冷冻法施工方案

苏州市轨道交通一号线I-TS-05标滨河路站三元村站区间联络通道兼泵站冻结法施工组织设计江苏建基建设有限公司（专业分包单位）中铁十三局集团有限公司苏州I-TS-05标项目经理部（总包单位）二一年十月7目 录目 录1 编制依据12 工程概况12.1 工程位置12.2 工程范围和工程结构12.3 工程地质和水文地质23 总体方案简介34 冻结加固设计44.1 施工方案设计的基本原则54.2 方案设计技术要点54.3 冻结帷幕设计64.4 冻结孔布置及制冷设计84.5 冻结施工技术要点95 冻结施工105.1 施工程序105.2 施工准备105.3 冻结孔施工115.4 冷冻站安装135.5 积极冻结与维护冻结136 开挖与构筑施工方案166.1 开挖顺序166.2 支护方式177 开挖与构筑施工187.1 施工准备187.2 施工措施197.3 施工平面布置217.4 开挖及支护质量要求218 地层跟踪注浆及其它218.1 融沉控制228.2 防腐、钻孔补强等收尾工作239 施工进度及配套计划239.1 施工进度计划239.2 劳动力配备计划249.3 设备与材料供应计划2410 工程监测2610.1 监测内容2610.2 监控量测2710.3 冻土帷幕监测3011 临时用电组织设计3111.1 冻结工程用电及电压等级3111.2 供电线路安排3111.3 安全用电措施3211.4 施工现场临时用电安全常识3311.5 规范标准3312 环境保护措施3313 质量和安全保证措施3413.1 质量保证体系3413.2 施工安全保障措施3613.3 确保施工质量及安全的主要技术措施3713.4 开挖构筑安全质量技术措施3814 文明施工保证措施3915 预防及应急预案3916 附件451 编制依据1、滨河路站三元村站区间隧道平纵断面图（2008.10版）（中铁第四勘察设计院集团有限公司）2苏州地铁一号线滨河路站三元村站区间联络通道及泵房设计图；3苏州地铁一号线滨河路站三元村站区间土建工程工程沿线建（构）筑物调查报告；4苏州轨道交通一号线滨河路站三元村站区间岩土工程详细勘察报告（2008.6）（江苏苏州地质工程勘察院）5矿山井巷工程施工及验收规范GBJ213-90；6煤矿井巷工程质量检验评定标准MT5009-94；7国家有关现行规范及苏州地铁公司的相关标准及要求。2 工程概况2.1 工程位置为了满足区间紧急疏散及排水的要求滨河路站三元村站区间设一个联络通道兼泵站。该联络通道兼泵站中心里程为左DK7+633.090（右DK7+633.086），线间距为13.102m，联络通道净宽设计为2.5 m，净高2.75 m，联络通道处隧道中心标高-15.773m。地面标高为2.26m。隧道中心埋深18.033 m。2.2 工程范围和工程结构联络通道（兼泵站）包括：连接两条盾构隧道的一条通道、通道下集水井；连接隧道和集水池的一条集水管；联络通道长约6.902m，通道两端开口部分为1.6m2.1m的矩形洞门，中间部分断面为半圆拱直墙形式：直墙结构宽2.5m，高为1.5m，拱形部分高1.25m，宽2.5米，通道设防火门两道；通道下面的泵站净空断面为4.0m2.5m3.4m（长宽高）。通道的开挖尺寸：6.902m（长）3.8m（宽）5.08m（高）；集水井开挖尺寸：5.3m（长）3.8 m（宽） 4.12m（深）。衬砌采用二次衬砌方式，所有临时支护层厚度均为250mm；通道墙、拱和集水井的结构层为400mm厚的现浇钢筋混凝土，喇叭口附近顶部和底部的结构层分别为1050mm、1330mm厚的现浇钢筋混凝土；支护层和结构层之间安装防水层。其结构图如下。 联络通道结构图2.3 工程地质和水文地质2.3.1 工程地质根据滨河路站三元村站区间地质勘察资料，勘察区域为广阔的冲湖积平原，水系发育，地势平坦，系典型的水网化平原。本区间无不良地质作用，联络通道处的土层自上而下依次为：素填土，-1粘土、-2粉质粘土，-1粉土，-2粉砂、粉质粘土层。根据判别，该场地内20m以内-1粉土，-2粉砂不存在液化趋势。所处地层主要为-2粉砂及粉质粘土。根据距联络通道兼泵站位置较近的地勘地质钻孔C1310的资料并参考附近的地勘孔的地质情况，对该通道地质及水文地质条件描述如下（见表2-1）：表2-1 1#联络通道兼泵站地质柱状图时代成因土层名称层底深度（m）层底标高（m）分层厚度（m）土层描述素填土1.50.761.51粘土5.1-2.843.6黄褐色褐黄色,硬塑为主,均质致密2粉质粘土6.5-4.241.4灰黄色,可塑为主,干强度、韧性中等1粉土10.5-8.24.4.0灰色，松散稍密很湿，干强度、韧性低2粉砂17.1-14.846.6灰色，中密密实，饱和，成分均匀，以长石、石英为主，云母次之粉质粘土27.6-25.3410.5灰色，软塑,局部流塑,为主局闻流塑，干强度、韧性中等。联络通道柱状图如下：联络通道兼泵柱状图2.3.2 水文地质根据钻探揭示的地层结构，工程区域内地下水主要为潜水、微承压水。潜水含水层主要由粘性土夹碎石和建筑垃圾组成，最低潜水位标高0.21m；微承压水含水层主要为-1粉土，-2粉砂层，其中-1粉土，-2粉砂层为良好赋水和透水层，勘测其间实测微承压水头进埋深在2.4 m左右，微承压水头相应标高在1.17 m左右。在含水层以上为粘性土层，为相对隔水层。场地内地下水对砼及砼结构中钢筋无腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。3 总体方案简介本工程联络通道根据设计采用冻结法加固土层，即用人工制冷方法使联络通道外围的土层降温冻结，形成一个封闭的冻土维护结构，然后在冻土维护结构中进行联络通道和泵站的掘砌施工；根据工程地质条件及施工条件，确定采用“隧道内钻孔，冻结临时加固土体，矿山法暗挖构筑”的施工方案，即：在隧道内利用水平孔和倾斜孔冻结加固地层，使联络通道及集水井外围土体冻结，形成强度高，封闭性好的冻土帷幕，然后根据“新奥法”的基本原理，在冻土中采用矿山法进行联络通道及泵站的开挖构筑施工，地层冻结和开挖构筑施工均在区间隧道内进行，其施工工艺见图3-1（联络通道冻结法施工工艺流程图）。施工前的准备工作（进场、加工件组织）图3-1 联络通道冻结法施工工艺流程图注 浆冻 结 系 统 部 分 安 装钻孔定位钻 孔冻结管安装冻结管打压下冻结器冻结系统调试积极冻结钢管片焊接、冻结测温监测、预应力支架安装试 挖工 程 监 测维 护 冻 结联络通道开挖、临时支护联络通道防水施工联络通道永久结构施工泵站开挖、临时支护泵站防水施工泵站永久结构施工竣工验收注 浆冻结孔施工和联络通道临时支护施工为本工程的关键工序。冻结检测和温度，土体变形，压力监测及联络通道永久支护施工为特殊工序。4 冻结加固设计4.1 施工方案设计的基本原则1 水平冻结帷幕技术性能必须满足旁通道施工的安全和质量要求。2 水平冻结方案应符合现场实际条件的施工可行性和良好的可操作性。3 施工方案应在工程要求工期的条件下具备优化能力。4 施工方案措施必须满足城市环保及节能要求。5 减少冻胀与融沉的危害。4.2 方案设计技术要点由于该旁通道所处地层主要为-2粉砂及粉质粘土层，施工时有可能发生泥、水突出和地层沉降。在施工中必须采取切实可靠的技术措施，以确保旁通道施工的安全并保证施工工期。提出以下技术要点：1 由于混凝土和钢管片相对于土层要容易散热得多，会影响隧道管片附近土层的冻结速度，从而影响冻土帷幕的整体稳定性和封水性。特别是要保证旁通道喇叭口部位冻土帷幕的厚度和强度及与管片的完全胶结，在冻结孔施工端喇叭口部位布置两排孔加强冻结，在对侧隧道布置冷冻板。所有的钢管片的格栅要用砼充填密实，同时管片外面采用PEF板隔热保温，以减少冷量损失，在冻土墙与管片胶结处放置测温点，以加强对冻土墙与管片胶结状况的检测。2 用金刚石取芯钻开孔，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。如发现有严重漏水冒泥现象，先进行水泥水玻璃双液壁后注浆，以提高孔口附近地层稳定性，然后再钻进冻结孔。每个钻孔都设有孔口管，并安装钻孔密封装置，以防钻进时大量出泥、出水。3 针对施工冻结孔时容易产生涌水现象，采用强力水平钻机，尽量实现无泥浆钻进。如发现钻孔泥水流失，及时进行补浆。4 加强冻结过程检测。在冻土帷幕内布置测温孔，以便正确判断冻土帷幕是否交圈和测定冻土帷幕厚度。对侧隧道管片附近土层的冻结情况将成为控制整个旁通道冻土帷幕安全的关键，为此，在对侧隧道管片上沿冻土帷幕四周布置测温孔，以全面监测冻土帷幕的形成过程。5 在旁通道两端布设泄压孔，以减小土层冻胀对隧道的影响。该孔可作为冻结帷幕压力变化的观测孔，同时利用管片上的注浆孔来卸压。6 旁通道开挖时在隧道内设预应力支架，以防打开预留钢管片时隧道变形和破坏。施工完旁通道临时支护层后再打开对侧隧道旁通道的预留钢管片。在旁通道衬砌中预埋压浆管，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。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，立即用钢支架加木背板支撑，调整开挖构筑工艺，并同时加强冻结。8 为了进一步提高旁通道掘砌施工的安全性，特采取以下措施：选用可靠的冻结施工机械；准备足够的备用设备；加强停冻时的冻土帷幕监测；尽快施工衬砌，必要时用堆土法密闭开挖工作面。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。在冻土帷幕关键部位，多布置测温孔，监测冻土帷幕的形成过程和形成状况。4.3 冻结帷幕设计根据现场施工条件，为了通道开挖时的安全，我们采用在两条隧道分别钻孔的方案，即在另一条隧道底部打一排孔，将联络通道封闭，这样开挖时就挖不到冻结管，确保了冻土的强度和安全，另挖土时，减少了冻土的挖掘量。根据通道结构和水文地质资料，设计联络通道的冻土强度以冻土平均温度为-10时的粉质粘土强度为准，根据建井工程手册 第四册提供的参数，冻土平均温度为-10时的粉质粘土压=3.6Mpa, 拉=2.1Mpa,剪=1.6Mpa。 4.3.1 冻结帷幕厚度的验算图4-1 联络通道计算简图4.3.2 断面、荷载及冻土厚度根据地质资料，联络通道中心埋深约18.033m，进行冻结帷幕验算。通道垂直土压力（P）和侧向上、下荷载（Ps、Px），按下式计算：注：由于冻胀，土体向上膨胀，上部土体产生被动土压力，上、下垂直土压力应相等。，如图4-1。P=H=(Ho+Hx)+20 =326(kPa)Pcs=Ps=(Ho-Hs)=202(kPa)Pcx=Px=(Ho-Hs+h)=263(kPa)式中：土的容重，约为18kN/（地面超载20 kN /m2）；H、Ho计算点的土的埋深；Hx、Hs联络通道下部、上部冻结管到联络通道中心线的距离；侧压力系数，取0.7；h开挖净高+冻土厚度；设计冻土帷幕厚度为1.8m，通道开挖轮廓高5.1m，宽3.8m，计算该结构内部的弯矩和轴力，进而求得截面内的压应力、拉应力和剪应力。4.3.3 各截面的弯矩及轴力联络通道中部冻土结构的弯矩及轴力列于下表4-1、并示于图4-2中。表4-1 联络通道（兼泵站）中部冻土结构的弯矩及轴力截面1 2 3 4 5弯矩M (KN.m)876-741-137-747870轴力N (KN)397109710971097439 图4-2 联络通道冻土结构弯矩及轴力图4.3.4 强度校验、安全系数校验表4-2 通道中部冻土结构各截面安全系数截面12345应力类型压压拉剪压压拉剪压应力值MPa1.511.660.810.450.341.670.780.451.52安全系数k2.42.22.63.52.12.73.52.4从表4-2数据可见，各截面的压应力最小的安全系数K =2.1，拉应力安全系数K=2.3,， 剪应力安全系数K=3.5；安全；根据设计，联络通道道冻结壁有效厚度选取1.8m，满足全断面开挖施工要求。4.4 冻结孔布置及制冷设计4.4.1 联络通道冻结孔设计根据冻结帷幕设计及旁通道的结构，冻结孔按上仰、近水平、下俯三种角度布置。通道兼泵站冻结孔数72个（左线隧道59个包括4个穿孔，右线隧道13个）。其中四个对穿孔，为对面冷板和冻结孔供冷。冻结孔的布置详见附图冻结孔施工平面图及附图冻结管布置剖面图，并根据钻机情况、管片配筋情况和旁通道拟开管片的实际位置，对钻孔孔位作少量调整。开孔间距为0.4 m 0.8 m设计测温孔7个（左线设一个通透孔），左线2个,右线布置5个；泄压孔4个，每侧隧道各布置2个。冻结孔的布置详见附图1、2。4.4.2 制冷设计1、联络通道冻结参数确定（1）设计盐水温度为-28-30。（2）冻结孔单孔流量不小于5m3/h。（3）冻结孔终孔间距通道处按Lmax900mm集水井按Lmax1000mm设计，冻土发展速度取28mm/d，冻结帷幕交圈时间为19天，达到设计厚度时间为45天。（4）积极冻结达到开挖时间为45天，维护冻结时间为30 天。4.4.3 需冷量和冷冻机选型冻结需冷量由下式计算：Q=1.3.d.H.K式中:H冻结总长度；（包括100m冷板）697m, d冻结管直径；0.089 mK冻结管散热系数；250 Kcal/h将上述参数代入公式得：Q= 1.3.d.H.K =63305Kcal/h根据需冷量设计联络通道选用YSLGF300型螺杆机组1台套，设计单台机组工况制冷量为87500 Kcal/h，单台电机功率110KW。另设计单个通道冻结站各备用一台套螺杆机组。4.4.4 冻结系统辅助设备1、单个冻结站配盐水循环泵选用IS150-125200型2台，其中各备用一台，单台流量200m3/h，电机功率45KW。2、单个冻结站冷却水循环泵选用IS125-125200C型2台，其中各备用一台，单台流量120m3/h，电机功率30KW。3、单个冻结站冷却塔选用KST-80RT型2台，补充新鲜水80m3/h。4.4.5 管路选择1、冻结管选用898mm， 20#低碳无缝钢管,丝扣连接,单根长度12m。2、测温孔管选用603mm,20#低碳无缝钢管。3、供液管选用钢管，采用焊接连接。4、盐水干管和集配液圈选用1596mm无缝钢管。5、冷却水管选用1274.5mm供水钢管。4.4.6 用电负荷：联络通道设计用电负荷约为250kw/h；4.4.7 其它1、冷冻机油选用N46冷冻机油。2、制冷剂选用氟立昂R-22。 3、冷媒剂选用氯化钙溶液。4.5 冻结施工技术要点在该地层冻结工程中，由于其特殊施工条件与要求，需采取特别工艺与技术措施，以控制冻结孔钻进，地层冻胀和融沉等对隧道的影响，根据国内外最新研究成果和施工经验，提出以下冻结施工技术措施:1 、在已贯通的隧道钻冻结孔，根据联络通道的结构采用上仰、近水平和下俯三种成孔角度。2 、由于冻土抗拉强度低，因此除设计中尽量降低冻土帷幕所承受的拉应力外，主要做好冻结和开挖的配合工作，要求及时封闭薄弱的冻结壁，并根据开挖后冻结帷幕变形情况及时调整开挖构筑工艺。3 、为减小土层冻胀，隧道上下对称布置冻结孔，在适当部位设卸压孔，并采用小开孔距，较低盐水温度，较大盐水流量以加快冻结速度。4 、在冻土帷幕关键部位，多布置测温孔，监测冻土帷幕的形成过程和形成状况。5 、为解决冻结设备噪音扰民问题，节省地面空间，冷冻站设置在隧道内。6 、加强对冻结地层温度、地层沉降的监测，信息反馈指导联络通道的施工。5 冻结施工5.1 施工程序图5-1 冻结施工程序图5.2 施工准备联络通道兼泵站在冻结孔施工的同时或之前要进行地面排水孔的施工。该孔的施工采用垂直钻机进行施工，下2506mm的钢管。在正式施工前，还应做好如下准备工作：1 、加工件工期较长，应在开工前进行准备。具体加工件见表5-1。2 、用”钢管在施工出入端头井内塔建脚手架，作为连接隧道与地铁车站底层平台的便桥。3 、单个冻结站施工区域采用在隧道内敷设一条150mm2动力电缆，用于冻结钻孔施工、隧道内冻结系统供电及开挖构筑供电。4 、在隧道内铺设两趟”管路至联络通道施工工作面，用于冻结孔打钻及冻结运转供水和排污。5 、在联络通道施工工作面两端砌高约0.25m的泥浆挡墙，以免冻结孔钻进时泥浆四溢影响隧道内环境整洁。6 、用厚5cm的木板在联络通道处铺设冻结施工场地，按不同位置的冻结孔钻进要求，用”钢管搭建冻结孔施工脚手架。表5-1 加工件一览表序号加工件名称单位数量备注1钻头组合套722冻结管（兼作钻杆）m7001m、1.5m、2m钻杆3过渡接头个404孔口管个725上堵头用接长杆m406堵头个727冻结干管、集配液圈套18冻结管头个729冷却塔水箱套110隧道预应力支架套411端头井提升架套112内支撑套15.3 冻结孔施工5.3.1 冻结孔施工方法：冻结孔施工工序为：定位开孔及孔口管安装孔口装置安装钻孔测量封闭孔底部打压试验。5.3.1.1 定位开孔及孔口管安装根据设计孔位在砼管片和钢管片上定位开孔，分述如下：1 、砼管片上：首先，开孔前要准确定位，并根据砼管片内钢筋位置调整孔位，用开孔器（配金刚石钻头取芯）按设计角度开孔，开孔直径130，当开到深度300时停止钻进，以不钻穿管片控制，安装孔口管，孔口管的安装方法为：首先将孔口处凿平，安好四个膨胀螺丝，而后在孔口管的鱼鳞扣上缠好麻丝或棉丝等密封物，将孔口管砸进去，用膨胀螺丝上紧，上紧后，再去掉螺母，装上DN125闸阀，再将闸阀打开，用开孔器从闸阀内开孔，开孔直径为91，贯穿砼管片，这时，如若地层内的水砂流量大，就及时关好闸门。2 、钢管片上：在钢管片上焊好孔口管，接好闸阀和孔口装置，用钻机接上金刚石钻头，通过孔口装置切割钢管片钻进。5.3.1.2 孔口装置安装用螺丝将孔口装置装在闸阀上，注意加好密封垫片。详见图5-2。图5-2 孔口装置示意图若涌水涌砂较厉害，还应当进行注浆（水泥浆或双液浆）止水。5.3.1.3 钻孔按设计要求调整好钻机位置，并固定好，将钻头装入孔口装置内，在孔口装置上接上”阀门，并将盘根轻压在盘根盒内。施工时，首先采用干式钻进，当钻进困难不进尺时，从钻机上进行注水钻进，同时打开小阀门，观察出水、出砂情况，利用阀门的开关控制出浆量，保证地面不出现沉降。钻机选用MD-60型锚杆钻机，钻机扭矩2000NM，推力20KN。 5.3.1.4 封闭孔底部用丝堵封闭好孔底部，具体方法是，利用接长杆将丝堵上到孔的底部，利用反扣在卸扣的同时，将丝堵上紧。5.3.1.5 打压试验封闭好孔口用手压泵打水到孔内，至压力达到0.8MPa时，停止打压，关好闸门，观测压力的变化，30分钟内压力无变化为合格。5.3.2 钻孔偏斜和终孔间距采用经纬仪和水准仪监测开孔前和钻孔时的上下仰府角及方位角，钻孔的偏斜应控制在1%以内，在确保冻土帷幕厚度的情况下，终孔间距不得大于1.0m，采用每3米钻进后测量一次偏斜，如偏斜大可有效地控制偏斜，进行纠偏。如发现钻孔偏斜超过设计要求，应及时拔除冻结孔，重新钻孔，直到满足设计要求，考虑地压大、摩擦力大等因素，冻结孔无法拔出，应在超设计的孔间距之间打一个补孔，以保证终孔间距不大于1.0米。5.3.3 冻结孔钻进与冻结管设置1 、使用MD-60钻机一台，利用冻结管作钻杆，冻结管采用丝扣加密封剂连接，接缝要补焊，确保其同心度和焊接强度，冻结管到达设计深度后密封头部。2 、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，然后再用经纬仪进行测斜并绘制钻孔偏斜图。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，稳定30分钟压力无变化者为试压合格。3 、在冻结管内下供液管，然后焊接冻结管端盖和去、回路羊角。4 、冻结管安装完毕后，用堵漏材料密封冻结管与管片之间的间隙。5 、利用钢管片上的注浆孔作泄压孔。5.4 冷冻站安装5.4.1 冻结站布置与设备安装将冻结站设置在隧道内，单个冻结站占地面积约80平方米，站内设备主要包括冷冻机、盐水箱、盐水泵、清水泵、冷却塔及配电控制柜等。设备安装必须按设备使用说明书的要求进行。考虑冷冻机运转的连续性，不能停机检修，在运转前联系厂家来人检修冷冻机，以保证冷冻机可靠连续运转。5.4.2 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在隧道管片上，且应避免影响隧道通行。在盐水管路和冷却水循环管路上要设置伸缩接头、阀门和测温仪、压力表、流量计等测试元件。盐水管路经试漏、清洗后用聚苯乙烯泡沫塑料保温，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，每根冻结管的进出口各装阀门一个，以便控制流量。联络通道四周主冻结孔每两个一串联，其它冻结孔每三个一串联。冷冻机组的蒸发器及低温管路用棉絮保温，盐水箱和盐水干管用50mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料板保温。考虑管片的散热，对左右线隧道管片内侧安装冷冻板，来加强冻结。5.4.3 溶解氯化钙和机组充氟加油盐水（氯化钙溶液）比重为1.27，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。机组充氟和冷冻机加油必须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。5.5 积极冻结与维护冻结5.5.1 冻结系统试运转与积极冻结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、盐水流量和冻土帷幕扩展情况，必要时调整冻结系统运行参数。冻结系统运转正常后进入积极冻结。5.5.2 试挖与维护冻结在积极冻结过程中，要根据实测温度数据判断冻土帷幕是否交圈和达到设计厚度，同时要监测冻土帷幕与隧道的胶结情况，测温判断冻土帷幕交圈并达到设计厚度且与隧道完全胶结后再进行探孔试挖，确认冻土帷幕内土层基本无压力后再进行正式开挖。试挖条件：测温孔可根据测温孔实测数据，推算出冻土发展速度及在该冻结时间内的冻土发展半径，从而算出冻结帷幕厚度，再根据成冰公式得出冻结帷幕平均温度，若各个层位、部位冻结帷幕的厚度和平均温度达到设计要求后，即可打开管片进行开挖。泄压孔在积极冻结过程中，卸压孔有两个作用，一是起到释放冻胀压力的作用，另一方面根据显示的压力来判断冻结帷幕是否交圈。在冻结初期泄压孔是没有压力的，随着冻土的逐渐扩展，水分不断迁移，交圈后冻土形成一个封闭的土体，冻胀压力得不到释放而逐渐增加，它的外在表现即为泄压孔压力的增长。探孔在开挖前，在左右线用开孔器在离冻结管一定距离上开探孔，以判断冻结帷幄厚度。盐水去、回路温差由于冻结帷幕交圈后需冷量较交圈前要小，因此冻结帷幕交圈前盐水去、回路温差要比交圈后大，不过此现象仅作为判断冻结帷幕交圈的参考。要确定打开管片进行开挖还需结合测温孔资料、泄压孔压力、探孔情况等方面综合考虑。正式开挖后，为确保冻土帷幕的稳定性，盐水温度仍控制在-28-30之间。停止冻结浇筑完混凝土内衬后停止冻结，进行自然解冻。冻结孔密封截去露出隧道管片的孔口管和冻结管，然后在孔口管管口焊接8mm厚的钢板。5.5.3 冻结及开挖技术控制指标冻结及开挖技术控制指标项目数值备注冻结帷幕厚度通道1.8m根据测温孔推算集水井1.8m冻结帷幕平均温度-10(冻土与管片交接处温度不高于-5)用公式法得出盐水温度积极期-28-30用测温仪监测维护期-28-30盐水去、回路温差积极期2.51.0以内用测温仪监测维护期1.0以内卸压孔交圈前一般无压力通过压力表观测交圈后剧增至0.15 MPa0.3MPa附：主要地层冻结施工参数一览表旁通道兼泵站主要地层冻结施工参数一览表序号参数名称单位数量备注1冻结帷幕设计厚度 m1.82冻结帷幕平均温度-10冻土与管片交接处温度不高于-53冻结帷幕设计交圈时间天194冻结孔个数个725冻结孔设计间距m0.40.8旁通道周边孔6终孔最大间距m1.0旁通道周边孔7设计盐水温度-28-30积极冻结期8冻结管规格mm89820#低碳钢无缝管9测温孔个数个936m10冻结深度m578含冷板100米11泄压孔（压力观测孔）个数个412m12最大总需冷量Kcal/h63305工况条件13施工工期天1006 开挖与构筑施工方案联络通道开挖构筑施工占用一侧隧道，在联络通道开口处搭设工作平台，利用隧道作为排渣及材料运输通道。经探挖试挖确认可以进行正式开挖后，打开钢管片，然后根据“新奥法”的基本原理，进行暗挖法施工。6.1 开挖顺序根据工程结构特点，联络通道开挖掘进采取分区分层方式进行，其施工顺序如图61所示。图61 联络通道开挖顺序图开挖掘进采用短步距掘砌技术，开挖步距控制在0.5m左右，两端喇叭口处断面较大，为减轻开挖对隧道变形的影响，开挖步距控制为0.3m，由于冻土强度高，韧性好，普通手镐无法施工，需采用风镐进行掘进。为了提高掘进效率，加快施工进度，缩短冻土暴露时间，风镐尖需做特殊处理。另外，在冻土中掘进，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。并要求每个掘进班配备56把风镐，以避免不能正常工作而影响施工进度。在掘进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土墙进行保温。6.2 支护方式支护采用二次衬砌。第一次支护（初级支护）采用型钢支架加双层钢筋网，为C25喷射混凝土。第二次支护采用C30S10现浇钢筋混凝土。6.2.1 初级支护联络通道和泵站开挖后，地层中原有的应力平衡受到破坏，引起通道周围地层中的应力重新分布，这种重新分布的应力不仅使上部地层产生位移，而且会形成新的附加荷载作用在已加固好的冻土帷幕上，当冻土帷幕墙所承受的压力超过冻土强度时，冻土帷幕及冻结管会产生蠕变，为控制这种变形的发展，冻土开挖后就要及时对冻结壁进行及时的支护，所以联络通道的初级支护即作为维护地层稳定，确保施工安全的一项重要技术措施，又作为永久支护的一部分，是支护工艺最为关键的一步。联络通道临时支护的结构形式，如图6-2所示。图62 临时支护示意图型钢支架为16工字钢加工而成，型钢支架的间排距与通道的开挖步距相对应为0.5m，为了控制支架间冻结壁的变形，减少冻结壁冷量损失，所有钢支撑架后用木背板密背，背板必须同冻结壁紧贴，尽量减少支护间隙，木背板不能松动，当支护间隙较大时，可增加背板厚度和木楔子，以提高支护效果。喷射砼施工工艺：临时支护中喷射砼是很关键的一个工序，为减少回弹量，提高喷射砼质量，拟采用湿喷工艺，其流程为：安装调试 注水、送风 搅拌并按配比上料 喷射。注意事项为：上料保持连续；喷射机的工作压力控制在0.50.7Mpa；严格控制好喷射嘴与喷射面的距离与高度，喷嘴与受喷面要垂直，距离控制在0.81.0m的范围内；喷射顺序自下而上，先墙角后墙顶，避免死角；喷射砼材料：水泥为普通P.O42.5硅酸盐水泥，砂为中粗砂，石子采用坚固碎石，粒径小于15；速凝剂为水泥用量5%；喷射砼配合比按根据经验暂定为水泥：中粗砂：碎石=1：2：1；具体配合比按试验确定。6.2.2 永久支护永久支护为结构设计中的钢筋砼结构，为减少砼施工接缝，联络通道开挖及初级支护完成后，一次进行连续浇筑。由于这种结构的特殊性，通道顶板内的砼浇筑较为困难，为提高砼施工质量，可采取分段浇筑的施工方式，必要时可采用喷浆机对浇筑空隙进行充填。上部结构施工完成以后，开挖集水井，集水井开挖到设计深度，首先对集水井底板进行封底浇筑，然后一次完成集水井的钢筋砼浇筑施工。7 开挖与构筑施工7.1 施工准备准备工作是整个工程施工进展顺利的前提和保证，具体工作内容如下：7.1.1 三通一平1、供水，将水管接送至施工场地，水量为5m3/h。2、供电， 50kw电量接送至施工场地。3、道路，允许510t卡车进出施工场地，市内运输。4、端头井提升系统利用现有行车。7.1.2 隧道内工作平台搭设按联络通道出口尺寸及施工需要，工作平台由上下两层平台和一斜坡道构成。在联络通道开口处的隧道支撑架底梁，然后在上面搭设中间工作平台，主要作为通道材料运输手推车换向之用，面积约为2m3.5m=7m2。在联络通道运输侧，搭设斜坡道与中间平台相连接，斜坡道高端宽约3m，坡长约18m，坡度以方便手推车运输为原则可以适当调整。在中间平台的另一侧搭设材料设备平台，为节省材料，平台面可低于中间平台0.3m，面积8m4.5m=36m2。平台梁可用长4.5m，间距为2m的16#槽钢，直接搭在砼管片上，台面用50mm厚木板铺盖而成。7.1.3 初级支护金属支撑架按设计进行初支钢架加工。喇叭口、通道内为拱形金属支撑架结构，22钢筋连接，环向间距为米，6钢筋网，网格间距200200mm，双层网布置。钢架之间用22钢筋连接，喷射混凝土采用C25，厚度25cm，保护层为外侧5cm，内侧4cm。集水井支架形式上为为矩形，为16号工字钢加工而成，整个集水井为6榀支架，各支架之间用22钢筋连接，6钢筋网，网格间距200200mm，双层网布置。喷射混凝土采用C25，厚度25cm，保护层为外侧5cm，内侧4cm。7.1.4 金属管片接缝焊接将联络通道口部的金属管片之间（欲拉开的管片除外）接缝采用满焊的方式将每条拼装缝焊接好，以提高其整体性。焊接前应首先对拼装缝进行除锈除垢处理，避免虚焊。7.1.5 防护门安装在开挖前安装好防护钢门，在发生涌泥、涌水等险情时及时关闭，以保证整个隧道的安全。7.1.6 隧道型钢支架安装开挖施工之前，需在通道开口处隧道中设置简易预应力隧道支架，以减轻联络通道开挖构筑施工对隧道产生不利的影响。简易预应力隧道支架形式见附图。每榀钢支架为组合结构，区间隧道左右线络通道开口两侧各架两榀，两榀钢支架间距2m，在联络通道两侧沿隧道方向对称布置，两榀支架间用8080等边角钢搭焊组合。架设时要有专人负责指挥，拼装时螺栓必须拧紧，每榀支架有八个支点，由六个32t螺旋式千斤顶提供预应力，施加预应力时每个千斤顶要同时慢慢平稳加压，每个千斤顶以压实支撑点为宜。高处千斤顶应系在主架上，防止脱落。要定期检查千斤顶压力情况，发现情况要及时处理。支架结构参见附图4。7.1.7 通风排水系统通风：采取用压入式通风系统，将风机和管路布置好，把联络通道施工区段附近隧道内混浊气体排送到地表或送至空闲隧道的远端。排水：从联络通道口到地铁车站区间布置一条排水管路，水泵设在联络通道口附近，形成排水系统，以备联络通道端口处集水、开挖构筑中产生的出水或涌水排放之用。7.2 施工措施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，总体施工流程如下。7.2.1 开管片钢管片可以用千斤顶及手拉葫芦拉开。开管片时，准备2台32t千斤顶，5t和2t手拉葫芦各一个。两台千斤顶架在被开管片两侧，中间用一根横梁同钢管片直接相连，通过顶推横梁向外推拉钢管片，千斤顶作为主拉拔管片用，5t手拉葫芦一端钩住欲拆管片，一端套挂在对面两榀支架之间架设的工字钢上，水平方向加力向外（隧道内）拉拔管片。2t葫芦悬吊在欲拆管片上方管片上，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。在用千斤顶及5t葫芦拉拔期间要注意观察管片外移情况，并随时注意调整2t葫芦拉紧程度和方向。因管片锈蚀而拉出困难时，应用大锤锤振管片，减轻拔出拉力。开钢管片示意图7.2.2 开挖构筑施工7.2.2.1 土方开挖土方开挖是按照前面提到施工工序进行。由于土体采用冻结法加固，冻土强度较高，冻结壁承载能力大，因而开挖时（除喇叭口侧墙和拱顶外）可以采用全断面一次开挖，开挖步距视土体加固情况，一般控制在0.5m。人工开挖的工具根据土体强度，可用风镐或手镐。由于通道中冻土温度较低，风镐中空气中的水凝结成冰屑经常积集在管子的接头或进风口处，堵塞管路。这就要采取措施，一方面把风管悬吊起来，另外每隔12小时向风管内注入酒精，防止冰屑的出现，保证施工的顺利进行。开挖断面严格按照施工图进行，尽量避免超挖。喇叭口处考虑到断面较大，而且一端冻结管分布较为密集，另一端冻土强度相对较弱，该处采取分断面开挖，缩短支护时间。7.2.2.2 初级支护土方开挖过程中，要对暴露段的土体及时施加临时支护，它一方面对冻结壁起到保温和隔热的作用，另一方面能承受冻土压力和控制冻结壁的位移。初级支护采用型钢支架和木背板进行支护，型钢支架为封闭支护结构，为防止通道底板底鼓，支架加有底梁。在开挖和初级支护过程中，布设通道收敛变形测点，及时掌握冻结壁位移发展速度，通过调整开挖步距和支护强度来控制冻结壁的位移量，确保施工安全和施工进度。7.2.2.3 永久支护结构永久支护根据施工设计图采用400mm厚C30S10钢筋砼结构。为安全起见，在通道砼结构浇筑完成后，再施工集水井。以下简要阐述结构砼浇筑施工工序。1 、止水带施工：喇叭口部位全部刷扩至设计尺寸，临时支护完成后，即可进行止水带施工。止水带用粘接剂沿着临时支护断面内侧直接粘贴到隧道管片上，粘接前必须对管片采用特殊溶剂进行清洗，止水带必须粘贴牢固，不得留有空隙。2 、防水层施工：防水材料选用EVA板（带有二层土工布），防水层紧贴临时支护结构内侧，铺平之后，用射钉将其固定，靠近隧道侧，防水层同止水带相互搭接。3 、钢筋绑扎：钢筋间排距应严格按结构设计图纸进行绑扎，钢筋搭接部分应调直理顺，绑扎牢固，搭接部分长度应符合设计要求，在结构砼与钢管片接触部位应按规定焊接锚筋，且纵筋与钢管片搭接处应采用T形焊接。4 、立模板：模板选用钢模，模板就位前，应在模板上均匀涂刷脱模剂，按结构特征顺序安装模板，并检查模板的垂直度、水平度、标高以及钢筋保护层的厚度。校正合格后，将模板固定。5 、浇灌混凝土：按照设计混凝土强度要求，将砼送入支好的模并用插入式振捣棒反复均匀振捣。每次用的混凝土用试模制成标准试块，用于检测混凝土强度及抗渗性。7.3 施工平面布置工人宿舍、库房、材料堆放场地和施工辅助设施利用区间隧道施工时的场地布置。打钻和开挖施工分别在隧道内进行。冻结站布置在隧道内，具体布置见附图3。7.4 开挖及支护质量要求7.4.1 掘进1 通道净宽：中线两帮不小于设计尺寸，不大于设计尺寸100；2 通道净高：腰线上下不小于设计尺寸，不大于设计尺寸100。7.4.2 架棚1 通道净宽：中线两帮不小于设计尺寸，不大于设计尺寸50；2 通道净高：腰线上下不小于设计尺寸，不大于设计尺寸50；3 支架架设不得掉斜，前倾后仰，支架构件要齐全，支架与冻土之间要用木背板背实。7.4.3 钢筋1 钢筋焊接部分长度应符合设计要求，单面焊不少于10d，双面焊不小于5 d（d为钢筋直径）；2 受力钢筋之间绑扎接头应相互错开，从任一绑扎接头中心至搭接长度的1.3倍区段范围内，有绑扎接头的受力钢筋截面积占受力钢筋总面积的百分率不超过25%；3 钢筋位置允许偏差：受力钢筋排距5，钢筋弯曲点为20，水平钢筋间距20，受力钢筋保护层3。7.4.4 砼浇灌1 砼表面密实，蜂窝、麻面不超过0.5%，深度不超过10；2 衬砌厚度不小于设计，墙面平整度允许误差20；3 砼厚度达到设计强度70%方可拆模，拆模后应洒水养护，养护时间不得少于7昼夜。8 地层跟踪注浆及其它8.1 融沉控制8.1.1 注浆孔布设结构层和防水层间注浆，其布置按约4m长度布置一个注浆断面，每个注浆断面布置4个孔，即顶板一个孔，两帮各一个孔，底板一个孔。临时支护外层地层注浆，其布置旁通道按约2米长度布置一个注浆断面，每个注浆断面布置4个孔，即顶板一个孔，两帮各一个孔，底板一个孔；集水井内设5个注浆孔，四周各一个，底板一个。注浆管采用42mm的焊接管，顶端接带螺纹的管箍，并用丝堵封闭。内层注浆管，浇筑砼前将其绑扎在钢筋上，注浆管外口离模板约3管口另一端离防水层2。内外层注浆管都加焊止水钢板，内层注浆保证混凝土浇筑时留有的空隙，外层注浆是为了保证开挖时留有的空隙，以及冻结化冻时控制融沉作用。8.1.2 注浆材料为增加压浆的可注性，；单液水泥浆或1：1水泥水玻璃浆液。8.1.3 注浆设备注浆选用BW250型变速注浆泵。8.1.4 注浆时间结构层施工完毕强度达到80%时即可进行冻结壁外围融沉注浆，这样能有效地保护因冻土的融化而损坏上部及周围的管线，减少隧道的下沉。8.1.5 注浆压力为防止隧道管片及旁通道结构受到影响，拟选用小压力、多注次的方式；注浆压力一般为0.2 MPa0.5MPa。8.1.6 注浆顺序管片底部喇叭口处通道及集水井。每一注浆段中遵循先下部、后上部的原则，使加固的浆液逐渐向上扩展，避免死角，改善隧道和旁通道底部土体，提高充填效果。8.1.7 注浆量根据以往经验，融沉注浆总量一般为冻土体积的15%左右，具体情况根据监测情况确定。8.1.8 注浆结束标准注浆是否结束根据沉降监测反馈的信息和最大注浆压力控制；注浆结束后，要再注入双液浆封堵注浆管，并由人工修整管口与砌筑面一平，既保证结构强度，又美观、整齐。8.1.9 补充注浆参数补充注浆参数表序号参 数 名 称正常段1加固范围冻结范围内强加固、其它弱加固；管片外4m2注浆孔布置冻融范围内利用预埋注浆孔，其它利用管片注浆孔3注浆管长管片周边3m、冻融范围内同冻结孔4止浆岩墙利用结构混凝土和管片结构5注浆步距1.5m6浆液扩散半径冻融范围内1.5m，管片注浆孔2 m7注浆速度10 l/min35l/min8注浆终压0.5 MPa0.8MPa9凝胶时间30min50min10水泥浆液配比水灰比0.81.58.2 防腐、钻孔补强等收尾工作待旁通道钢筋混凝土浇筑完成后，要做好现场拆除和收尾工作。其工作量大，工序交叉多，工作要善始善终，精心组织，协调施工。1 浇筑完集水井砼结构层即可停冻，进行施工设备的拆除工作，并清理、整理现场，按要求跟踪注浆。2 冻结孔管补强：冻结站拆除，回收供液管，放出CaCl2盐水后，割去露出隧道管片的孔口管和冻结管，并在孔口管管口焊接8厚的封口板封闭管口。3 待通道混凝土结构达到设计强度后，拆除隧道内的预应力支架，并再次对称拧紧特殊衬砌环内的所有连接螺栓。4 按设计要求安装防火门。5 按设计在集水井上方加装钢盖板。6 用砼浇筑钢管片内格栅，并将外露钢构件表面刷涂环氧沥青漆二度。7 整理、修整、清理旁通道施工现场，并用清水进行冲洗，通道内不得有泥浆、油污和上道工序留下的施工设备。9 施工进度及配套计划9.1 施工进度计划施工进度安排见施工进度计划表。联络通道地层冻结和联络通道开挖与结构施工总工期约100天， 表91 通道兼泵站施工进度计划序号施工工序天数204060801001201钻 孔202冷冻安装253积极冻结454维护冻结305开挖与构筑309.2 劳动力配备计划 劳动力配备计划见表92“劳动力配备计划表”。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。冻土帷幕交圈后掘进工进场进行开挖和构筑施工。开挖构筑留下15人进行地层跟踪注浆，拆除设备等。表92 劳动力配备计划表工 种人 数工 种人 数打钻工15辅助工4冻安工15技术人员3掘进工45管理人员3机修工4电 工2合计919.3 设备与材料供应计划 地层冻结与开挖构筑施工的设备与材料用量分别见表93冻结施工主要设备及材料用量表。由于施工时间极短，要求前者在开钻前备齐，后者在开挖前备齐。表93 冻结施工主要设备及材料用量表编 号项 目单位数量备 注一主要设备1YSGF300II螺杆冷冻机组台2一台备用2IS150-125-200水泵台2盐水泵3IS150-125-200C台2清水泵4真空泵（或抽氟机）台15经纬仪台16测温仪台17KST-80RT冷却塔台28MD-60钻机台19电焊机台1二主要材料1898无缝钢管t18800m21596t531.5”钢管t54高压胶管m36