絡(luò)通道，可采用從一側(cè)布置凍結(jié)孔；對(duì)于線間距大于20m的聯(lián)絡(luò)通道，宜采用從隧道兩側(cè)布置凍結(jié)孔。（2）

當(dāng)單排凍結(jié)孔不能滿足凍結(jié)壁設(shè)計(jì)要求時(shí)，可布置多排凍結(jié)孔。2.1凍結(jié)孔布置原則凍結(jié)孔設(shè)計(jì)二（3）凍結(jié)孔布置設(shè)計(jì)時(shí)宜布置不少于2個(gè)的透孔，（特殊情況可不打透孔，但通道兩側(cè)預(yù)留門洞要進(jìn)行閉合導(dǎo)線測量）用于驗(yàn)證隧道管片預(yù)留門洞位置、線間距長度和對(duì)側(cè)凍結(jié)管與冷凍排管供冷。2.1凍結(jié)孔布置原則凍結(jié)孔設(shè)計(jì)二

（2）凍結(jié)孔最大允許偏斜值即凍結(jié)孔成孔軌跡與設(shè)計(jì)軌跡之間的距離。凍結(jié)孔偏斜精度應(yīng)符合下表規(guī)定。2.2凍結(jié)孔偏斜凍結(jié)孔類型水平或傾斜凍結(jié)孔豎直凍結(jié)孔凍結(jié)孔深度H(m)≤1010～3030～60≤4040～100凍結(jié)孔最大偏斜（mm）150150～350350～600150～250250～400凍結(jié)孔偏斜精度要求表（3）凍結(jié)孔最大允許成孔間距指設(shè)計(jì)凍結(jié)壁厚度范圍內(nèi)凍結(jié)孔終孔位置和相鄰凍結(jié)孔的垂直距離。集水井位置開挖時(shí)凍結(jié)時(shí)間比通道正常段長10天左右，凍結(jié)孔深度小于10m時(shí)允許終孔間距為1400mm。單排凍結(jié)孔成孔控制間距應(yīng)符合下表規(guī)定。單排凍結(jié)孔成孔間距設(shè)計(jì)值多排凍結(jié)孔密集布置時(shí)，內(nèi)部凍結(jié)孔成孔的控制間距可取邊孔的1.2倍。凍結(jié)孔類型水平或傾斜凍結(jié)孔豎直凍結(jié)孔凍結(jié)孔深度H(m)≤1010～3030～60≤4040～100最大允許終孔間距（mm）1100～13001300～16001600～20001200～14001400～1800

初期支護(hù)可采用鋼筋格柵、鋼筋網(wǎng)和噴射混凝土層組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)形式，也可采用由噴射混凝土，型鋼支架、木背板和砂漿充填層組成的結(jié)構(gòu)形式。初襯設(shè)計(jì)三1）預(yù)應(yīng)力支架可采用多邊形支撐或環(huán)形支撐。2）在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無明確規(guī)定時(shí)，預(yù)應(yīng)力支架的設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列要求：

（1）

隧道內(nèi)每個(gè)聯(lián)絡(luò)通道預(yù)留口應(yīng)設(shè)2榀預(yù)應(yīng)力支架，應(yīng)分別安裝在洞口兩側(cè)附近。

（2）

每榀預(yù)應(yīng)力支架應(yīng)設(shè)不少于7個(gè)支撐點(diǎn)均勻地支撐隧道管片上，支撐點(diǎn)與管片之間宜設(shè)置不小于16mm厚的鋼墊板。每個(gè)支撐點(diǎn)提供的支撐力不應(yīng)小于500kN。預(yù)應(yīng)力支架設(shè)計(jì)四防護(hù)門設(shè)計(jì)五防護(hù)門由門框、門及門閂組成，宜安裝在通道預(yù)留洞口隧道鋼管片上。防護(hù)門開關(guān)應(yīng)便于人工操作。防護(hù)門應(yīng)能靈活開關(guān)，關(guān)閉后應(yīng)能承受安裝位置的地下水壓，有效阻止旁通道內(nèi)水、土流出，開啟后不得影響正常的開挖和結(jié)構(gòu)施工。（1）在凍結(jié)壁附近隧道管片內(nèi)側(cè)應(yīng)敷設(shè)保溫層，保溫層應(yīng)與管片表面密貼，粘結(jié)牢固。保溫層敷設(shè)范圍不得小于設(shè)計(jì)凍結(jié)壁邊界外1m。（2）隧道管片保溫層應(yīng)采用導(dǎo)熱系數(shù)和吸水率小，阻燃性好的保溫材料。導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)不大于0.04W/mh，吸水率不應(yīng)大于2%?？刹捎镁郯滨?、橡塑、聚苯乙烯和聚乙烯軟質(zhì)泡沫等保溫材料。保溫層厚度應(yīng)不小于30mm。采用保溫板時(shí)，應(yīng)采用專用膠水將保溫板密貼在隧道管片上，板材之間不得有縫隙。保溫設(shè)計(jì)六（3）在凍結(jié)孔未穿透管片一側(cè)的隧道管片表面敷設(shè)冷凍排管用于凍結(jié)壁補(bǔ)強(qiáng)和保溫。冷凍排管的敷設(shè)范圍不應(yīng)小于凍結(jié)壁設(shè)計(jì)厚度。冷凍排管的冷量一般由冷凍站低溫鹽水供應(yīng)，冷凍排管的內(nèi)徑不應(yīng)小于30mm，管間距不應(yīng)大于500mm。冷凍排管與管片應(yīng)密貼。保溫設(shè)計(jì)六冷凍站設(shè)計(jì)七凍結(jié)站設(shè)在旁通道附近隧道內(nèi)，站內(nèi)設(shè)備主要包括冷凍機(jī)組、配電柜、鹽水箱、鹽水泵、冷卻水泵、冷卻塔及冷卻水池等。凍結(jié)站安裝包括氟系統(tǒng)、鹽水系統(tǒng)及冷卻水系統(tǒng)安裝，要求根據(jù)凍結(jié)站的總體設(shè)計(jì)，按照先設(shè)備后管路的安裝程序和施工圖的技術(shù)要求，將三大循環(huán)系統(tǒng)分別進(jìn)行安裝，并按《井巷工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》要求試壓、檢查驗(yàn)收。地層凍結(jié)鹽水應(yīng)符合下列規(guī)定