冷凍法施工作業(yè)指導(dǎo)書

1、武漢長江隧道工程冷 凍 法 施 工 作 業(yè) 指 導(dǎo) 書編制：審核： 批準(zhǔn)：中鐵隧道股份有限公司武漢長江隧道工程項(xiàng)目經(jīng)理部二零零六年七月一、 編制依據(jù)1.1地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范·GB50299-1999；1.2盾構(gòu)法隧道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范· DGJ08-233-1999；1.3地下防水工程施工及驗(yàn)收規(guī)范· GBJ208-83；1.4煤礦井巷工程施工及驗(yàn)收規(guī)范·GBJ213-90；1.5本工程投標(biāo)文件。二、 編制目的規(guī)范操作程序，指導(dǎo)現(xiàn)場施工。三、 適用范圍武漢長江隧道盾構(gòu)隧道聯(lián)絡(luò)通道冷凍施工。四、 作業(yè)概述該工法是在地層中按預(yù)定間隔埋設(shè)凍結(jié)管（100

2、mm的管徑），冷卻液在凍結(jié)管上循環(huán)，則管周圍地層中的孔隙水以管為中心生成年輪形狀凍土。鄰近的凍土柱連接在一起，形成止水墻。本工程用冷凍機(jī)把鹽水溶液冷卻到-20-40，由循環(huán)泵送至凍結(jié)管冷卻地層，鹽水吸收地層的內(nèi)熱后，溫度上升，經(jīng)由鹽水冷卻泵，返回冷卻機(jī)降溫后，再次進(jìn)入冷卻管，如此反復(fù)循環(huán)。五、 人員機(jī)械配置人員配置表工種人數(shù)工種人數(shù)打鉆工20輔助工4機(jī)械安裝工10技術(shù)人員3機(jī)修工3管理人員5電工6合計(jì)51機(jī)械設(shè)備配置表編號機(jī)械單位數(shù)量備注1W-YSLGF300型螺桿機(jī)組臺2備用一臺2IS150-125-200水泵臺1鹽水泵3IS150-125-200C水泵臺1清水泵4測斜儀臺15測溫儀臺26N

3、BL-50冷卻塔臺27J-200型金剛石鉆機(jī)臺1管片開孔8MD-50鉆機(jī)臺19電焊機(jī)臺2六、 部門職責(zé)1、工程部：、負(fù)責(zé)凍結(jié)帷幕設(shè)計(jì)計(jì)算、凍結(jié)孔布置及制冷設(shè)計(jì)；、凍結(jié)施工過程現(xiàn)場監(jiān)督，凍結(jié)效果檢查。2、設(shè)物部：、負(fù)責(zé)冷凍設(shè)備的維修、保養(yǎng)；、保證電力持續(xù)、足量供應(yīng)。3、操作班組：、嚴(yán)格按照冷凍設(shè)計(jì)布孔、埋管；、鉆機(jī)、冷凍機(jī)械操作。七、 作業(yè)流程作業(yè)流程見下圖。7.1 施工準(zhǔn)備在隧道內(nèi)敷設(shè)一條120mm2動力電纜，用于凍結(jié)鉆孔施工及隧道內(nèi)凍結(jié)作業(yè)流程圖系統(tǒng)安裝供電。利用隧道內(nèi)清水、排污管道，用于凍結(jié)孔打鉆和凍結(jié)站運(yùn)轉(zhuǎn)的供水和排污。在旁通道施工工作面兩端砌高約0.5m的泥漿擋墻，以免凍結(jié)孔鉆進(jìn)時泥漿

4、四溢影響隧道內(nèi)環(huán)境整潔。用厚46cm的木板在旁通道處鋪設(shè)凍結(jié)施工場地，按不同位置的凍結(jié)孔鉆進(jìn)要求，用1.5鋼管搭建凍結(jié)孔施工腳手架。7.2凍結(jié)孔定位與管片開孔根據(jù)冷凍設(shè)計(jì)計(jì)劃的基準(zhǔn)點(diǎn)，按凍結(jié)孔施工圖進(jìn)行凍結(jié)孔孔位放線，提請注意的是：孔位布置首先要依據(jù)管片配筋圖和鋼管片加強(qiáng)筋的位置，在避開主筋的前提下可適當(dāng)調(diào)整，一般不應(yīng)大于100mm。在正式開孔前，利用檢查孔，即隧道管片上的補(bǔ)漿孔鉆38mm小孔徑探孔，檢查地層穩(wěn)定性。開孔選用J-200型金剛石鉆機(jī)，配130mm金剛石取芯鉆頭進(jìn)行鉆孔，深度約300mm，以不鉆穿管片控制。用鋼楔楔斷巖心、取出后，打入加工好的孔口管，并固定，每個孔口管要至少有4個固

5、定點(diǎn)固定在管片上。開孔順序根據(jù)旁通道施工的孔位，采用由上向下的順序施工：即先施工穿透孔，根據(jù)穿透孔的偏差，進(jìn)一步調(diào)整有關(guān)的鉆進(jìn)參數(shù)，再按由上向下的順序施工，這樣可防止因下層凍結(jié)孔的施工引起上部地層擾動，減小鉆孔施工時的事故發(fā)生率。鉆孔偏斜和終孔控制鉆孔的偏斜應(yīng)控制在1%以內(nèi)，在確保凍土帷幕厚度的情況下，相鄰終孔間距不得大于1.0m，否則應(yīng)補(bǔ)孔。凍結(jié)孔鉆進(jìn)深度應(yīng)不小于設(shè)計(jì)深度，不大于設(shè)計(jì)深度0.2m（鉆頭碰到隧道管片者除外）。7.3凍結(jié)孔鉆進(jìn)與凍結(jié)管設(shè)置鉆孔設(shè)備使用MD-50鉆機(jī)一臺，配用BW250型泥漿泵，鉆具利用89×8凍結(jié)管作鉆桿；凍結(jié)管之間采用套管絲扣連接，接頭螺紋緊固后再用手

6、工電弧焊焊接，確保其同心度和焊接強(qiáng)度。正常情況下，鉆進(jìn)時安裝簡易鉆頭，如果鉆進(jìn)困難遇到砂層，為防止鉆進(jìn)中返砂，在鉆頭部位安裝一個特制單向閥門。凍結(jié)管到達(dá)設(shè)計(jì)深度后沖洗單向閥，并密封凍結(jié)管端部。鉆進(jìn)過程中嚴(yán)格監(jiān)測孔斜情況，發(fā)現(xiàn)偏斜要及時糾偏，下好凍結(jié)管后，進(jìn)行凍結(jié)管長度的復(fù)測，然后再用燈光測斜儀進(jìn)行測斜并繪制鉆孔偏斜圖。凍結(jié)管長度和偏斜合格后再進(jìn)行打壓試漏，壓力控制在0.8Mpa，穩(wěn)定15分鐘壓力無變化者為試壓合格。在凍結(jié)管內(nèi)下供液管,然后焊接凍結(jié)管端蓋和去、回路羊角。冷凍管單孔成孔步驟見下圖。7.4冷凍站布置與設(shè)備安裝將凍結(jié)站設(shè)置在東線（左線）隧道內(nèi)，靠近旁通道位置，占地面積約80平方米，站內(nèi)

7、設(shè)備主要包括冷凍機(jī)、鹽水箱、鹽水泵、清水泵、冷卻塔及配電控制柜等。設(shè)備安裝按設(shè)備使用說明書的要求進(jìn)行。選用YSLGF-300型冷凍機(jī)組1套，當(dāng)鹽水溫度為-26，冷卻水溫度26時，其最大制冷量約為 87500kcal/h。冷凍機(jī)組電機(jī)總功率為100kw；選用200S42A鹽水循環(huán)泵2臺（其中1臺備用），流量198m3/h，揚(yáng)程43m，電機(jī)功率37kw；選用IS125-100-250冷卻水循環(huán)泵1臺，流量100m3/h，揚(yáng)程20m，電機(jī)總功率11kw；DBNL3-50型冷卻塔2臺，電機(jī)總功率6kw；設(shè)鹽水箱一個，容積6m3；鹽水干管和集配液管均選用159×5mm無縫鋼管或6焊管，集、配液

8、管與羊角連接選用1.5高壓膠管；冷卻水管用5焊管；冷凍板用1.5管加工；在冷凍機(jī)進(jìn)出水管上安裝溫度傳感器，在去、回路鹽水管路上安裝壓力、溫度傳感器和控制閥門，在鹽水管出口安裝流量計(jì)，在鹽水箱安裝液面?zhèn)鞲衅?；在配液圈與凍結(jié)器之間安裝閥門二個，以便控制凍結(jié)器鹽水流量；在鹽水管路的高處安裝放氣閥；在去路鹽水干管上安裝單向閥；鹽水和清水管路耐壓分別為0.7MPa和0.3MPa；凍結(jié)施工冷卻水用量為15m3/h，最大總用電量約171KW。 其它：冷凍機(jī)油：選用N40冷凍機(jī)油；制冷劑：選用R22制冷劑；冷媒劑：用氯化鈣溶液作為冷凍循環(huán)鹽水。鹽水比重為1.2601.265。7.5管路連接管路用法蘭連接，隧道

9、內(nèi)的鹽水管用管架敷設(shè)在隧道管片斜坡上，以免影響隧道通行。在鹽水管路和冷卻水循環(huán)管路上要設(shè)置、閥門和測溫儀、壓力表等測試元件。鹽水管路經(jīng)試漏、清洗后用保溫板或棉絮保溫，保溫厚度為50mm，保溫層的外面用塑料薄膜包扎。集配液圈與凍結(jié)管的連接用高壓膠管，每組凍結(jié)管的進(jìn)出口各裝閥門一個，以便控制流量。旁通道主排凍結(jié)孔每23個一串聯(lián)，其他凍結(jié)孔34個一串聯(lián)。冷凍機(jī)組的蒸發(fā)器及低溫管路用棉絮保溫，鹽水箱和鹽水干管用50mm厚的保溫板或棉絮保溫。旁通道兩側(cè)管片保溫：由于混凝土和鋼管片相對于土層要容易散熱得多，為加強(qiáng)凍土墻與管片膠結(jié)，旁通道兩側(cè)管片內(nèi)表面采取保溫措施，以減少冷量損失。凍結(jié)孔施工側(cè)即左線，首先將

10、鋼管片格柵內(nèi)用素砼填充密實(shí)，然后采用PEF板保溫板對凍結(jié)帷幕發(fā)展區(qū)域管片進(jìn)行隔熱保溫。 右線隧道，凍結(jié)管的端部區(qū)域范圍內(nèi)布置冷凍板，同樣將鋼管片格柵內(nèi)用素砼填充密實(shí)，然后采用PEF板保溫板對凍結(jié)帷幕發(fā)展區(qū)域管片進(jìn)行隔熱保溫。左、右線鋼管片格柵內(nèi)填滿素混凝土（除欲拉開的管片外）然后再用PEF板保溫板進(jìn)行保溫。7.6溶解氯化鈣和機(jī)組充氟加油鹽水（氯化鈣溶液）比重為1.26，先在鹽水箱內(nèi)充滿清水，溶解氯化鈣，再送入鹽水干管內(nèi)，直至鹽水系統(tǒng)充滿為止，溶解氯化鈣時要除去雜質(zhì)。機(jī)組充氟和冷凍機(jī)加油按照設(shè)備使用說明書的要求進(jìn)行。首先進(jìn)行制冷系統(tǒng)的檢漏和氮?dú)鉀_洗，在確保系統(tǒng)無滲漏后，再充氟加油。7.7積極凍結(jié)

11、與維護(hù)凍結(jié)7.7.1凍結(jié)系統(tǒng)試運(yùn)轉(zhuǎn)與積極凍結(jié)設(shè)備安裝完畢后進(jìn)行調(diào)試和試運(yùn)轉(zhuǎn)。在試運(yùn)轉(zhuǎn)時，要隨時調(diào)節(jié)壓力、溫度等各狀態(tài)參數(shù)，使機(jī)組在有關(guān)工藝規(guī)程和設(shè)備要求的技術(shù)參數(shù)條件下運(yùn)行。在凍結(jié)過程中，定時檢測鹽水溫度、測溫孔溫度和凍土帷幕擴(kuò)展情況，必要時調(diào)整凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后進(jìn)入積極凍結(jié)7.7.2開挖前檢查與維護(hù)凍結(jié)在積極凍結(jié)過程中，要根據(jù)實(shí)測溫度數(shù)據(jù)判斷凍土帷幕是否交圈和達(dá)到設(shè)計(jì)厚度，同時要監(jiān)測凍土帷幕與隧道的膠結(jié)情況，測溫判斷凍土帷幕交圈并達(dá)到設(shè)計(jì)厚度且與隧道完全膠結(jié)后再進(jìn)行探孔試挖，確認(rèn)凍土帷幕內(nèi)土層基本無壓力后再進(jìn)行正式開挖。檢查項(xiàng)目：（1）測溫孔可根據(jù)測溫孔實(shí)測數(shù)據(jù)，推算出凍土

12、發(fā)展速度及在該凍結(jié)時間內(nèi)的凍土發(fā)展半徑，從而算出凍結(jié)帷幕厚度，再根據(jù)成冰公式或用作圖法得出凍結(jié)帷幕平均溫度，若各個層位、部位凍結(jié)帷幕的厚度和平均溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，即可打開管片進(jìn)行開挖。（2）卸壓孔在積極凍結(jié)過程中，卸壓孔有兩個作用，一是起到釋放凍脹壓力的作用，另一方面根據(jù)顯示的壓力來判斷凍結(jié)帷幕是否交圈。在凍結(jié)初期卸壓孔是沒有壓力的，隨著凍土的逐漸擴(kuò)展，水分不斷遷移，交圈后凍土形成一個封閉的土體，凍脹壓力得不到釋放而逐漸增加，它的外在表現(xiàn)即為卸壓孔壓力的增長。（3）探孔測凍土帷幕溫度和厚度達(dá)到設(shè)計(jì)值后，打開泄壓孔確認(rèn)無泥水涌出，并安裝好防水門后，打開聯(lián)絡(luò)通道預(yù)留口的鋼管片。開挖過程中，根據(jù)暴

13、露凍土帷幕的穩(wěn)定性，進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)，鹽水溫度不高于-20。（4）鹽水去、回路溫差由于凍結(jié)帷幕交圈后需冷量較交圈前要小，因此凍結(jié)帷幕交圈前鹽水去、回路溫差要比交圈后大，不過此現(xiàn)象僅作為判斷凍結(jié)帷幕交圈的參考。要確定打開管片進(jìn)行開挖還需結(jié)合測溫孔資料、卸壓孔壓力、探孔情況等方面綜合考慮。正式開挖后，根據(jù)凍土帷幕的穩(wěn)定性，可適當(dāng)提高鹽水溫度，進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)，但鹽水溫度控制在-25-30之間。7.8停止凍結(jié)。澆筑完混凝土內(nèi)襯后停止凍結(jié)，進(jìn)行自然解凍。7.9凍結(jié)孔密封。截去露出隧道管片的孔口管和凍結(jié)管，然后在孔口管管口焊接8mm厚的鋼板。八、 質(zhì)量保證措施8.1預(yù)防鉆孔漏泥冒砂的措施正式開孔前，需用38小孔

14、徑鉆孔檢查地層穩(wěn)定性，如有嚴(yán)重涌砂冒水，則采取雙液漿或化學(xué)漿液堵漏。在取芯開孔后，安裝帶填料密封盒的孔口管，管側(cè)裝有40mm旁通閥門，防止孔口噴砂。在含水砂層中鉆進(jìn)，其砂土?xí)S壓力水涌出孔口，因此從兩個方面采取措施：采用化學(xué)泥漿護(hù)壁；在回流旁路上增加背壓力，使鉆孔內(nèi)保持一定的壓力，維護(hù)孔壁的穩(wěn)定。準(zhǔn)備相應(yīng)的預(yù)案，采取無泥漿頂管法頂進(jìn)凍結(jié)管，避免地層涌砂冒水。8.2鉆孔偏斜控制措施根據(jù)施工需要，設(shè)置測量基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)線。準(zhǔn)確定出鉆孔開孔孔位，調(diào)整控制在±100mm以內(nèi)。鉆機(jī)就位使用全站儀定位，一要找好鉆機(jī)開孔傾角并考慮鉆桿因受自重的作用使鉆孔產(chǎn)生向下的偏移，定位時略較設(shè)計(jì)傾角上仰0.1&

15、#186;0.5º，以中和鉆孔垂直方向的偏斜。二要控制鉆機(jī)的水平方向誤差，以保持鉆機(jī)主動鉆桿之軸線與連接通道軸線平行（或與隧道軸線相垂直）。在鉆具組合形式上采用滿眼鉆進(jìn)方式，即鉆頭直徑略大于鉆桿（即凍結(jié)管）直徑，以減小鉆孔偏斜。鉆孔結(jié)束后，要立即進(jìn)行打壓測斜，如果超出設(shè)計(jì)規(guī)定，則進(jìn)行補(bǔ)孔。8.3地層凍結(jié)過程質(zhì)量技術(shù)措施選用無污染、效率高、體積小、重量輕、制冷量大、安裝運(yùn)輸方便的螺桿冷凍機(jī)組作為制冷系統(tǒng)的主機(jī)。加大鹽水在凍結(jié)管內(nèi)的流量，采用串并聯(lián)循環(huán)方式，加快凍結(jié)管的熱交換。嚴(yán)格控制凍結(jié)管間距及確保凍結(jié)管施工質(zhì)量。凍結(jié)管選用有產(chǎn)品合格證的低碳鋼無縫鋼管，使用前認(rèn)真檢查凍結(jié)管的質(zhì)量，嚴(yán)禁使用彎曲、變形或有質(zhì)量問題的凍結(jié)管。采用逐步降溫的過程，防止凍結(jié)管由溫度應(yīng)力造成的開裂。在對面隧道內(nèi)，增設(shè)冷凍板，冷凍板排管外設(shè)置泡沫保溫材料，以確保對面隧道交接處的完好凍結(jié)狀態(tài)；在旁通道的左右側(cè)各鉆二個89的凍結(jié)孔，作為冷凍板鹽水循環(huán)的進(jìn)回液管。認(rèn)真作好凍結(jié)站的運(yùn)轉(zhuǎn)記錄，嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)規(guī)章制度和凍結(jié)站的崗位責(zé)任制。九、 安全施工控制措施“百年大計(jì)、質(zhì)量第一”、“工程建設(shè)、安全第一”，安全生產(chǎn)始終是項(xiàng)目管理的頭等大事。9.1各分項(xiàng)工程施工建立健全各種安全責(zé)任規(guī)章制度。9.2各種機(jī)械設(shè)備設(shè)專人操作，持證上崗。9.3認(rèn)真落實(shí)現(xiàn)場安全帽、安