冻结法施工工法

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1、目录一、前言二、特点三、使用范围四、工艺原理五、工艺流程六、施工操作要点七、机具设备八、质量标准 九、劳动力组织十、安全环境保护十一、效益分析 十二、工程实例冻结法施工工法一、前言作为一种成熟的施工方法，冻结法施工技术在国际上被广泛应用于城市建设和煤矿建设中，已有 100 多年的历史，我国承受冻结法施工技术至今也已有 40 多年的历史，主要用于煤矿井筒开挖施工，其中冻结最大深度达 435m，冻结表土层最大厚度达 375m。自 1992 年起，冻结法工艺被广泛应用于上海、北京、深圳、南京等城市地铁工程施工中。中铁四局集团在上海地铁 M8 线标段黄兴路站延吉中路站区间隧道旁通道工程施工中,承受了冻

2、结法加固的施工方法,通过对施工工艺的归纳总结，以及参考有关施工技术资料,形本钱工法。二、特点冻结法适用于各类地层尤其适合在城市地下管线密布施工条件困难地段的施工，经过多年来国内外施工的实践阅历证明冻结法施工有以下特点：1、可有效隔绝地下水，其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的，对于含水量大于 10%的任何含水、松散，不稳定地层均可承受冻结法施工技术；2、冻土帷幕的外形和强度可视施工现场条件，地质条件敏捷布置和调整， 冻土强度可达 5-10Mpa，能有效提高工效；3、冻结法是一种环保型工法，对四周环境无污染，无异物进入土壤，噪音小，冻结完毕后，冻土墙溶化，不影响建筑物四周地下构造；4、冻结施工用

3、于桩基施工或其它工艺平行作业，能有效缩短施工工期。三、使用范围冻结法适用于各类地层，主要用于煤矿井筒开挖施工。目前在地铁盾构隧道掘进施工、双线区间隧道旁通道和泵房井施工、顶管进出洞施工、地下工程堵漏抢救施工等方面也得到了广泛的应用。四、工艺原理冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，将松散含水岩土变成冻土， 增加其强度和稳定性，隔绝地下水，以便在冻结壁的保护下，进展地下工程掘砌作业。它是土层的物理加固方法，是一种临时加固技术，当工程需要时冻土可具有岩石般的强度，如不需要加固强度时，又可实行强制解冻技术使其溶化。五、工艺流程冻结法施工工艺流程图施工前的预备工作进场、加工件组织钻孔定位注 浆钻

4、孔冻结管打压下冻结器冻结系统局部安装冻结管安装冻结系统调试乐观冻结冻结测温监测开挖维护冻结构造施工工程监测构造完成冻土溶化六、施工操作要点施工时,应不断对每个施工工序进展治理。掌握冻结孔施工、冻结管安装、冻结站安装、冻结过程检测的质量。1、冻结孔施工1.1 开孔间距误差掌握在20mm 内。在打钻设备就位前，用仪器准确确定开孔孔位，以提高定位精度。1.2 准确丈量钻杆尺寸，掌握钻进深度。1.3 按要求钻进、用灯光测斜，偏斜过大则进展纠偏。钻进 3m 时，测斜一次，假设偏斜不符合设计要求，马上实行调整钻孔角度及钻进参数等措施进展纠偏，假设钻孔仍旧超出设计规定，则进展补孔。2、冻结管试漏与安装2.1

5、 选择634mm 无缝钢管，在断管中下套管，恢复盐水循环。2.2 冻结管(含测温管)承受丝扣联接加焊接。管子端部承受底盖板和底锥密封。冻结管安装完，进展水压试漏，初压力 0.8MPa，经 30 分钟观看，降压005MPa，再延长 15 分钟压力不降为合格，否就近重钻孔下管。2.3 冷冻站安装完成后要按矿山井巷工程施工及验收标准要求进展试漏和抽真空，确保安装质量符合设计要求。3、冻结系统安装与调试3.1 按 1.5 倍制冷系数选配制冷设备。3.2 为确保冻结施工顺当进展，冷冻站安装足够的备用制冷机组。冷冻站运转期间，要有两套的配件，备用设备完好，确保冷冻机运转正常，提高制冷效率。3.3 管路用法

6、兰连接，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，以便掌握流量。3.4 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。3.5 机组充氟和冷冻机加油依据设备使用说明书的要求进展。首先进展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。3.6 设备安装完毕后进展调试和试运转。在试运转时，要随时调整压力、温度等各状态参数，使机组在有关工艺规

7、程和设备要求的技术参数条件下运行。4、乐观冻结阶段在冻结试运转过程中，定时检测盐水温度、盐水流量和冻土帷幕扩展状况， 必要时调整冻结系统运行参数。冻结系统运转正常后进入乐观冻结。乐观冻结，就是充分利用设备的全部力量，尽快加速冻土进展，在设计时间内把盐水温度降到设计温度。旁通道乐观冻结盐水温度一般掌握在-25-28之间。乐观冻结的时间主要由设备力量、土质、环境等打算的，上海地区旁通道施工乐观冻结时间根本在 35 天左右。5、维护冻结阶段在乐观冻结过程中，要依据实测温度数据推断冻土帷幕是否交圈和到达设计厚度，测温推断冻土帷幕交圈并到达设计厚度后再进展探孔试挖，确认冻土帷幕内土层无流淌水后饱和水除外

8、再进展正式开挖。正式开挖后，依据冻土帷幕的稳定性，提高盐水温度，从而进入维护冻结阶段。维护冻结，就是通过对冻结系统运行参数的调整，提高或保持盐水温度，降低或停顿冻土的连续进展，维持构造施工的要求。旁通道维持冻结盐水温度一般掌握在-22-25之间。维护冻结时间由构造施工的时间打算。6、工程监测6.1 工程监测的目的工程量测作为该工法的一项重要施工内容。其目的就是依据量测结果，把握地层及隧道的变形量及变形规律，以指导施工。由于旁通道施工位于地下十多米处,为防止施工时对地面周边建筑、地下管线、民用及公共设施带来不良影响， 甚至严峻破坏。对施工过程必需有完善的监测。6.2 工程监测的内容工程监测贯穿整

9、个施工过程，其主要监测内容为：地表沉降监测，隧道变形监视，通道收敛变形监测，冻土压力监测。6.1.1 冻结孔施工监测内容为：冻结管钻进深度；冻结管偏斜率；冻结耐压度；供液管铺设长度。6.1.2 冻结系统监测内容为：冻结孔去回路温度；冷却循环水进出水温度； 盐水泵工作压力；冷冻机吸排气温度；制冷系统冷凝压力；冷冻机吸排气压力； 制冷系统汽化压力。6.1.3 冻结帷幕监测内容为：冻结壁温度场；冻结壁与隧道胶结；开挖后冻结壁暴露时间内冻结壁外表位移；开挖后冻结壁外表温度。6.1.4 四周环境和隧道土体进展变行监测内容为：地表沉降监测；隧道的沉降位移监测；隧道的水平及垂直方向的收敛变形监测；地面建筑物

10、沉降监测。七、机具设备1、冻结法施工旁通道所用设备见表 1表 1序号设备名称旁通道冻结施工主要机械设备表规格、型号数量额定功率力量1螺杆冷冻机组JYSGF300II2 台110KW87500Kcal/h2盐水泵IS125-100-2002 台45KW200m3/h3冷却水泵IS125-100-200C4 台15KW120m3/h4冷却塔NBL-504 台15m3/h5钻机MK-501 台6电焊机BS-402 台7抽氟机1 台说明：以上 1-4 项冻结设备均备用一台。2、冻结法施工旁通道所用量测设备见表 2表 2序号旁通道冻结施工主要量测设备表设备名称规格、型号数量备注1经纬仪J21 台2测温仪

11、GDM81451 台测量冻土温度3周密水准仪1 台4打压机20MPa1 台冻结器打压试漏5收敛仪1 台冻土帷幕收敛6钢卷尺20m1 把八、质量标准由于冻结法施工工程技术难度高，施工风险大，工程中不行推测因素多，故此对质量要求极高。目前主要参照煤炭行业煤矿井巷工程施工及验收规范GBJ213-90、煤矿井巷工程质量检验评定标准MT5009-94标准要求进展施工。除了参照国家有关标准外，还应着重留意以下几点：1、冻结帷幕设计时应选择比较安全的计算模型，要有足够的安全系数；2、冷冻机组制冷量在设计时，取较大的备用系数；3、钻孔的偏斜应掌握在 1%以内；4、终孔间距不大于 1.0m；5、在冻土帷幕关键部

12、位，多布置测温孔，监测冻土帷幕的形成过程和形成状况。九、劳动力组织冻结法施工技术要求高，专业性强，且由于其特别性，现场需配备土建工程师、机械工程师、电气工程师和测量工程师。作业人员配备人员见表 3：表 3作业人员配备人员工 作 项 目工种人数备注冻结孔施工打钻工15 人进入冻结阶段可转为一般工冻结管安装冻安工9 人进入冻结阶段可转为一般工机械修理电气修理机修工电工3 人2 人包括设备数据采集电焊电焊工2 人冻结管焊接工程监测测量工3 人环境变化监测测温关心施工技术员一般工1 人4 人测温孔测温当班负责总计施工员2 人41 人十、安全环境保护1、设计要考虑各种最不利条件，保证方案安全牢靠：2、设

13、计计算的各种最不利条件，在施工组织设计及施工中，做到重点防范， 实行切实可行、有效的措施加以掌握。3、选用无污染、效率高、体积小、重量轻、制冷量大、安装运输便利的螺杆冷冻机组作为制冷系统的主机。以适应地铁施工场地小、工期紧的需要。4、承受通讯系统和视频系统有效的监控施工现场，对施工中觉察的问题及时汇报处理，杜绝一切担忧全的施工现象和违章的操作，把事故制止在萌芽状态。5、旁通道设安全防水门，一备觉察险情关闭防水门，保护隧道之用。6、在对面隧道内，增设冷冻板，冷冻板排管外设置泡沫保温材料，以确保对面隧道交接处的完好冻结状态；在旁通道的左右侧各钻一个89 的冻结孔， 作为冷冻板盐水循环的进回液管。7

14、、在管线交底后也可对地下管线和隧道进展必要的支撑。对离冻结区较近的管线与建筑物进展暴露或保温，防止冻坏。8、旁通道开挖期间工程治理人员承受二十四小时值班制，对施工的各个环节要起到准时的检查和催促作用，在施工现场预备足够的备用设备和物资，以备应急之用。9、为预防开挖中停电等导致停工，甚至消灭冒顶、涌砂事故，实行以下预案：在旁通道开挖期间，通道内预备 3 米长 16#槽钢或钢管6 根，粘土 2.0t 和足够的砂袋，以在必要时堆粘土和砂袋封闭通道，预防淹隧道。10、冻结加固中打设的冻结孔将穿越、号土层，该土层局部夹有粉砂薄层，有钻孔突水、涌砂的可能。A、加大钻具推力，强行顶入套管 B、利用原钻具系统

15、注浆，浆液选用水泥水玻璃或丙烯酸盐类浆液。C、必要时压紧孔口管密封装置，封闭该孔。11、实行必要的措施，防止打冻结孔时水土流失；在钻孔施工期间加强沉降的监测，觉察跑泥漏沙水土流失严峻引起的沉降，影响到建筑物和地下管线，应马上停顿施工，马上注浆，防止沉降影响四周建筑物和地下管线，到没有沉降为止，待地层较稳定后再施工钻孔。12、加大盐水在冻结管内的流量，承受串并联循环方式，加快冻结管的热交换。13、用逐步降温的过程，防止冻结管由温度应力造成的开裂。冻结孔每三个串联供液，并依据流量及去回路温差监控冻结器的盐水流量及均匀性，确保冻结帷幕支护牢靠。14、依据监测的测温孔温度计算的各个剖面冻结壁的平均温度

16、，对温度偏高的部位，调整盐水流量予以调控。实现信息化施工，加强冻结壁的监测监控。依据监测状况调控冻结壁强度和变形。15、加强冻胀与融沉监测，觉察冻胀影响到建筑物和地下管线，通过打的卸压孔减小冻胀或打冻结孔加热循环，进展解冻；预留注浆孔，进展跟踪注浆，防止融沉影响四周建筑物和地下管线。十一、效益分析自我国承受冻结法施工技术以来，作为一种特别的施工方法，其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的。近年来，城市地下工程施工进入了顶峰，简单的施工环境使一些大型的设备往往束手无测，而冻结法这种仅在施工范围内钻孔就可解决问题简易手段正好有了用武之地，本文归纳其有以下优势：1、可视施工现场条件，地质条件敏捷布置和

17、调整，可在地下施工，不占用地面土地，虽加固的费用高出水泥搅拌桩约 1/3，但远远低于节约交通组织费用。2、冻结土体强度高，并可依据施工要求调整不同部位的强度，安全性好。3、阻水效果较其他方法更有效。4、是一种环保型工法，对四周环境无任何污染。十二、工程实例上海地铁杨浦线M8 线标段延吉中路站黄兴路站区间长 1112m，中间设计旁通道及泵站一座。原设计为深层搅拌桩加固，但是由于所在的路面为控江路，交通格外繁忙，而深层搅拌桩加固要求必需对路面实施封交。因此综合各种因素考虑，我们向设计院提出了冻结法加固的变更，并获通过。2023 年 6 月 12 日冻结孔施工，2023 年 7 月 25 日开头冻结，2023 年 9 月 17 日开挖，于 2023 年 10 月 17 日全部完工。施工期间冻结设备运转正常，冻结帷幕形成顺当，开挖期间未觉察渗漏。冻土壁厚度到达设计要求，保证了旁通道及泵站构造的施工，无任何安全、质量问题。附图：冻结设备及冻结站布置图冷却 冷却水塔 水塔清水泵盐盐水水箱泵冷冻机图9 冷 冻 系 统 回 路图