地铁施工技术交流材料
冷冻法联络通道施工技术及风险控制措施
一、冻结法的基本原理与特点
采用冻结法对地层土体进行加固，是指利用人工制冷技术,使地层中的水结冰,把天然岩土变成冻土,增加其强度和稳定性,隔绝地下水与地下工程的联系,以便在冻结壁的保护下进行地下工程掘砌施工的特殊施工技术。其实质是利用人工制冷临时改变岩土性质以固结地层。
1、岩土冻结实质
岩土冻结性质的改变，即将含水地层（松散土层或裂隙岩层）冷却至结冰温度下，使土中孔隙水或岩石裂隙水变成冰，岩土的性质发生重要变化，形成一种新的工程材料——“冻土”。
2、冻土结构特点
而冻土结构具有较高的强度和绝对的封水性。
3、冻土结构功能
冻土结构的承载功能和封水的不承载功能。
4、制冷方法
其制冷技术方法，通常使用制冷设备，利用物质由液态变为气态,即气化过程的吸热现象来完成的。
4.1、有两种类型：⑴、冷媒剂(盐水)吸热：氨 (-33.4℃)；干冰(-78.5℃)；⑵、直接气化吸热：液氮(-19
5.8℃)；干冰(-78.5℃)
4.2、冻结系统常有两种类型：⑴、封闭系统（盐水冻结）；⑵、开放系统（液氮冻结）
5、冻结法的适应性
冻结法加固与其它加固方法相比，其适应性更强，能够适应粘土、粉土、砂层以及砾石、卵石等任何地层。
6、冻结法的特点
6.1、冻土帷幕的变化性：⑴、冻土范围可变；⑵、冻土温度可变；⑶、冻土强度可变（强度是温度的函数）
6.2、冻土帷幕的连续性：水在负温下结冰的必然性；
6.3、冻土帷幕的可知性：通过温度测试可判断冻结范围、冻土强度
7、冻结法施工的优点
7.1、安全性好：⑴、冻土强度较高；⑵、冻土连续性可靠、封水性好
7.2、适用性强：⑴、适用于几乎所有具有一定含水量的松散地层（包括岩石）；
⑵、复杂地质条件可行（流砂、大深度、高水压）
7.3、灵活性高：⑴、冻土帷幕性状（范围、形状、温度、强度）可控
8、冻结法施工缺点
由于冻结法所形成的冻土帷幕其范围、温度、强度具有变化性，其冻结范围、强度随温度的变化而变化，如果供冷不足或外部热源可导致冻土帷幕性能（范围、强度）退化，安全性能降低，施工风险增大。众所周知，上海地铁4号线联络通道施工时，其冻结帷幕失效，发生重大工程风险事故，给国家造成严重的经济损失。
8.1、冻胀融沉：⑴、对环境有一定的影响，严重时具有一定的破坏力；
⑵、融沉控制不当可导致结构差异沉降和长期沉降；
8.2、风险性：⑴、供冷不足或外部热源可导致冻土帷幕性能退化（范围、强度）；
⑵、流水作用下冻土可快速消融
8.3、局限性：⑴、地下水流速影响冻结效果；⑵、地层含盐影响冻结效果；
⑶、含气地层可影响冻结效果
9、冻结法的应用
通过冻结法加固所形成的冻土帷幕，其形状、范围、温度、强度完全可以受控，且通过温度测试可判断冻结范围、冻土强度。因此，人工冻结地层加固方法被广泛用于需要进行地层加固和封水（冻土帷幕）要求工程施工领域。特别是随着我国城市地铁轨道交通的发展，软土隧道盾构的进出洞、联络通道等风险性较高的工程项目，常采用冻结法加固进行施工。
9.1、土木工程和岩土工程如：⑴、矿山凿井：竖井、斜井；⑵、隧道施工：隧道掘进；盾构、顶管进出洞、联络通道；⑶、隧道扩建；⑷、基坑工程；⑸、穿越；⑹、地下对接；⑺、事故处理；⑻、管线工程；⑼、基础加固；⑽、边坡加固
9.2、土工试验：原状土取样
二、冻结法的理论与工程问题
1、热力学性质
1.1、主要参数：比热、热传导系数、潜热、结冰温度等；
1.2、最主要影响因素：含水量
1.3、特点：冻土与未冻土的热力学参数有明显区别
2、物理力学性质
2.1、强度：
⑴、单轴抗压；
同等条件下，冻土强度是温度的函数：
n －随土性变化的参数， 砂性土n →0.5黏性土n →1；
a ,
b －与冻土的孔隙度、含水量相关的系数。
在相同温度下，含水量对冻土极限强度影响很大。在非饱和时，强度随含水量增长；过饱和时，强度随含水量降低。其中，未冻水含量对冻土强度影响也很显著。未冻水含量越高，强度越低。
⑵、抗拉、抗剪强度；
冻土抗拉强度规律与抗压强度相同。强度随着温度的降低增长，同时取决于土的成分、含水量等因素。数值上，抗拉强度比抗压强度低2~6倍
3、热传导与温度场：
3.1、导热形态：a 、冻结管冻结过程是非稳态导热问题；b 、冻结后期，热交换趋于平衡，可近似看作稳态导热问题；c 、温度场分析时一般看作稳态导热问题
3.2冻结发展动态过程：
n
bt a +＝σ
单排冻结管冻结过程三阶段：单管冻结、管间影响冻结和管间冻土相接后冻结 a 、单管冻结：管间独立冻结，冻土呈圆柱状发展；b 、管间影响冻结：管间相互影响，冻土在冻结管之间（轴向）发展快，两侧慢，冻土呈椭圆柱形；c 、管间冻土相接后冻结：冻土相接（“交圈”）后，形成波浪形冻土墙，但凹陷部位（界面）发展快，凸出部位（主面）发展慢，凹陷部位将很快填满，冻土墙两侧呈直线形。之后冻土直墙继续向两侧发展。
3.3、温度场与平均温度
现在国内计算冻土的平均温度的公式：
其中：tcp ＝冻土平均温度 ℃
tp ＝盐水温度
S ＝孔间距，
δ＝冻土厚度，
t ＝开挖面温度，
4、冻胀与融沉
4.1、冻胀机理
⑴、冻胀可分为原位冻胀和分凝冻胀。孔隙水原位冻结体积增大9%（原位冻胀），外来迁移水分则体积增大1.09%（分凝冻胀）。所以开放系统饱水土中的分凝冻胀是构成土体冻胀的主要分量。原位冻胀量非常小，土体冻胀量主要取决于水分迁移通量。 因此，冻胀量的主要影响因素是冻土的导湿系数和土水势梯度。
土水势梯度由重力势、压力势、渗压势、温度势、电力势和磁力势梯度中的某一项或几项之和组成。而影响这些量的外观因素可表现为：
a 、内因：土的粒径、组织构造、透水系数、盐分浓度等；
b 、外因：约束应力、冻结速度、冻结历时、孔隙水压等。
总之，冻胀是一个非常复杂的问题。
⑵、土壤的冻胀敏感性
p cp t S S t t 25,0466,0266,0875,0352,0135,13+-???
? ??+--=δδ
土的粒径是影响冻胀敏感性的一个重要因素，颗粒越小冻胀性越强。砂性土冻胀不敏感，黏性土冻胀敏感。
⑶、冻结参数对冻胀量的影响
a、冻结速度：在一定范围内，冻胀量与冻结速度成正比。
b、冻结历时：冻结时间越长，冻胀冻胀量越大。
c、冻结温度：冻结温度越低，冻胀冻胀量越大。
⑷、衡量冻胀的主要指标是冻胀率。
a、冻胀率指冻土单向冻结方向上的尺寸与冻结前的比值。
b、一般按冻胀率大小来划分土壤冻胀等级。
4.2、冻胀力是冻胀受到约束时产生的力。
由于约束条件的差异，冻胀力数值的可比性很差。标准试验可测试冻胀力，但主要用于不同土壤之间的比较，工程实际意义不大。工程上关心的冻胀力是因冻胀结构上受到的力，这个力不是单纯的冻胀力，因此也称“冻结压力”。由于不同工程的差异性，实测冻胀力之值离散性很明显。因此，准确估计结构上受到的冻结压力是非常困难的。
⑴、封闭式冻土帷幕的冻结过程中，交圈前几乎不显现冻胀力，开始交圈时冻胀力开始显现，在冻土帷幕形成闭合体后，冻胀力急剧增长几乎达到最大值。后续的冻结过程中，冻胀力变化不明显，有的略有增长，有的略有降低
4.3、融沉机理
冻土融化后产生融沉，它由融化沉降和压缩沉降两部分组成。
⑴、冻土融化时，冰变成水体积缩小产生融化沉降。融化区域排水固结，导致土体压缩沉降。融化沉降量与压力无关，压缩沉降与压力成正比。
⑵、工程上用融沉系数As来描述融化沉降，用压缩系数Ar来描述压缩沉降。通常，融沉量大于冻胀量。
⑶、与冻胀类似，融沉的影响因素有：
a、内因：土的热学、物理、力学性质等。
b、外因：温度、温度梯度、压力等。
4.4、冻土融沉性，可用融沉率表示。
工程上融沉量的估算可以简单地用融沉率与冻土高度的乘积来计算。
4.5 冻胀抑制措施
抑制冻胀的措施主要有：
⑴、间歇冻结法：降低冻结速度，减小水分迁移
⑵、快速冻结法：足够高的冻结速度使得大量水分迁移来不及，无法形成大量冰晶体
⑶、减小冻胀力的措施主要有：a、避免采用封闭式冻土帷幕；b、限制冻结范围；c、卸压孔；d、冻胀释放管
4.6、冻胀、融沉综合控制措施
融沉与冻胀密切相关。通常，控制冻胀就间接控制了融沉。冻胀融沉综合控制措施主要有：
⑴、强制解冻，跟踪注浆。尽快固结土体，避免长期沉降
⑵、先注浆，后冻结。降低土壤透水系数，阻止水分迁移；加强土体强度，减小压缩沉降。
⑶、预注CMC。增加土体黏性，降低透水系数，阻碍水分迁移。
5、人工冻土解冻
人工冻土的解冻有三种情况：中断或终止冻结时的自然解冻；盐水泄漏导致的解冻；强制解冻。
5.1、自然解冻
自然解冻速度与冻土量、冻土温度、环境温度及周围供热量相关。停止冻结后，
每日解冻量与原先冻结时间成反比。冻结时间越长，解冻速度越低。
一般情况下，冻土厚度1米以上时，中断1~2天的冻结，冻土帷幕解冻厚度基本上可以忽略不计，可以认为是安全的。但是，必须注意，如果有较大流速的地下水作用时，解冻速度会加速。
5.2、盐水泄漏解冻
盐水泄漏解冻是盐水扩散引起的，解冻厚度主要与冻土温度相关，当然与时间也有关。
当冻土帷幕足够厚，盐水包不与外界沟通时，盐水温度被保持低温，对冻土帷幕功能影响不大。
例如，当冻土温度保持-20℃时，在泄漏后2个月内不采取任何措施的情况下，冻土帷幕解冻厚度才6cm，其安全性不必担心。但是，必须注意，在砂性冻土中，盐水扩散快，解冻速度会加速。
此外，如果盐水泄漏发生在早期，冻土温度不够低，冻土厚度不够大，盐水易与外界沟通，会带来安全威胁。
5.3、强制解冻
强制解冻是指通过冻结管循环热盐水进行的积极解冻，其解冻速度主要与盐水温度相关，当然与冻土温度、环境温度也有关。
自然解冻与强制解冻效果的比较：冻土厚度1.8m，强制解冻和自然解冻共同作用需要70，而单纯自然解冻则需要约6倍的时间。
日本鹿岛试验：冻土半径1.5米（厚度3m）。自然解冻需要200-300天，用60℃热水循环需要约60天，如用温度90℃，解冻时间减半（60天减到30天)。
三、冻结法联络通道施工重大风险源控制措施
1、从结构内向外钻孔
在冻结孔施工过程中，针对可能出现的水土涌入情况，我们采取二次开孔，同时安装孔口防喷装置（BOP）措施，从结构内向结构外钻孔。
1.1开孔
经过精确测量确定孔位后，在孔位处管片上开直径为130mm，深度约250-300mm （管片厚度为350 mm）的小孔，以不钻穿管片为宜。取出岩芯，打入加工好的φ127mm 孔口管，并用钢筋焊接（至少有4个固定点）固定在管片上，然后安装球阀和孔口密封装置（如下图所示）。
用Φ89×8mm冻结管作钻杆，冻结管之间采用套管丝扣连接，将接头螺纹紧固后再用手工电弧焊焊接，应确保冻结管的同心度和焊接强度，做好这些工作后，开始进行二次开孔。
孔口器
膨胀螺栓
大球阀
连接杆
钻杆
密封装置旁通球阀
隧道管片
冻结孔开孔密封装置示意图
1.2钻进防水土涌入控制
刚开始钻进时采用轻压缓慢钻进，通过密封装置（即密封盒）控制钻进时的出泥量，防止水土涌入。
2、隧道变形控制
为防止联络通道附近成型隧道的变形，在积极冻结之前，应安装隧道预应力支撑，如图2-1所示。支撑共4榀，分别安装在联络通道的预留口两侧的第一条隧道管片环缝处。
图2-1预应力支撑
2.1、隧道支撑安装偏离管片环缝处截面应不大于20mm；
2.2、安装好隧道支撑后顶实千斤顶，但每个千斤顶的顶力不得大于100KN,且每个千斤顶的顶力要基本均匀；
2.3、根据实测隧道的收敛变形调整每个千斤顶的顶力，收敛大的部位要求千斤顶顶力大，不收敛的部位不加力。隧道收敛达到报警值10mm时，千斤顶顶力达到设计值500KN；
2.4、当如千斤顶顶力达到设计值后隧道仍继续收敛，则应采取其它措施加强隧道支撑。
3、防淹门装置
为防止帷幕发生大量砂、水涌出，或位移变形超值，其它措施抢救无效的情况下，为确保通道开挖的安全，钢管片拆除前须按图
图3-1
图3-2应急防护门安装实物图
4、钢管片拆除施工
管片拆除时的风险极大，所以管片拆除前应做好以下几点：
4.1、在拆除钢管片开洞前，利用扭矩扳手将联络通道前后各10～15环管片的纵向和环向连接螺栓全部进行复紧，包括钢管片和砼管片间的连接螺栓；
4.2、此外将未拆除钢管片的环、纵缝进行焊接连接，提高钢管片门架结构的刚度和整体稳定性。焊接前应首先对拼装缝进行除锈除垢处理，避免虚焊。
4.3、应急防护门必须装好，且完成密闭试验；
4.4、必须探明冻结效果；
5、联络通道开挖
由于土体采用冻结法加固，冻土强度较高，冻结帷幕承载能力大，因而开挖时可以采用分上下台阶法开挖，其开挖及内部结构施工就不熬述，就冻结法联络通道开挖步序做一介绍，如图5-1所示先挖1区导洞，然后依次开挖2区、3区、4区、5区、
6区
图5-1联络通道开挖施工次序示意图
6、冻结孔封孔
冻结孔封堵施工也是一个比较关键的工序，如封孔质量控制不好，将后患无穷，尤其在含具腐蚀性的地下水地层中。上海某已运营的地铁隧道从联络通道冻结孔处涌沙的现象也存出现过。
7、融沉注浆
融沉注浆分充填注浆和融沉注浆两部分
7.1、填充注浆
根据施工经验填充注浆在停止冻结前施工完成较好：
原因：在冻结体与结构间形成一个密闭的腔体，注浆效果好，如果按设计停止冻结2-3天后注浆，冻结薄弱的管片与冻结体接触部位已经融化，形成通道，达不到填充效果。
7.2、融沉控制
为了控制冻融沉降和失水固结沉降，融沉注浆应少量多次进行。
四、冻结法联络通道施工应急材料准备
冻结法联络通道施工期间其应急设备及物资的准备一定要有正对性。
1、冻结孔施工期间
冻结孔孔径大3~5cm的圆木楔子10个，双快水泥0.5t，普通水泥1t，棉纱50kg，8磅大锤一把，单液注浆机一台；
2、通道开挖期间
小木楔子50个，双快水泥0.5t，普通水泥10t，棉纱50kg，8磅大锤一把，单液注浆机一台，碎石5方，沙5方；
五、冻结法联络通道信息化施工
冷冻法联络通道施工风险大，将施工中及时反馈并处理的每一变化信息可以起到规避风险，降低事故发生率，所以必须做好以下几点：
1、加强面沉降监测；
2、加强隧道及通道的变形监测；
3、加强冻结系统温度变化的监测；
4、加强循环盐水的监测；
5、及时对各数据进行分析；
6、确保洞内外通讯的畅通
六、冻结法联络通道施工管理
针对冷冻法联络通道施工风险大的特点，施工管理中我们必须做到：
1、现场主管工程师必须认真审阅设计图纸，清楚的了解施工图中的每一个细节；
2、施工技术交底由主管工程师编写，项目总工审核，确保交底的可操作性，同时交底必须交到每一位现场管理人员和作业人员；
3、在联络通道冻结孔和开挖施工期间现场派有经验的技术人员或领工24小时值班，做好每一道施工工序，且严格实施交接班制；
4、其他每一项制度的落实；
七、结束语
回顾2003年上海四号线董家渡隧道联络通道施工引起的震惊全国的隧道坍塌事故。我用“恶小止之，善小为之”（意思是：施工中在小的问题在发现后都必须制止，否则将会给我们带来灾难性的后果；小到一个被丢的螺丝钉，在发现后必须拾起，因为成本控制从细小做起，同时也消除了一个风险源）结束我今天与同仁的交流。
总之，工程本身就是一门艺术，我们必须端正态度、精雕细琢、用心去做，这
样才能做好。
谢谢！
中铁一局无锡轨道交通1号线17标项目部
2011年6月24日
汪远平
武汉长江隧道工程 冷冻法施工作业指导书 编制： 审核： 批准： 中铁隧道股份有限公司武汉长江隧道工程 项目经理部 二零零六年七月 一、编制依据 1.1《地下铁道工程施工及验收规范·GB50299-1999》； 1.2《盾构法隧道工程施工及验收规范·DGJ08-233-1999》；
1.3《地下防水工程施工及验收规范·GBJ208-83》； 1.4《煤矿井巷工程施工及验收规范·GBJ213-90》； 1.5本工程投标文件。 二、编制目的 规范操作程序，指导现场施工。 三、适用范围 武汉长江隧道盾构隧道联络通道冷冻施工。 四、作业概述 该工法是在地层中按预定间隔埋设冻结管（Φ100mm的管径），冷却液在冻结管上循环，则管周围地层中的孔隙水以管为中心生成年轮形状冻土。邻近的冻土柱连接在一起，形成止水墙。 本工程用冷冻机把盐水溶液冷却到-20～-40℃，由循环泵送至冻结管冷却地层，盐水吸收地层的内热后，温度上升，经由盐水冷却泵，返回冷却机降温后，再次进入冷却管，如此反复循环。 五、人员机械配置 机械设备配置表
六、部门职责 1、工程部： ①、负责冻结帷幕设计计算、冻结孔布置及制冷设计； ②、冻结施工过程现场监督，冻结效果检查。 2、设物部： ①、负责冷冻设备的维修、保养； ②、保证电力持续、足量供应。 3、操作班组： ①、严格按照冷冻设计布孔、埋管； ②、钻机、冷冻机械操作。 七、作业流程 作业流程见下图。 7.1 施工准备 7.1.1在隧道内敷设一条120mm2动力电缆，用于冻结钻孔施工及隧道内冻结
作业流程图 系统安装供电。 7.1.2利用隧道内清水、排污管道，用于冻结孔打钻和冻结站运转的供水和排污。 7.1.3在旁通道施工工作面两端砌高约0.5m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。 7.1.4用厚4～6cm的木板在旁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φ1.5″钢管搭建冻结孔施工脚手架。 7.2冻结孔定位与管片开孔 根据冷冻设计计划的基准点，按冻结孔施工图进行冻结孔孔位放线，提请注意的是：孔位布置首先要依据管片配筋图和钢管片加强筋的位置，在避开主筋的前提下可适当调整，一般不应大于100mm。 7.2.1在正式开孔前，利用检查孔，即隧道管片上的补浆孔钻Ф38mm小孔径探孔，检查地层稳定性。 7.2.2开孔选用J-200型金刚石钻机，配φ130mm金刚石取芯钻头进行钻孔，深度约300mm，以不钻穿管片控制。用钢楔楔断岩心、取出后，打入加工好的孔口管，并固定，每个孔口管要至少有4个固定点固定在管片上。 7.2.3开孔顺序 根据旁通道施工的孔位，采用由上向下的顺序施工：即先施工穿透孔，根据穿透孔的偏差，进一步调整有关的钻进参数，再按由上向下的顺序施工，这样可防止因下层冻结孔的施工引起上部地层扰动，减小钻孔施工时的事故发生率。 7.2.4钻孔偏斜和终孔控制 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，相邻终孔间距不得大于1.0m，否则应补孔。 冻结孔钻进深度应不小于设计深度，不大于设计深度0.2m（钻头碰到隧道管片者除外）。 7.3冻结孔钻进与冻结管设置
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，我国采用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XX、北京、深圳、南京等城市地铁工程施工中。XX集团在XX地铁M8线Ⅲ标段XX站～XX中路站区间隧道旁通道工程施工中,采用了冻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,形成本工法。 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经验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，不稳定地层均可采用冻结法施工技术； 2、冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，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，对周围环境无污染，无异物进入土壤，噪音小，冻结结束后，冻土墙融化，不影响建筑物周围地下结构； 4、冻结施工用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，进行地下工程掘砌作业。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，又可采取强制解冻技术使其融化。
地铁施工旁通道冻结法施工工艺 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，我国采用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xx、xx、xx、xx 等城市地铁工程施工中。公司在xx地铁隧道旁通道工程施工中，采用了冻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，形成本工法。 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经验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，不稳定地层均可采用冻结法施工技术； 2、冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，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，对周围环境无污染，无异物进入土壤，噪音小，冻结结束后，冻土墙融化，不影响建筑物周围地下结构； 4、冻结施工用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，进行地下工程掘砌作业。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，又可采取强制解冻技术使其融化。 五、工艺流程冻结法 六、施工操作要点施工时，应不断对每个施工工序进行管理。控制冻结孔施工、冻结管安装、冻结站安装、冻结过程检测的质量。
特殊凿井 绪论 一、特殊凿井分类 特殊施工是相对于普通施工技术而言，可定义为：在松散不稳定含水地层，或在涌水量很大的稳定裂隙岩层中，采用围岩加固、堵水、超前支护或采用大型钻井机械施工的技术，这种技术主要有：冻结法、注浆法、钻井法、沉井法、混凝土帷幕法等表土施工技术。 深表土——冻结法、沉井法、钻井法、注浆法。 特殊凿井施工技术按其实质和特点可分为三类： 1、超前支护类 在地下工程挖掘之前，采用超前支护以隔绝或减少流砂和地下水的涌入，然后在超前支护的保护下掘进，属于此类者有：沉井法、混凝土帷幕法。 2、围岩加固类 在地下工程开凿之前，采用措施暂时，永久地加固围岩，改善围岩的稳定条件，而后进行掘砌作业，如冻结法、注浆法等。 3、机械破岩类 应用大型机械直接破岩、出矸，使卸掘砌作业机械化图钻井法等。 二、岩特殊凿井的历史 53年新汶孙村矿注浆井首次采用深井法。 55年新汶张庄矿首次在井筒进行工作面预注浆 55年开滦矿物局林西矿采用冻结法（波兰设计与施工） 56年开滦矿物局唐家矿采用冻结法（苏联指导，自己设计施工） 58年峰峰矿物局薛村矿主井采用地面预注浆 69年淮北矿物局朔利村南风井采用钻井法 74年鹤岗矿物局兴安矿南风井采用混凝土帷幕法 目前： ①沉井法（沉箱法）于90年代在煤矿使用，软表土地基中土建工程用的很多。沉深192m——曲阜单家村主副井，上海基础公司沉井。 ②帷混凝土帷幕法84年施工新汶鄂庄注浆井是使用，单深57m，主要用于地下挡土墙，水电部的应用较多， ③钻井法主要在西淮地区，φ9m，单深513m， ④冻结法，目前龙崮主副风井三个井筒采用，副井冻结深度650m，巨野煤田郭屯冻结达到702m；国投新集口孜东主井冻深737m，万福主井894m，万福副风井840mm。 ⑤注浆法遍及各矿区主井，平巷，硐室均在采用。 主要内容：冻结法、注浆法、钻井法、沉井法、混凝土帷幕法看录像。 第一章：冻结法施工 冻结法应用较多，尤其对深层表土的矿区，目前冻结法施工逐渐有城市的地铁发展，这里我们以矿区为例介绍。 §1、概述 冻结法凿井既是在井筒开挖之前，用人工制冷的方法，将井筒周围的岩层冻结形成封闭的圆筒——冻结壁，以抵抗地压，隔绝地下水与井筒的联系，然后在其保护下，进
7、冻结法联络通道施工工法 7.1 施工顺序 在第一台盾构机掘进贯通后立即开始联络通道施工，采用冻结法进行地层加固，然后采用矿山法在区间隧道内直接进行联络通道的开挖、初期支护、防水和衬砌施工。 由于盾构隧道内施工空间狭小，机械设备运输、转场困难，选择从最先贯通的隧道内向另外一侧隧道侧施工。 由于冻结加固和后续结构施工工序之间工艺要求衔接紧密，合理的安排各个联络通道的开工时间，是实现联络通道安全、快速施工的关键。 7.2施工流程 ①施工准备→②冻结孔施工和冻结管路安装→③积极冷冻，隧道管片加固保暖→④水平钻孔检验冻结效果→⑤打开钢管片→⑥联络通道开挖并实施临时支护，全过程维护冷冻→⑦防水层施工联络通道内衬结构施工→⑧冻结孔封孔、地层跟踪注浆、撤离。 7.3冻结加固方案施工 7.3.1 冻结帷幕 7.3.2 冻结孔布置及制冷 （1）冻结孔的布置 冻结孔开孔间距：冻结孔取0.8～1.0m。冻结孔偏斜控制，原则上不允许内偏，为减少冻土挖掘量，应控制终孔径向外的偏角在0.5～1.0°范围。终孔间距最大控制在1.4m之内。根据施工工艺确定，冻结管选用φ89×8mm低碳钢无缝钢管。 联络通道冻结施工冻结孔布置形式及数量见表。 联络通道冻结施工冻结孔布置形式及数量一栏表 （2）制冷
①冻结参数确定 设计盐水温度为-28℃～-30℃。 冻结壁厚度：3.0m。 冻结孔单孔流量不小于4m3/h。 冻结孔终孔间距Lmax≤1400mm，冻结帷幕交圈时间为35天，达到设计厚度时间为45天。积极冻结时间为50天，维护冻结时间为60天。为保证缩短冻结时间，保证整体冻结效果，在另一侧盾构隧道的联络通道冻结相应位置处在管片内部设置保温层。 测温孔和泄压孔分别为8个和4个，具体位置视现场情况而定。测温孔一般定在终孔间距较大的位置。 ②需冷量和冷冻机选型 冻结需冷量计算：Q=1.2·π·d·H·K 式中:H—冻结总长度； d—冻结管直径：φ89×8mm； K—冻结管散热系数：1.2； 将上述参数代入公式得： Q=1.2·π·d·H·K =61989Kcal/h 选用YSLGF300型螺杆机组2台套，设计工况制冷量为87500 Kcal/h，电机功率95KW。 ③冻结系统辅助设备 盐水循环泵选用200S42A型2台，流量200m3/h。 冷却水循环选用IS125-100～250J型2台，流量200m3/h，电机功率30KW。 冷却塔选用NBL-50型2台，补充新鲜水15m3/h。 ④管路选择 （1）冻结管选用Φ89×8mm，20#低碳钢无缝钢管，丝扣连接，单根长度1m 或1.5m。 （2）测温孔管选用Φ40×4mm，20#低碳钢无缝钢管。 （3）供液管选用Φ48×3mm钢管，采用焊接连接。 （4）盐水干管和集配液圈选用Φ159×6mm无缝钢管。 （5）冷却水管选用Φ133×4.5mm无缝钢管。
126 实例8：用于隧道支护中的地层冷冻法（隧道译丛1985-5） 1．以往的应用 在冻结的地层中开挖洞室，采用任何一种方法，有时总会遇到意外的困难。而爆破法或许是一种有效的方法。与岩石比较，当然冻结的材料不如其坚硬，但对于起爆点来说不存在裂化。冻结的地层是致密和不透水的。 用人工法来冻结地层使地层更加坚固和密实，这一概念是在大约一百年以前产生的。德国人首先采用在通过含水土层的矿山竖井施工中。 在瑞士第一次考虑采用这种方法要追溯到1908年对勒奇堡铁路隧道的病害处理。当时松散地层伴随高压水意外地坍塌，水和碎石涌入开挖的坑道，大约充填了1km ，淹没了25个人(图1)。 为了定出沿隧道轴向劣质土体的长度，用一台德国冷冻压缩机从地表打下两个勘探孔，一直打下220米深，超过隧道底部，发现底下没有岩石，即确定出隧道的位置后，沿轴向必须要通过350米极坏地层。若用冷冻压缩机从地表通过钻孔来冻结地层或许能够开挖，然而当时这样一种装置的造价超过一般通用的设备，造价昂贵。因此，决定改变隧道方向，来一个大的拐弯，使隧道轴线不脱离密实的岩层。这样就使隧道延长了约800米，但允许用常规的爆破法继续开挖。 在瑞士第一次真正使用冷冻法是1968年在翁格林(Hongrin ）属于水工用途的一个过水隧洞。当时证明，在不得已的情况下冷冻法是最后一种可采用的手段。由于隧洞完全位于岩层之中，又加上高压水的作用，使隧洞堵塞停工达两年。在试用其它方法处理以后，在这种情况下求助于冷冻法。 围绕奥尔滕(Olten)铁路系统改建工程中，有一浅埋的博尔纳(Born)隧道已经施工。部分位于粘土层斜坡上，由于覆盖层相当薄，冷冻是靠从地表垂直打下或多或少的管子来实现的。 2．米尔黑布克隧道 最近的一个工程实例是在苏黎士市区的米尔黑布克(Milchbuck)公路隧道。对于这个例子我们将比较详细地加以讨论，不仅阐述这—施工方法的特性，还要对如何解决与市区的正确位置有关的问题进行讨论。 米尔黑布克隧道在苏黎士市高速公路网内，是一条重要线路。它从利马(Limmat)山谷通向米尔黑布克山，位于2.7％的坡道上(图3)，其中有1300米长的一段是用常规明挖法施工的。上部位于泥灰岩和砂岩地层，不需赘述，剩下350米的一段通过冰积层，而更不利的
地铁施工技术交流材料 冷冻法联络通道施工技术及风险控制措施 一、冻结法的基本原理与特点 采用冻结法对地层土体进行加固，是指利用人工制冷技术,使地层中的水结冰,把天然岩土变成冻土,增加其强度和稳定性,隔绝地下水与地下工程的联系,以便在冻结壁的保护下进行地下工程掘砌施工的特殊施工技术。其实质是利用人工制冷临时改变岩土性质以固结地层。 1、岩土冻结实质 岩土冻结性质的改变，即将含水地层（松散土层或裂隙岩层）冷却至结冰温度下，使土中孔隙水或岩石裂隙水变成冰，岩土的性质发生重要变化，形成一种新的工程材料——“冻土”。 2、冻土结构特点 而冻土结构具有较高的强度和绝对的封水性。 3、冻土结构功能 冻土结构的承载功能和封水的不承载功能。 4、制冷方法 其制冷技术方法，通常使用制冷设备，利用物质由液态变为气态,即气化过程的吸热现象来完成的。 4.1、有两种类型：⑴、冷媒剂(盐水)吸热：氨 (-33.4℃)；干冰(-78.5℃)；⑵、直接气化吸热：液氮(-19 5.8℃)；干冰(-78.5℃) 4.2、冻结系统常有两种类型：⑴、封闭系统（盐水冻结）；⑵、开放系统（液氮冻结） 5、冻结法的适应性 冻结法加固与其它加固方法相比，其适应性更强，能够适应粘土、粉土、砂层以及砾石、卵石等任何地层。
6、冻结法的特点 6.1、冻土帷幕的变化性：⑴、冻土范围可变；⑵、冻土温度可变；⑶、冻土强度可变（强度是温度的函数） 6.2、冻土帷幕的连续性：水在负温下结冰的必然性； 6.3、冻土帷幕的可知性：通过温度测试可判断冻结范围、冻土强度 7、冻结法施工的优点 7.1、安全性好：⑴、冻土强度较高；⑵、冻土连续性可靠、封水性好 7.2、适用性强：⑴、适用于几乎所有具有一定含水量的松散地层（包括岩石）； ⑵、复杂地质条件可行（流砂、大深度、高水压） 7.3、灵活性高：⑴、冻土帷幕性状（范围、形状、温度、强度）可控 8、冻结法施工缺点 由于冻结法所形成的冻土帷幕其范围、温度、强度具有变化性，其冻结范围、强度随温度的变化而变化，如果供冷不足或外部热源可导致冻土帷幕性能（范围、强度）退化，安全性能降低，施工风险增大。众所周知，上海地铁4号线联络通道施工时，其冻结帷幕失效，发生重大工程风险事故，给国家造成严重的经济损失。 8.1、冻胀融沉：⑴、对环境有一定的影响，严重时具有一定的破坏力； ⑵、融沉控制不当可导致结构差异沉降和长期沉降； 8.2、风险性：⑴、供冷不足或外部热源可导致冻土帷幕性能退化（范围、强度）； ⑵、流水作用下冻土可快速消融 8.3、局限性：⑴、地下水流速影响冻结效果；⑵、地层含盐影响冻结效果； ⑶、含气地层可影响冻结效果 9、冻结法的应用 通过冻结法加固所形成的冻土帷幕，其形状、范围、温度、强度完全可以受控，且通过温度测试可判断冻结范围、冻土强度。因此，人工冻结地层加固方法被广泛用于需要进行地层加固和封水（冻土帷幕）要求工程施工领域。特别是随着我国城市地铁轨道交通的发展，软土隧道盾构的进出洞、联络通道等风险性较高的工程项目，常
冻结法加固应用于盾构隧道施工 浙江大成建设集团有限公司章履远 由于搅拌桩、注浆、高压旋喷等土体加固方法存在土体加固不均，可能存在局部薄弱带而不能封堵具有压力的地下水。而采用冻结土形成的冻结帷幕，其冻土墙均匀性好、强度高（大于3MPa）。尤其是冻结体与井壁能做到无缝对接，可保证滴水不漏。因此，大直径的泥水平衡盾构大多采用冻结法加固技术。大直径泥水平衡盾构使用最多的是日本，其进出洞土体加固大多采用冻结法。 1995年，上海延安东路南线隧道，11.22m泥水盾构，当时始发井采用水泥土搅拌桩加固，盾构出洞始发，因覆土浅产生冒浆而不能建立泥水平衡，影响了3个月工期后，最后改用冻洁法加固土体取得成功（国内第一次）。从2001年以来，上海的泥水平衡越江隧道，如大连路隧道、复兴东路隧道、翔殷路隧道、上中路隧道等都采用了冻结法加固取得成功。因此，掌握冻结法施工技术对隧道工作者来说，也是必不可少的工作。 然而，冻结法施工最大缺点是施工成本高，冻融隆沉大，应该懂得采取相应技术措施。下面就来谈一谈冻结法的施工和用冻结法施工的成功案例。 一、冻结法施工技术 1、概况：
冻结法是利用人工制冷技术使地层中的水冻结，把天然岩土变成冻土，从而增加岩土的强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁保护下进行隧道、竖井、地下联络通道和其他地下工程的开挖与施工的一种特殊施工技术。其实质是人工制冷技术临时性改变岩土的状态以固结地层。 冻结法施工技术在矿井建设、地基基础工程、水利工程、河底隧道、地下铁道和其他地下工程中，当遇到不稳定地层或含水量丰富地层、裂隙岩层等，只要是地下水含盐量不大，且流速慢（6m/d）都可以采用冻结法固结地层，完成地下工程施工。 英国人和德国人早在1862年、1883年利用冻结技术完成建筑基础、煤矿深井施工。1886年、1906年瑞典和法国用冻结法施工人行隧道，穿越河底地铁工程。前苏联、日本也在20世纪70年代用冻结法施工地铁隧道，排水管等。据不完全统计已有数百项工程用冻结法来完成工程施工。 我国从1955年～1999年在煤炭系统，利用冻结技术，建设煤矿竖井近500个，总长达70Km，最大冻结深度达435m。随着冻结技术不断发展，水平冻结、斜井冻结也取得成功。近年来，随着地下工程日益增多，特别是地下铁道建设兴起，冻结技术开始应用于城市地铁工程的隧道施工。北京、上海、广州已分别采用了垂直冻结、水平冻结技术完成了多
3-2-8垂直冷冻施工技术 1前言 1.1冻结法概述 1.1.1冻结法 冻结法是利用人工制冷技术，在地下开挖体周围需加固的含水软弱地层中钻孔铺管，安装冷冻器，然后利用制冷压缩机提供冷气，通过低温盐水在冻结器中循环，带走地层热量，使地层中的水结冰，将天然岩土变成冻土，形成完整、密闭、高强度的临时加固体，从而达到加固地层、隔绝地下水与地下工程联系的目的。然后，在冻结体的保护下进行地下工程的开挖施工，待衬砌支护完成后，冻结地层逐步解冻，最终恢复到原始状态。 1.1.2地层冻结技术的特点 同其它土体加固方法相比，冻结法具有以下优点： 1、冻结加固使土体中的大部分水分结冰，提高了土的强度，而且强度均匀。 2、整体支护性能好，冻结帷幕形成后，冻结帷幕内不会存在任何缝隙，是一个完整的支护体；封水效果好，可保证开挖工作面在无水条件下作业。 3、能适应不同的地质条件，冻结深度不受限制，而注浆、地下连续墙等方法对地质条件的适应能力差，而且其加固深度有一定的限制。 4、适应各种结构形状地下工程的施工。冻结加固体的形状、大小，可以根据需要灵活设计。 5、环保型工法。由于冻结法是一种临时措施，所冻地层最终要恢复到原始状况，因而能够保护城市地层地质结构和地下水不受污染。 6、施工方便，简单，经济上合理。国外的工程实例表明，冻结工程成本与其它施工（如注浆和旋喷）处于相同的数量级，而且随着加固深度的加大，冻结工法的经济性越来越来明显。 基于以上优点，冻结法在城市地下工程越来越受到重视，已经被广泛应用于地基基础工程、城市地铁、隧道工程、水利工程等市政工程中。 1.2冻结法的适用条件 根据相关资料及《建井工程手册》规定，冻结法主要适用于含水量超过10%，地下水速度不大于10m/d的软弱围岩隧道预加固工程中，遇有流砂、淤泥、卵石、砂砾等含水不稳定冲击层或裂隙中含水的岩层时都可采用。 目前冻结法在城市隧道工程中主要应用于： 1.盾构法隧道施工中，盾构进出洞土体加固。盾构进出洞时，承受着工作井附近土体产生的巨大地压和水压，可能导致涌水和土体坍塌。目前常用旋喷技术和注浆法加固土体，效果不够理想，常遇到注浆不均匀和盾构刀盘切削浆液结石体等困难，而冻结技术能有效地解决这些问题。 2.盾构法隧道施工中，地下或海底对接时土体加固。近年来，世界上许多国家的盾构隧道采用对头掘进，以缩短工期，除采用立井对接方式外，还采用不开凿立井而在地下或海底直接对接。 3.城市地铁泵房、旁通道和急转弯部分根据地铁设计要求，间距1km左右需在并排隧道间设立
冻结法施工技术 冻结法施工技术，即是利用人工制冷的方法把土壤中的水冻结成冰形成冻土帷幕，用人工冻土帷幕结构体来抵抗水土压力，以保证人工开挖工作顺利进行。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，我用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。经过多年来国外施工的实践经验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，不稳定地层均可采用冻结法施工技术； 2冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，冻土强度可达5-10Mpa，能有效提高工效； 3冻结法施工对周围环境无污染，无异物进入土壤，噪音小，冻结结束后，冻土墙融化，不影响建筑物周围地下结构； 4冻结施工用于桩基施工或其它工艺平行作业，能有效缩短施工工期。 人工冻结法在地铁府园车站的应用
摘要：地铁一期工程府园车站南隧道盾构法施工时，洞门两侧出现大量流砂，附近区域的沉降量较大，为了确保地下管线和地面交通的正常使用和安全运行，在首次实施了地下工程的人工冻结法施工。本文论述了冻结法在该工程中的冻结设计、施工工艺及对周围环境影响等问题和实际取得的效果。 关键词：冻结法,地铁,盾构 引言 我国冻结法现已成为成熟的凿井施工技术，但在城市岩土工程中的应用还不多。冻结技术可在地面城市地下工程中的应用围包括：盾构隧道盾构进墙、深层搅拌桩以及压密注浆对土体进行加固，在凿除洞门钢筋混凝土时发现洞门中心处东、西两侧有流砂涌入，迅速采用双液注浆堵水，过了两天又在有大量流砂涌入，对周围环境产生较大的影响，其中端头井东侧的沉降量增大，东部20 平方米区域下陷1.5 m 左右(图1)。在这种情况下施工单位及时出洞土体加固、盾构隧道地下或海底对接时土体加采取措施，以保证施工以及周围环境的安全。固、城市地铁泵房、旁通道和急转弯部分、建筑基根据管线及房屋调查结果显示，在府园车站坑加固、地下工程涌水、坍塌事故的抢险修复、地南端头井的东侧沿南路方向15 m 围有下隧道交叉处土体加固、桥墩基础施工等。地380 V 的电缆一根，直径约900 mm 的下水管一根，铁南北线一期工程TA7 标府园车站端头井洞门南侧沿建邺路方向15 m 围有380 V 的电缆一补充加固时中煤矿山工程采用冻结法
冻结施工方案设计 3、冻结施工关键技术 3.1 水平冻结孔施工技术 〔1〕采用二次开孔工艺，以防钻透地下连续墙时大量出泥出水。一次开孔采用金刚石取心钻在地下连续墙上钻进300mm深左右，不钻透连续墙。一次开孔钻进完毕，下入孔口管并安装阀门，接着进行二次开孔钻进，直至钻透连续墙。连续墙钻透后，立即退出开孔钻头，关闭阀门。 〔2〕用夯管法下冻结管，夯管和钻进时安装类似轴封的孔口止水装置。对于需要穿透对侧地下连续墙的冻结孔，那么先用夯管法下套管〔套管下至对侧连续墙墙面〕，然后用钻机在套管中钻透对侧连续墙，再用夯管法下入冻结管。钻进对侧地下连续墙时，钻头部位安装逆止阀和岩心管。 〔3〕下完冻结管后，对冻结管与孔口管及套管间的间隙和孔口附近地层进行注浆充填。 〔4〕下泄压管〔滤水管〕时，在泄压管内装满三合土，以防夯进泄压管时出水，影响施工。 〔5〕确保冻结孔定位准确。冻结管夯进时，预设朝隧道外结构面法向的外偏角为0 .5～1°，以防冻结孔太靠近开挖面，影响冻结壁有效厚度。 3.2 地层冻胀和融沉控制技术 〔1〕在冻结壁内未冻土中设泄压孔，通过放水、排泥来减小冻结壁内的水土压力和消散作用在地铁一号线上体馆站底板上的冻结附加力。泄压孔采用Φ140mm以上的钻孔。泄压孔滤管不包纱网，以便在冻胀引起地层压缩时，可从泄压孔泄水或排除部分土体。施中可根据车站结构及地层变形监测结果和泄压孔中的水压变化情况进行泄压。 〔2〕在地铁一号线上体馆站底板附近增设冻结孔和加热孔各1个，加热孔兼作测温孔。根据工程监测结果，合理调整冻结孔的供冷量。在特殊情况下，还可通过在加热孔中循环热水来迅速提高冻结壁温度，使冻结壁软化，从而减小冻胀力。在采取上述措施的同时，还注意控制好上体馆站底板附近冻结孔的盐水流量，使车站底板下边的温度处在-5～-10℃之间，实现了在保证冻土强度的情况下，尽量减小车站底板温度应力的目的。 〔3〕合理安排冻结顺序，减小冻胀引起的地层变形。根据不同位置冻结壁受力分布情
冻结法施工工艺 地铁施工旁通道冻结法施工工艺冻结法施工工法一、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，我国采用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。公司在上海地铁隧道旁通道工程施工中，采用了冻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，形成本工法。 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经验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，不稳定地层均可采用冻结法施工技术； 2、冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，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，对周围环境无污染，无异物进入土壤，噪音小，冻结结束后，冻土墙融化，不影响建筑物周围地下结构； 4、冻结施工用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，进行地下工程掘砌作业。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，又可采取强制解冻技术使其融化。 五、工艺流程冻结法 六、施工操作要点施工时，应不断对每个施工工序进行管理。控制冻结孔施工、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开孔间距误差控制在±20mm内。在打钻设备就位前，用仪器精确确定开孔孔位，以提高定位精度。 1.2准确丈量钻杆尺寸，控制钻进深度。 1.3按要求钻进、用灯光测斜，偏斜过大则进行纠偏。钻进3m时，测斜一次，如果偏斜不符合设计要求，立即采取调整钻孔角度及钻进参数等措施进行纠偏，如果钻孔仍然超出设计规定，则进行补孔。 2、冻结管试漏与安装 2.1选择φ63×4mm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）采用丝扣联接加焊接。管子端部采用底盖板和底锥密封。冻结管安装完，进行水压试漏，初压力0.8MPa，经30分钟观察，降压≤0．05MPa，再延长15分钟压力不降为合格，否就近重新钻孔下管。 2.3冷冻站安装完成后要按《矿山井巷工程施工及验收规范》要求进行试漏和抽真空，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为确保冻结施工顺利进行，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，以便控制流量。 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。
井筒冻结法施工工艺和风险分析 【摘要】冻结法具有适应性强、支护结构灵活、隔水性好等特点，在深厚表土层中井筒施工主要采用冻结法。本文介绍冻结法的施工工艺进行介绍，为深厚表土层冻结施工提供经验。 【关键词】井筒冻结设计；冻结施工；冻结原理 【Abstract 】Freezing method has strong adaptability and flexible support structure ，impermeable and good features，in deep alluvium Shaft Construction mainly freezing method. This article describes the method to freeze the construction process will be introduced to freeze the construction of deep topsoil provide experience. 【Key words 】Freeze wellbore design；Freeze construction；Freeze principle 1.引言由于我国地层条件比较复杂，在华东、华北、西北地区井筒建设无法采用普通凿井法凿井，需要采用冻结法、沉降法和盾构法等特殊凿井技术进行建设。当建设井筒地层为不稳定厚表土层时，采用的施工方法主要以冻结法为主。并且煤矿向深部开采延伸，其井筒往往要穿过特殊地层，如过含水丰富或碎破的基岩，都要采用冻结法施工。因此，冻结法施工是广泛采用行之有效的技
术方法之一。 2.冻结原理在地下工程施工之前，采用人工技术制冷，将地下工程周围的含水或者含有松散碎石岩层冻结，形成冻土结构物 一一冻结壁，用来承受来自地层中压力和隔绝砂子和地下水涌入，然后在形成冻土结构中进行开挖、支护的特殊施工方法称为人工冻结法(简称冻结法) 。 3.冻结设计在深厚表土层采用冻结法建设井筒，冻结壁设计是关键问题之一。冻结壁设计的优劣直接关系到整个井筒施工能否安全顺利进行。冻结壁设计包括盐水温度、冻结深度、冻结壁厚度、冻结圈径等内容。设计和施工人员总结经验发现，冻结壁设计首先考虑冻结壁强度条件，其次要考虑地层、施工工艺等对冻结壁形成的影响，从而来设计冻结壁初始厚度。之后再用冻土平均温度检验其厚度是否满足要求，用冻结粘土的强度校核冻结壁厚，最终确定冻结壁厚度。以下为冻结壁厚度确定计算过程： 3.1初始设计冻结壁厚度。以最深部的砂层深度，采用公式 p=O.OI27H ( MPa)计算地压，运用多姆克公式来计算冻结壁初始厚度：E=R( 0.29Pmax/ 8 +2.3P2min/ 8 )，式中：P 地压；D 最大地压壁厚；E 井筒掘进半径；R 井筒掘进半径； 8冻土允许抗压强度。 3.2计算冻土平均温度。初始冻结壁厚度确定后，根据盐水、井帮预计温度及钻孔间距离等参数计算得出的冻结壁温度，判断其是否高于设计冻土平均温度，若大于则要增加冻结壁厚度或降低盐
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 宁波市轨道交通1号线一期工程TJ-Ⅷ标 区间联络通道及泵站 施工组织设计 编制： 审核： 审批： 中煤第五建设有限公司上海分公司 二○一一年十一月
目录 1 编制依据------------------------------------------------------------------------- 1 2 工程概况------------------------------------------------------------------------- 1 3 施工方案------------------------------------------------------------------------- 5 3.1 施工方案的选择------------------------------------------------------------- 5 3.2 冻结壁设计----------------------------------------------------------------- 6 3.3 冻结孔及冷冻排管布置------------------------------------------------------- 6 3.4 测温孔、泄压孔布置--------------------------------------------------------- 6 3.5 冻结制冷系统设计----------------------------------------------------------- 7 3.6 冻结加固施工技术要求-------------------------------------- 错误！未定义书签。 3.7 开挖构筑施工技术要求-------------------------------------- 错误！未定义书签。 3.8 施工难点及控制原则---------------------------------------- 错误！未定义书签。 4 冻结加固施工---------------------------------------------------- 错误！未定义书签。 4.1 施工准备-------------------------------------------------- 错误！未定义书签。 4.2 冻结钻孔施工---------------------------------------------- 错误！未定义书签。 4.3 冻结制冷系统安装----------------------------------------------------------- 7 4.4 溶解氯化钙和机组充氟、加油------------------------------------------------- 8 4.5 积极冻结------------------------------------------------------------------- 8 5 开挖构筑施工--------------------------------------------------------------------- 9 5.1 施工准备------------------------------------------------------------------- 9 5.2开管片--------------------------------------------------------------------- 11 5.3 土方开挖------------------------------------------------------------------ 12 5.4 初期支护------------------------------------------------------------------ 13 5.5 防水层施工---------------------------------------------------------------- 14 5.6 结构层施工---------------------------------------------------------------- 15 5.7 排水管、预埋件、预留洞施工------------------------------------------------ 15 6 充填注浆与融沉注浆-------------------------------------------------------------- 16 6.1 衬砌后充填注浆------------------------------------------------------------ 16 6.2 融沉补偿注浆-------------------------------------------------------------- 16 7 冻结孔封孔及钢管片处理---------------------------------------------------------- 17 8 施工监测------------------------------------------------------------------------ 18 8.1 冻结孔监测---------------------------------------------------------------- 18
水平冻结施工技术 1.水平冻结设计 1.1设计原则与关键技术 1.1.1设计原则 ⑴在水平冻结加固后，保证在隧道掘进过程中围岩具有足够的稳定性，确保施工安全。 ⑵保证施工过程中引起的地层沉降满足设计要求，以确保地面建筑物和地下管线的安全。 ⑶满足环境保护及施工供水、供电能力要求。 ⑷进行系统的施工监测，实现信息化施工。 1.1.2关键技术 ⑴冻结孔施工 为了确保冻结孔的施工质量，先在钻孔工作面(钻孔桩和旋喷桩复合结构)用金钢石取芯钻开孔，并埋设孔口管，正常钻进采用跟管钻，孔口安装密封装置，使泥浆在封闭系统中循环，并用特制的精密水平孔陀螺仪测斜，以确保钻孔质量与施工安全。 ⑵在积极冻结期内，根据监测信息控制冻土帷幕的温度，保证帷幕形成的强度和均匀性。 ⑶冻胀融沉的控制 1.2冻结段划分及施工顺序 由于水平冻结段施工81.86m，且在缓和曲线上，根据水平孔钻进技术条件，隧道分两段冻结。第一段冻结长度为55m，第二段冻结长度为37m，两段冻土帷幕间的搭接长度为10m。在第一段掘进至45m时，现浇400mm厚的钢筋混凝土墙密闭开挖工作面，并回头将断面径向扩大1.3~1.4m，长4m 的隧道断面，作为第二段隧道冻结施工作业面。其冻结段划分见图
2-13-2-1。 施工顺序为：明挖段工作井施工→第一段隧道冻结孔钻进→积极冻结→冻结维护及第一段隧道掘进及初衬施工→扩大段施工→第一段隧道地基强制化冻、注浆和施工内衬→第二段隧道冻结孔钻进→积极冻结→第二段隧道掘进和初衬施工→第二段隧道地基强制化冻、注浆和施工内衬→停止冻结及进行其它冻结孔注浆→冻结设备拆除。 1.3冻土帷幕设计 1.3.1设计基础资料 取土的平均容重为19kN/m3,变形模量为6MPa，泊松比0.395。取冻土(平均温度-10C)的变形模量150MPa，泊松比0.3，设计抗折强度为1.8MPa(上海地区淤泥质粘土的极限抗折强度试验值为 2.8～3MPa)，单轴抗压强度5MPa。取地面超载为67kPa（约为土层承载力的2/3）。隧道覆土厚度按11m 考虑。 1.3.2冻土帷幕结构形式 冻土帷幕的断面形状与隧道开挖断面相似，其有效厚度为1.4m，见图2-13-2-2。 1.3.3冻土帷幕的承载力计算 取出冻土帷幕及地层的一个截面，按线弹性平面应变问题计算冻土帷幕的应力、应变分布。取模型的宽度为24m，高度为28m。 用有限元法进行冻土帷幕的受力与变形计算。经ANSYS计算，结果见表2-13-2-1。从表中可以看出，冻土帷幕的承载能力是足够的。 图2-13-2-1
第6卷 第2期 地下空间与工程学报V o.l6 2010年4月 Ch i nese Journa l o f U nderg round Space and Eng ineer i ng A pr.2010 地铁隧道冻结法施工融沉控制方案及实施* 曹红林 (中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉 430063) 摘 要:人工冻结法开始逐步被应用于城市地下工程的开挖和支护以来,以其对各种地层的适应性强,对环境影响小等特点,较其他地基处理工法显示了较大的优势,但冻结引起的土体冻胀融沉对环境产生了负面影响,制约了冻结法在对环境要求高的地方的应用。为了减缓融沉对环境造成的影响,一般工程中采用注浆补偿的方法,在冻结后开始解冻时配合注浆来控制冻土的融化沉降。作者结合具体工程实例介绍了冻结法施工融沉控制方案及实施要点,给出了融沉注浆的施工工艺的原则和主要施工参数,该工程实践对以后类似工程的实施具有一定的指导和参考价值。 关键词:地铁隧道;冻结法施工;注浆;融沉控制 中图分类号:TU472.9 文献标识码:A 文章编号:1673-0836(2010)02-0387-04 Thaw i ng Settle m ent Control of Subway Tunnel Constructi on by Artificial Ground Freezi ng Cao H ong li n g (Ch i an R ail way S i yuan Survey an d D esign G roup Co.,L t d.,W uhan430063,China) Ab stract:A rtific i a l freezi ng me t hod is w i dely used i n t he c i v il underground excava ti on and suppo rti ng pro jects t hese years,it i s super i or to othe r g round treat m ent me t hods because it i s we ll suit for a l m ost a ll k i nds of l ayers and has l ess i m pac t on env iron m en t.H owever,t he frost heave and tha w i ng settle m en t exert bad i nfl uence on surround i ngs so tha t th i s me t hod is no t adopted i n pro j ects w here t here i s h i gh environment pro tecti on requ irem ent.In order to reduce the infl uence of t ha w i ng settl em ent on environm ent,the m ethod o f grouti ng and compensati on w hen thaw i ng is adopt i n gene ra l pro jects.T his text comb i nes a concrete eng i nee ri ng exa m ple tha t t he m easures and sche m es of t haw i ng se ttle m ent contro l are i ntroduced,and puts f o r w ard techno l og ical pr i nciples of tha w subsidence and its m ai n constructi on param eters,prov idi ng hi gher gu i dance and va l uable reference for si m ilar pro j ects i m p l em entation henceforth。 K ey w ords:underg round ra il w ay tunne;l construction by artificial ground freezi ng;grouting;thaw ing settle m en t contro l 1 引言 人工冻结法是利用人工制冷技术,使地层中的水冻结,把天然岩土变成冻土,增加其强度和稳定性,隔绝地下水与地下工程的联系,以便在冻结壁的保护下进行隧道、竖井和地下工程的开挖与衬砌施工的特殊施工技术。我国于1955年首次在开滦林西风井使用盐溶液冻结法凿井并获成功,之后便在全国推广使用。我国冻结法的应用已有50年的成熟经验,已建成400余项冻结立井工程,总延米 *收稿日期:2009 11 24(修改稿) 作者简介:作者简介:曹红林(1972-),男,安徽泾县人,硕士,工程师,主要从事隧道及地下工程方面的设计工作。 E ma i:l tsych@l163.co m