液氮凍結(jié)方案

1、目目 錄錄 1.工程工況.1 2.施工方案.1 3.施工工期.1 4.鉆孔施工.2 4.1 凍結(jié)管的布置.2 4.2 液氮孔施工.2 5.凍結(jié)施工.2 5.1 制冷設(shè)計(jì).2 5.2 凍結(jié)時(shí)間估算.3 5.3 凍結(jié)監(jiān)測(cè).3 6.安全及技術(shù)要點(diǎn).3 6.1 鉆孔施工.3 6.2 液氮凍結(jié)施工.4 6.3 后續(xù)開挖對(duì)接施工安全技術(shù)要點(diǎn).4 7 主要材料清單.5 附圖 1.6 附圖 2.6 附圖 3.7 附圖 4.7 附圖 5.8 1.1. 工程工況工程工況 鐵北 1 標(biāo)這邊頂管穿越河道 W39-40 井，因河道處不便做地勘未提供地勘報(bào)告，河床下 頂管全部是巖層，采用人工頂管?，F(xiàn)在已經(jīng)頂過(guò)河床，遇到流

2、砂，采用了對(duì)頂，現(xiàn)在兩頭管 子之間有 2 米遠(yuǎn)，水流太大，目前已經(jīng)跟河水通了。 2.2. 施工方案施工方案 采用液氮凍結(jié)加固頂管管片周邊的的土體,起到臨時(shí)止水作用,臨時(shí)凍結(jié)加固的保護(hù)下, 進(jìn)行管內(nèi)清理和對(duì)接工作。 液氮凍結(jié)加固原理詳見附圖 1。液氮由空氣分離廠用液氮槽車運(yùn)到工地，液氮從槽車經(jīng) 絕熱管路和截止閥灌入凍結(jié)管內(nèi)汽化，吸收周圍土層的熱量，氮?dú)鈴呐艢饪谂懦?，最后釋?到空氣中。 2 21 1 凍結(jié)加固范圍凍結(jié)加固范圍 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，直徑 1.5m 頂管處沿軸線方向加固 2m，徑向 3m。直徑 1.2m 頂管 處沿軸線方向加固 1m，徑向 3m。兩頂管頭部中間區(qū)全部加固，平面尺寸為長(zhǎng)

3、 2.2m，寬 3m。 凍結(jié)加固范圍如附圖 2 所示。 深度方向從地表向下直到頂管上部管壁和不透水巖石層上緣。 2 22 2 主要施工步驟主要施工步驟 第一，首先進(jìn)行場(chǎng)地平整、凍結(jié)管的加工等準(zhǔn)備工作 第二，凍結(jié)管打孔施工 第三，安裝和焊接供液管 第四，分配器安裝和管路保溫施工 第五，液氮積極凍結(jié)，使凍結(jié)帷幕達(dá)到設(shè)計(jì)厚度和設(shè)計(jì)平均溫度 第六，液氮停止凍結(jié)后清理管內(nèi)泥水和對(duì)接工作（測(cè)溫工作同步進(jìn)行） 第七，拔除凍結(jié)管，恢復(fù)場(chǎng)地 3.3. 施工工期施工工期 預(yù)計(jì)工期為 17 天，具體如下表 1 所示： 表 1 計(jì)劃工期 序號(hào)工序名稱工作天數(shù)（天） 1 場(chǎng)地平整、凍結(jié)管的加工 2 2 凍結(jié)管打孔施工

4、2 3 安裝和焊接供液管 2 4 分配器安裝和保溫施工 1 5 液氮循環(huán)凍結(jié) 5 6 清理管內(nèi)泥水和對(duì)接工作 3 7 拔除凍結(jié)管，恢復(fù)場(chǎng)地 2 總工期 17 4.4. 鉆孔施工鉆孔施工 4.14.1 凍結(jié)管的布置凍結(jié)管的布置 凍結(jié)孔梅花形布置，孔間距.m0.8m。四周橫向布置 2 排，豎向布置 2 排，中間布 置 5 排，其中靠近河水側(cè)管片上加強(qiáng)布置 2 排，另一側(cè)管片加強(qiáng)布置 1 排。冷凍孔布置如附 圖 3 所示，共計(jì) 47 個(gè)。同時(shí)設(shè)置 3 個(gè)測(cè)溫孔，T1、T2、T3。 4.24.2 液氮孔施工液氮孔施工 （1）液氮管、測(cè)溫管和供液管規(guī)格：液氮管選用 1085-6mm 無(wú)縫鋼管；供液管采用

5、 323.5mm 無(wú)縫鋼管；測(cè)溫管采用 1085-6mm 無(wú)縫鋼管。 （2）打鉆設(shè)備選型：因凍結(jié)管比較淺，打鉆選用挖機(jī)夯入。 5.5.凍結(jié)施工凍結(jié)施工 5.15.1 制冷設(shè)計(jì)制冷設(shè)計(jì) 液氮冷凍根據(jù)其效率 10cm/天的冷凍體擴(kuò)散速率，冷凍運(yùn)行 5 天后，冷凍體可完全形成。 液氮凍結(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)為溫度控制，液氮儲(chǔ)罐出口壓力控制在 0.3Mpa0. 5Mpa 為宜，凍 結(jié)管出口溫度控制在-50 -70，壓力調(diào)節(jié)可使用液氮車上的調(diào)節(jié)閥，溫度調(diào)節(jié)使用分 配器中每組去路調(diào)節(jié)閥。 將凍結(jié)管每 6 個(gè)孔串接成一組（附圖 4） 。管路用不銹鋼軟管連接，并用低溫液氮閥門 控制，所有暴露凍結(jié)管路用保溫泡沫板或棉胎保

6、溫。用容積不小于 20 方的槽車，作為凍結(jié) 期間液氮的儲(chǔ)備，以防液氮供應(yīng)出現(xiàn)中斷。 液氮需要量： 凍土體積為：長(zhǎng)寬深5.23.25=83m3。 每天每立方米凍土約需液氮 200Kg，考慮 25%損耗，為 250Kg，則需液氮量 83250=20750Kg（20.7 噸） 。 維護(hù)凍結(jié)視清理和對(duì)接施工時(shí)間而定，每方每天約 125 Kg,每天維護(hù)凍結(jié)需液氮量 83125=10375Kg（10.4 噸） 。 液氮總需求量暫定：20.7*5+10.4*3=135 噸。 5.25.2 凍結(jié)時(shí)間估算凍結(jié)時(shí)間估算 根據(jù)液氮在凍結(jié)管中單位時(shí)間的蒸發(fā)量不同，凍土的發(fā)展速度約在 15cm/h，根據(jù)南京 地鐵張府圓

7、盾構(gòu)出洞和佳木斯盾構(gòu)出洞經(jīng)驗(yàn)，取凍土的發(fā)展速度為 15cm/T。 凍結(jié)孔孔間距為 800mm，加上孔的一定偏斜，取最大孔間距為： L=800+80=880mm 距此推算凍土交圈時(shí)間為: T=880/2/150=2.9 天，取 3 天。 凍土達(dá)到設(shè)計(jì)厚度 5 天。 5.35.3 凍結(jié)監(jiān)測(cè)凍結(jié)監(jiān)測(cè) 5.3.15.3.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容監(jiān)測(cè)內(nèi)容 1. 液氮出口壓力 2. 凍結(jié)土體的體溫 3. 液氮排氣口溫度 5.3.25.3.2 監(jiān)測(cè)方法監(jiān)測(cè)方法 1.液氮出口壓力通過(guò)槽車上蒸發(fā)器調(diào)節(jié)，壓力由槽車上的壓力表直接顯示。 2.液氮排氣口溫度和凍結(jié)土體的體溫采用銅-康銅熱電偶，不用補(bǔ)償導(dǎo)線，從測(cè)點(diǎn)到二 次儀表全部

8、采用銅康銅線。線徑 0.5mm。 3.測(cè)溫控內(nèi)測(cè)點(diǎn)的布置：垂直測(cè)溫孔在凍結(jié)區(qū)域按每 2m 一個(gè)測(cè)點(diǎn)，也可按需要適當(dāng)調(diào) 整。三個(gè)測(cè)溫孔 T1、T2、T3 的深度及測(cè)點(diǎn)布置見附圖 5 6.6.安全及技術(shù)要點(diǎn)安全及技術(shù)要點(diǎn) 6.16.1 鉆孔施工鉆孔施工 （1）液氮孔的施工應(yīng)滿足施工組織設(shè)計(jì)要求； （2）液氮孔的深度以到達(dá)管片頂部或下部風(fēng)化巖上表面為準(zhǔn)； （3）供液管應(yīng)下設(shè)到距離液氮孔底部 15cm，保證凍結(jié)深度和液氮流通暢通； （4）液氮管焊縫要經(jīng)過(guò)驗(yàn)收后才能進(jìn)行液氮管的下方； （5）不銹鋼焊條要用專業(yè)的保溫筒進(jìn)行烘烤，使其干燥性，保證焊接的質(zhì)量。 6.26.2 液氮凍結(jié)施工液氮凍結(jié)施工 (1).

9、 凍結(jié)系統(tǒng)管路首次充入液氮時(shí)，要使液氮以氣體形式進(jìn)入凍結(jié)系統(tǒng)管路，維持 34 小時(shí)的預(yù)冷時(shí)間，以避免各道焊縫因急冷造成脆裂滲漏，如果滲漏嚴(yán)重要及時(shí)停氮補(bǔ)焊處理， 防止施工場(chǎng)地液氮濃度過(guò)高，造成人身傷害。 (2). 液氮凍結(jié)需要檢查各回路溫度，調(diào)節(jié)閥門使各回路溫度相近，保證各個(gè)液氮孔凍結(jié) 發(fā)展速度均勻，厚度和強(qiáng)度均勻。但也要根據(jù)凍結(jié)需要進(jìn)行重點(diǎn)凍結(jié)。 (3). 液氮正常凍結(jié)后每天對(duì)測(cè)溫孔溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，判斷凍結(jié)帷幕發(fā)展速度。 (4). 因液氮溫度極低，所以值班人員在調(diào)節(jié)液氮閥門時(shí)要帶保溫棉手套，以免凍傷人手。 (5). 液氮車出口壓力控制由液氮車司機(jī)控制，液氮出口壓力保持在 0.30.5MPa。

10、(6). 為保證液氮供液凍結(jié)的持續(xù)進(jìn)行，每次要提前通知下一車提前到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)。 (7). 一旦液氮凍結(jié)開始后，要避免出現(xiàn)液氮中斷及停凍現(xiàn)象產(chǎn)生（換車情況除外） 。 6.36.3 后續(xù)開挖對(duì)接施工安全技術(shù)要點(diǎn)后續(xù)開挖對(duì)接施工安全技術(shù)要點(diǎn) (1) . 為保證開挖時(shí)絕對(duì)不存在液氮傷人事故，我們的原則是：在人員進(jìn)入清理和開挖 時(shí)，液氮提前 2 小時(shí)停止凍結(jié)，使其管路中無(wú)液氮存在； (2). 在人員進(jìn)入管道及開挖過(guò)程中加強(qiáng)工作面的通風(fēng)，保證隧道內(nèi)空氣新鮮，且通風(fēng)不 能中斷，要持續(xù)進(jìn)行，直至開挖結(jié)束； (3). 在開挖時(shí)不能用水沖洗凍土，以防凍結(jié)壁升溫； (4). 在液氮停凍開挖過(guò)程中，加強(qiáng)地面測(cè)溫孔溫度的監(jiān)

11、測(cè)； (5). 在開挖和對(duì)接過(guò)程中為保證隧道內(nèi)和地面上通訊的暢通，隧道內(nèi)和地面應(yīng)安排專人 值班，并配備對(duì)講機(jī)； (6). 在開挖和對(duì)接過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)備置一些應(yīng)急沙袋，以防出現(xiàn)冒水和冒沙出現(xiàn)。當(dāng)冒水 和冒沙較小時(shí)可用沙袋封堵，如水沙太大，則立即撤出所有施工人員，并同時(shí)通知地面值 班人員，以保證現(xiàn)場(chǎng)施工人員的生命安全。 7 7 主要材料清單主要材料清單 液氮凍結(jié)加固主要材料匯總液氮凍結(jié)加固主要材料匯總 序號(hào)材料名稱規(guī)格單位數(shù)量備注 1無(wú)縫鋼管1085m330 2無(wú)縫鋼管323.5m440 3不銹鋼管1275m6不銹鋼，液氮分配器 4 焊管 1 1 2 根200 搭腳手架 5棉胎床25 6塑料薄膜05mmKg15 7不銹鋼焊條3.2Kg5 8棉手套副10 9液氮低溫截止閥DN32個(gè)9 10液氮低溫截止閥DN40個(gè)2 11不銹鋼軟管32m40 12不銹鋼軟管40根1長(zhǎng)度 5 米 13液氮噸335 14電焊機(jī)臺(tái)2 15測(cè)溫儀臺(tái)1 16測(cè)溫線卷11000 米/卷 附圖附圖 1 1 附圖附圖 2 2 附圖附圖 3 3 T1 T2 T3 附圖附圖 4 4 B1 附圖附