垂直冷凍施工技術(shù)

/3-2-8垂直冷凍施工技術(shù)1前言1.1凍結(jié)法概述凍結(jié)法凍結(jié)法是利用人工制冷技術(shù)，在地下開挖體四周需加固的含水軟弱地層中鉆孔鋪管，安裝冷凍器，然后利用制冷壓縮機(jī)供應(yīng)冷氣，通過低溫鹽水在凍結(jié)器中循環(huán)，帶走地層熱量，使地層中的水結(jié)冰，將自然巖土變成凍土，形成完整、密閉、高強(qiáng)度的臨時加固體，從而達(dá)到加固地層、隔絕地下水和地下工程聯(lián)系的目的。然后，在凍結(jié)體的愛惜下進(jìn)行地下工程的開挖施工，待襯砌支護(hù)完成后，凍結(jié)地層逐步解凍，最終復(fù)原到原始狀態(tài)。地層凍結(jié)技術(shù)的特點(diǎn)同其它土體加固方法相比，凍結(jié)法具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、凍結(jié)加固使土體中的大部分水分結(jié)冰，提高了土的強(qiáng)度，而且強(qiáng)度勻整。2、整體支護(hù)性能好，凍結(jié)帷幕形成后，凍結(jié)帷幕內(nèi)不會存在任何縫隙，是一個完整的支護(hù)體；封水效果好，可保證開挖工作面在無水條件下作業(yè)。3、能適應(yīng)不同的地質(zhì)條件，凍結(jié)深度不受限制，而注漿、地下連續(xù)墻等方法對地質(zhì)條件的適應(yīng)實(shí)力差，而且其加固深度有確定的限制。4、適應(yīng)各種結(jié)構(gòu)形態(tài)地下工程的施工。凍結(jié)加固體的形態(tài)、大小，可以依據(jù)須要靈敏設(shè)計(jì)。5、環(huán)保型工法。由于凍結(jié)法是一種臨時措施，所凍地層最終要復(fù)原到原始狀況，因而能夠愛惜城市地層地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地下水不受污染。6、施工便利，簡潔，經(jīng)濟(jì)上合理。國外的工程實(shí)例表明，凍結(jié)工程成本和其它施工（如注漿和旋噴）處于相同的數(shù)量級，而且隨著加固深度的加大，凍結(jié)工法的經(jīng)濟(jì)性越來越來明顯?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，凍結(jié)法在城市地下工程越來越受到重視，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于地基基礎(chǔ)工程、城市地鐵、隧道工程、水利工程等市政工程中。1.2凍結(jié)法的適用條件依據(jù)相關(guān)資料及《建井工程手冊》規(guī)定，凍結(jié)法主要適用于含水量超過10%，地下水速度不大于10m/d的軟弱圍巖隧道預(yù)加固工程中，遇有流砂、淤泥、卵石、砂礫等含水不穩(wěn)定沖擊層或裂隙中含水的巖層時都可接受。目前凍結(jié)法在城市隧道工程中主要應(yīng)用于：1.盾構(gòu)法隧道施工中，盾構(gòu)進(jìn)出洞土體加固。盾構(gòu)進(jìn)出洞時，承受著工作井旁邊土體產(chǎn)生的巨大地壓和水壓，可能導(dǎo)致涌水和土體坍塌。目前常用旋噴技術(shù)和注漿法加固土體，效果不夠志向，常遇到注漿不勻整和盾構(gòu)刀盤切削漿液結(jié)石體等困難，而凍結(jié)技術(shù)能有效地解決這些問題。2.盾構(gòu)法隧道施工中，地下或海底對接時土體加固。近年來，世界上許多國家的盾構(gòu)隧道接受對頭掘進(jìn)，以縮短工期，除接受立井對接方式外，還接受不開鑿立井而在地下或海底干脆對接。3.城市地鐵泵房、旁通道和急轉(zhuǎn)彎部分依據(jù)地鐵設(shè)計(jì)要求，間距1km左右需在并排隧道間設(shè)立泵站。地下工程經(jīng)常遇到旁通道和急轉(zhuǎn)彎部分，因其施工距離短、形態(tài)不規(guī)整，接受盾構(gòu)施工困難，且經(jīng)濟(jì)上不合理，各國常接受凍結(jié)法對四周土層加固，然后用礦山法掘進(jìn)。4.建筑基坑加固。基坑凍結(jié)加固具有加固體勻整，強(qiáng)度高，阻水性好，加固深度大等優(yōu)點(diǎn)，因而，接受凍結(jié)技術(shù)加固基坑越來越受到重視。5.地下工程涌水、坍塌事故的搶險(xiǎn)修復(fù)。6.地下隧道交叉處施工。1.3凍結(jié)法的發(fā)展歷史人工地層凍結(jié)技術(shù)起源于自然凍結(jié)現(xiàn)象，在土木工程中的應(yīng)用是隨19世紀(jì)制冷機(jī)械設(shè)備的發(fā)展起先的。凍結(jié)法的第一次應(yīng)用是1862年在南威爾士(SouthWales)的一個礦山豎井施工中，運(yùn)用人工地層凍結(jié)技術(shù)加固基坑。該豎井穿越了含水地層，接受由SiebeGorman有限公司供應(yīng)的乙醚制冷設(shè)備冷卻鹽水，鹽水在埋設(shè)于地層中的凍結(jié)管路系統(tǒng)里循環(huán)。早期凍結(jié)法主要應(yīng)用于采礦行業(yè)。1880年，德國的首先提出凍結(jié)法原理，并應(yīng)用于煤礦開鑿立井，1883年，F(xiàn).H.Poetell在Schneidlingen開發(fā)煤礦，接受凍結(jié)法施工深103m的立井，并以此獲得德國人工地層凍結(jié)法鑿井專利。此后，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于各國地下工程建設(shè)中。1885年在比利時，1888年，在美國Michigan，1892年在法國，1896年在奧地利，1900年在荷蘭相繼應(yīng)用了凍結(jié)法。在這些工程中，起先僅凍結(jié)巖石頂部以上的表層飽和含水層，以使豎井達(dá)到下部的礦床。凍結(jié)法初期應(yīng)用得最多的領(lǐng)域是礦山工程，隨著技術(shù)的成熟，逐步引入至城市隧道工程中。1886年瑞典一個長24m的人行隧道接受凍結(jié)法施工。1906年法國把凍結(jié)法應(yīng)用于橫穿河底地鐵工程中。前蘇聯(lián)在70年頭前，接受凍結(jié)法構(gòu)筑了70個地鐵斜井隧道。同礦山垂直孔凍結(jié)法相比，水平凍結(jié)或斜孔凍結(jié)的難度更大。瑞士蘇黎士Milachounck公路隧道一段斷面達(dá)146m2，寬度達(dá)15m，用每凍結(jié)段長度達(dá)35m共10段構(gòu)筑了總長度達(dá)350m的隧道。80年頭中期維也納一段雙軌地下隧道，水平凍結(jié)長度64m，接受相向鉆35m水平凍結(jié)孔的方法平安建成。德國杜塞爾道夫一個115m的隧道單向鉆凍結(jié)孔的方法進(jìn)行了水平凍結(jié)。日本1962年首次在大阪市應(yīng)用凍結(jié)法平安建成一個過河隧道，至今大約有340多項(xiàng)凍結(jié)工程，主要用于隧道、地鐵、污水道工程等困難和特殊條件下的各類工程，其中最大的一項(xiàng)工程是80年頭建設(shè)的東京地鐵10號線和11號線凍結(jié)工程，在日本橋川河下施工，其凍結(jié)改良土體達(dá)37000m3，水平凍結(jié)長度47m，共計(jì)水平凍結(jié)管總長度達(dá)13750m。大阪交通局在該市地鐵5號線工程中，也接受了凍結(jié)法確保盾構(gòu)順當(dāng)出洞；日本東京灣隧道施工期間，川崎、木更津人工島及浮島八個盾構(gòu)出洞工程都成功運(yùn)用了凍結(jié)法，該隧道已于1998我國于1955年起先應(yīng)用凍結(jié)法鑿井技術(shù)，迄今，應(yīng)用凍結(jié)法共建立立井450多個，累計(jì)凍結(jié)長度70km之多，凍結(jié)法鑿井所通過的第四紀(jì)地層最厚為383.1m(山東全橋煤礦副井)；穿過最厚表土層374.5m，最大凍結(jié)深度435m(河南永夏礦區(qū)陳四樓礦副井)；最大成井凈直徑8m；凍結(jié)深度超過300m的立井有50多個，其規(guī)模僅次于原蘇聯(lián)。1998年在北京地鐵國貿(mào)站隧道進(jìn)行的45m水平凍結(jié)加固的成功標(biāo)記我國水平地層凍結(jié)施工進(jìn)入城市地下工程的一個新階段；1998年上海地鐵2號線5個區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道中有4個接受凍結(jié)法施工；2000年廣州地鐵1號線紀(jì)越區(qū)間過清泉街?jǐn)鄬咏邮芩絻鼋Y(jié)，隧道長距離64m凍結(jié)取得成功，之后南京、深圳等地鐵旁通道也相繼運(yùn)用了地層凍結(jié)法。地層凍結(jié)技術(shù)已全面進(jìn)入我國城市地下工程領(lǐng)域。2凍結(jié)設(shè)計(jì)2.1確定凍結(jié)類型和凍結(jié)方法按制冷原理，凍結(jié)法接受的凍結(jié)方式一般可分為干脆凍結(jié)方式（干脆凍結(jié)法）和間接凍結(jié)方式（間接凍結(jié)法）兩類。干脆凍結(jié)方式一般靠低溫液化氣干脆制冷，主要接受液氮凍結(jié)技術(shù)。液氮在常壓下沸點(diǎn)為-195.8℃,氣化潛熱197.6KJ/kg，其理化性質(zhì)穩(wěn)定，是一種良好的制冷工質(zhì)，和傳統(tǒng)鹽水——氨循環(huán)制冷相比，液氮凍結(jié)具有系統(tǒng)簡潔、低溫、快速、高強(qiáng)等特點(diǎn)。目前運(yùn)用的液氮溫度通常在-196℃，經(jīng)工廠加工后用儲罐車將其運(yùn)輸?shù)焦さ兀⑤斎腩A(yù)先埋設(shè)在地層中的凍結(jié)管內(nèi)，液氮在氣化過程中大量吸取熱量，使凍結(jié)管四周的地層凍結(jié)，經(jīng)氣化后的氮?dú)庖萑氪髿鈱雍罂勺杂蓴U(kuò)散，濃度快速降低。這類凍結(jié)方式由于干脆凍結(jié)速度快，往往用于局部土體凍結(jié)或工程搶險(xiǎn)中；同時由于其所需費(fèi)用相對較高，目前僅用于處理規(guī)格較小的間接凍結(jié)方式又稱鹽水常規(guī)凍結(jié)法。接受這類凍結(jié)方式地面需建冷凍站，其內(nèi)設(shè)有壓縮調(diào)整制冷裝置和輸送泵，用氨、氟利昂等制冷劑通過制冷壓縮機(jī)循環(huán)壓縮制冷，使低溫制冷劑和作為冷媒劑的鹽水溶液進(jìn)行熱交換，將鹽水冷卻到-30℃～-20℃，輸送到埋設(shè)在土層中的凍結(jié)管中然后回到冷凍站，經(jīng)重新冷卻后再輸入凍結(jié)管，形成循環(huán)流淌。冷卻鹽水在循環(huán)不息的流淌過程中產(chǎn)生熱交換，帶走凍結(jié)管四周土體的熱量，直至土體凍結(jié)，達(dá)到加固和穩(wěn)定土體、封閉地下水的目的使凍結(jié)管四周的土層慢慢凍結(jié)，現(xiàn)形成凍土圓柱體，然后連成凍土帷幕，并達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的厚度和強(qiáng)度。鹽水凍結(jié)法的費(fèi)用一般較干脆凍結(jié)法便宜，常用于凍土量大、施工期較長的工程。由于成本低，形成凍結(jié)帷幕勻整易于限制，已被工程界廣泛接受2.2凍結(jié)參數(shù)的設(shè)計(jì)凍結(jié)參數(shù)的設(shè)計(jì)包括凍結(jié)帷幕平均溫度和厚度、凍結(jié)孔布置、主動凍結(jié)期時間、鹽水溫度等。基本凍結(jié)參數(shù)鹽水溫度：主動期：-28oC～-25oC；維護(hù)期：-22oC～-20oC；凍結(jié)帷幕平均溫度：-8oC；凍結(jié)孔偏斜要求在0.15％以內(nèi)，最大孔間距中部1.6m，邊部1.1m；凍結(jié)管選用Φ127×4.5mm無縫鋼管。2.2.2凍結(jié)帷幕對于城市地下工程凍結(jié)方案設(shè)計(jì)而言，可接受如下步驟和方法來確定凍結(jié)帷幕的計(jì)算厚度。①垂直冷凍中，凍結(jié)帷幕厚度主要受地面荷載和埋深的影響，地壓是確定凍結(jié)帷幕厚度的主要考慮因素。通過計(jì)算求得凍結(jié)帷幕處最大地壓。②依據(jù)地下工程埋深不同，結(jié)合現(xiàn)有施工閱歷和工程類比，初選一個合適的凍結(jié)帷幕平均溫度值。通常埋深小于200m時，平均溫度選-7～-8℃；當(dāng)深度大于200m時，且深部有厚層粘土層時，通常選用較低的平均溫度，常用-10℃的平均溫度。依據(jù)選定的平均溫度和試驗(yàn)資料或有關(guān)③凍結(jié)帷幕厚度的初步計(jì)算。一般而言，水平凍結(jié)工程凍結(jié)帷幕厚度取值更多依靠于類似工程閱歷，但也可依據(jù)選定的限制砂層深度、地壓大小、該處的荒徑大小和土層的強(qiáng)度指標(biāo)，用拉麥公式求出凍結(jié)帷幕的初選厚度作為參考： （2-1）式中：——凍結(jié)帷幕計(jì)算厚度，cm；——筒掘進(jìn)荒半徑，cm——計(jì)算層位的地壓，Pa——系數(shù)，——凍土的允許抗壓強(qiáng)度，一般取用瞬時單軸抗壓強(qiáng)度的1/2.5～1/5；砂土取小值時，粘土取大值 （2-2）—凍土瞬時極限抗壓強(qiáng)度；—平安系數(shù)當(dāng)沖積層較厚，地壓值較大時，按多姆克公式計(jì)算。 （2-3）式中：——系數(shù)，用第三強(qiáng)度理論時＝0.29，＝2.3；用第四強(qiáng)度理論時＝0.56，＝1.33④平均溫度核算。凍結(jié)帷幕的平均溫度是確定凍結(jié)帷幕強(qiáng)度和穩(wěn)定性的基本參數(shù)之一。從工程應(yīng)用動身，一般取最大地壓水平的凍結(jié)孔間距處的主、界面凍結(jié)帷幕平均溫度的平均值作為凍結(jié)帷幕設(shè)計(jì)核算的依據(jù)，可參考煤礦系統(tǒng)相應(yīng)的閱歷公式（如式2-4）。凍結(jié)帷幕平均溫度能否達(dá)到按②中選用的平均溫度值。 （2-4）式中：——凍結(jié)帷幕有效厚度中的平均溫度；——鹽水溫度，℃；——凍結(jié)孔間距，m；——凍結(jié)帷幕厚度，m；——閱歷系數(shù)，=0.25～0.3；——計(jì)算水平的井幫溫度，℃,依據(jù)要求或閱歷給出。上述計(jì)算是針對砂層進(jìn)行的。用上述方法得到的凍結(jié)帷幕厚度和實(shí)際施工可能有確定偏差，可在施工中進(jìn)一步調(diào)整。2.2.3凍結(jié)孔凍結(jié)孔的間距和偏斜率是影響凍結(jié)孔布置圈直徑的主要因素。開孔間距干脆影響凍結(jié)孔的數(shù)量，終孔間距干脆影響凍結(jié)帷幕的形成時間及其平均溫度。凍結(jié)孔布置圈直徑（2-5）式中：——凍結(jié)孔布置圈直徑，m；——立井開挖直徑，m；——凍結(jié)帷幕厚度，m——鉆孔偏斜率，一般取0.3%~0.5%；——最大地壓層位的凍結(jié)的水平長度，m凍結(jié)孔數(shù)量： （2-6）式中：——凍結(jié)孔計(jì)算個數(shù)；——凍結(jié)孔布置圈直徑，m；——凍結(jié)孔開孔間距，m；立井凍結(jié)工程中，凍結(jié)孔開孔間距一般為1～1.3m。確定凍結(jié)孔數(shù)量后，進(jìn)一步核算凍結(jié)孔開孔間距 （2-7）主動凍結(jié)期時間主動凍結(jié)期是指冷凍站投入正式運(yùn)轉(zhuǎn)后，在最大地壓水平的凍結(jié)管最大間距處，凍結(jié)帷幕擴(kuò)展到設(shè)計(jì)厚度和強(qiáng)度的時間。主動凍結(jié)期時間主要和凍結(jié)孔的間距、鹽水溫度、土層性質(zhì)、凍結(jié)管直徑、地表溫度等有關(guān)。依據(jù)已有的凍土擴(kuò)展速度推算凍結(jié)時間參考閱歷公式如式（2-8）。 （2-8） （2-9）式中：——主動凍結(jié)期的推算天數(shù)，d——要求凍結(jié)圈的擴(kuò)展半徑，mm；——在估算凍結(jié)時間內(nèi)的凍土的平均擴(kuò)展速度，mm/d；——最大地壓處的凍結(jié)孔的最大間距，m；——凍結(jié)帷幕的厚度，m。冷凍系統(tǒng)①制冷設(shè)備我國凍結(jié)施工所接受的制冷壓縮機(jī)主要有活塞式和螺桿式兩種，其中，螺桿式是回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的一種，它只有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動部件，沒有往復(fù)運(yùn)動部件，動平衡性好，性能穩(wěn)定，制冷量大，可持續(xù)時間長。凍結(jié)法一般接受串聯(lián)雙級壓縮制冷。串聯(lián)雙級壓縮制冷較單級壓縮制冷具有以下優(yōu)點(diǎn)：接受二次壓縮和中站冷卻，降低了壓縮機(jī)的壓縮比和排氣溫度，從而降低由于余隙容積、氣缸壁和壓氣之間的熱交換、泄漏所造成的容積損失，從而提高了壓縮機(jī)的容積效率，消耗于壓縮機(jī)的功削減。當(dāng)冷卻水溫度過高，造成冷凝壓力和蒸發(fā)壓力之比≥8時，壓縮機(jī)供應(yīng)效率減小，制冷實(shí)力降低，接受單級壓縮制冷是不經(jīng)濟(jì)的；當(dāng)冷卻水溫度超過25℃時，單級壓縮制冷的排氣溫度高達(dá)130℃以上，壓縮機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，鹽水溫度難以下降，影響凍結(jié)。而接受串聯(lián)雙級壓縮制冷可以改善壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件，提高制冷效果。當(dāng)受到冷凍設(shè)備限制或凍結(jié)初期及維護(hù)凍結(jié)期要求的鹽水溫度較高時，可考慮單級壓縮機(jī)制冷，但冷卻水不應(yīng)超過②鹽水系統(tǒng)傳統(tǒng)冷卻劑接受鹽水，一般是比重為1.24～1.28的氯化鈣水溶液，也可接受氯化鈉、氯化鎂或氯化鋰溶液，鹽水的結(jié)晶點(diǎn)必需比用于地層凍結(jié)的極限溫度至少低5℃溶液體積依據(jù)凍結(jié)管、鹽水干管、集配液圈、蒸發(fā)器的鹽水箱容積確定。 （2-10）式中：——氯化鈣溶液總體積，m3；——凍結(jié)管總?cè)莘e，m3；——鹽水干管、集配液圈總?cè)莘e，m3；——鹽水箱總?cè)莘e，m3。固體氯化鈣的需有量配制 （2-11）式中：——固體氯化鈣的需用量，kg；——單方溶液中固體氯化鈣的含量，kg/m3；——氯化鈣溶液總體積，m3；——固體氯化鈣純度；一般無水氯化鈣取96%，晶體氯化鈣取70%。③冷卻水系統(tǒng)冷卻水的溫度和量和冷凍站的正常運(yùn)轉(zhuǎn)、壓縮機(jī)的制冷效率、鹽水溫度有干脆關(guān)系。假如冷卻水溫度高或水量不足，導(dǎo)致壓縮機(jī)的排出溫度、壓力過高，使操作維護(hù)困難，制冷效率低，同時，鹽水溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，勢必延長凍結(jié)時間，凍土強(qiáng)度低，降低施工平安性。冷卻水的需用量 （2-12） （2-13） （2-14）式中：——冷凍站總需用水量，m3/h——冷凝器需水量，m3/h——冷凍機(jī)的冷卻水套需水量，m3/h——冷凝器總熱負(fù)荷，近似計(jì)算時可取冷凍站制冷實(shí)力的1.25倍——冷凝器進(jìn)、出口水的溫差，一般取3~5℃——冷凍機(jī)臺數(shù)——單臺冷凍機(jī)的冷卻水套需水量3垂直冷凍施工凍結(jié)法施工技術(shù)的主要工序：鉆孔→凍結(jié)器鋪設(shè)→冷凍系統(tǒng)安裝→凍結(jié)制冷→隧道開挖和襯砌。3.1凍結(jié)孔成孔應(yīng)依據(jù)施工設(shè)計(jì)規(guī)定的孔位、孔徑和孔深鉆孔。凍結(jié)孔一般布置在以豎井井筒中心為圓心的圓周上，其直徑由井筒直徑、凍結(jié)深度和凍結(jié)帷幕設(shè)計(jì)厚度等確定。鉆孔直徑應(yīng)比凍結(jié)管外徑大10mm。鉆孔深度應(yīng)比凍結(jié)管深度深0.5m以上。鉆孔垂直度應(yīng)滿足以下要求：（1）在沖擊層中偏斜率不超過0.3%，且在最終成孔后凍結(jié)管管底間距不超過3m；（2）在分化帶及含水基巖中偏斜率不超過0.5%，且凍結(jié)管管底間距不大于5m；（3）鉆孔過程中應(yīng)經(jīng)常測斜，偏斜值超過規(guī)定時，應(yīng)剛好訂正；凍結(jié)管管底最大間距超過規(guī)定時，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)孔，成孔后應(yīng)對不同水平面繪制偏斜平面圖。鉆機(jī)淺埋隧道凍結(jié)孔要求鉆機(jī)尺寸小、占用空間小，并且鉆機(jī)操作要便利，重量要輕，移動要靈敏，扭矩和推力要盡量大。凍結(jié)施工鉆孔可接受改進(jìn)后的坑道鉆機(jī)，也可接受XQ-100型地質(zhì)鉆機(jī)，斜孔可接受斜孔地質(zhì)鉆機(jī)成孔。鉆頭和鉆具凍結(jié)孔鉆進(jìn)一般實(shí)行跟管鉆進(jìn)，一邊鉆孔一邊鋪設(shè)凍結(jié)管，即接受將凍結(jié)管兼做鉆桿的工藝方法，鉆孔完畢后，鉆桿留在鉆孔內(nèi)作為凍結(jié)管，這樣可防止發(fā)生鉆孔塌孔。跟管鉆進(jìn)要求鉆頭和鉆桿連接部位密封，確保在鉆進(jìn)過程中鉆桿內(nèi)的泥漿通暢，達(dá)到泥漿護(hù)壁的目的。待鉆孔完成后，對鉆桿進(jìn)行加壓試漏，測試合格后作為凍結(jié)管運(yùn)用。用作凍結(jié)管的鉆管需留意以下方面：（1）用作凍結(jié)管的無縫鋼管，壁厚應(yīng)不小于4mm，管子外徑宜為127mm～159mm；（2）凍結(jié)管運(yùn)用前應(yīng)做耐壓試驗(yàn)，如復(fù)用舊管，應(yīng)全部通過檢查予以鑒定；如接受新管，可按比例抽查，試驗(yàn)壓力7MPa，無滲漏現(xiàn)象為合格；（3）凍結(jié)管運(yùn)用前應(yīng)除繡；（4）凍結(jié)管管端可接受加厚的錐形絲扣管箍或焊接管箍連接；（5）凍結(jié)管底部應(yīng)設(shè)有密封擋板，并焊有由鋼板卷成的底錐，制成后應(yīng)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力也為7MPa；（6）凍結(jié)管送入凍結(jié)孔就位后，運(yùn)用前應(yīng)先進(jìn)行檢漏試驗(yàn)。試驗(yàn)壓力取為全凍結(jié)管鹽水和清水柱壓力差及鹽水泵工作壓力之和的2倍，30min后如壓力下降不超過0.05MPa，再持續(xù)15min壓力可保持不變者為合格。3.1.3每孔開鉆前對鉆機(jī)進(jìn)行穩(wěn)平找正，使起吊天輪和回轉(zhuǎn)通孔及孔位點(diǎn)三點(diǎn)一線，并對鉆機(jī)不帶負(fù)荷試運(yùn)轉(zhuǎn)三分鐘，對油路及漿液循環(huán)系統(tǒng)，進(jìn)行詳細(xì)檢查是否暢通。泥漿系統(tǒng)是導(dǎo)向孔鉆進(jìn)過程中的又一關(guān)鍵環(huán)節(jié)，泥漿作為冷卻鉆頭、懸浮鉆屑的流淌體，以膨潤土及外加劑為原料按確定比例攪拌而成，不同地層對泥漿粘度有不同要求，接受馬氏漏斗粘度進(jìn)行測定，膨潤土泥漿適宜環(huán)境PH值限制在8.5～10；粘土層中粘土有確定自穩(wěn)實(shí)力，膨潤土泥漿粘度在30秒左右，粉細(xì)砂層中接受進(jìn)口易鉆膨潤土外加少量聚合物，馬氏漏斗粘度限制在40秒左右。施工中如發(fā)覺漏漿，粘度應(yīng)適當(dāng)加大。泥漿泵量和泵壓均應(yīng)依據(jù)鉆孔穿越的地層狀況和鉆孔的偏斜狀況適時進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到限制鉆孔偏斜、泥漿護(hù)壁、防止塌孔的目的。開鉆時為確保鉆孔垂直度，探明地下是否有管線及障礙物，前5m應(yīng)輕壓慢轉(zhuǎn)，然后調(diào)整地層所須要的鉆壓及轉(zhuǎn)速。鉆孔一徑一次原委，鉆孔深度不能小于設(shè)計(jì)深度，也不能大于0.5m，鉆孔原委后如不漏漿停鉆沖孔3分鐘，削減孔底沉渣、保證凍結(jié)管下放深度。鉆孔完成后即時將凍結(jié)孔內(nèi)灌滿清水試壓驗(yàn)收，初試壓力1.0MPa，前5分鐘降壓值不大于0.05MPa，再持續(xù)25分鐘不降壓為合格。測斜鉆孔過程中應(yīng)經(jīng)常測斜，偏斜值超過規(guī)定時，應(yīng)剛好訂正；凍結(jié)管管底最大間距超過規(guī)定時，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)孔，成孔后應(yīng)對不同水平面繪制偏斜平面圖。開孔測斜：在完成井口管鉆進(jìn)后進(jìn)行的測斜，用于防止因井口管偏斜導(dǎo)致下部鉆孔大量偏斜、井口管深度一般為10m～15m，偏斜率應(yīng)限制在0.05%以內(nèi)；段距測斜：在鉆進(jìn)過程中要經(jīng)常進(jìn)行的測斜，一般每鉆進(jìn)10m～20m測斜一次；定點(diǎn)測斜：在簡潔發(fā)生側(cè)移的鉆孔區(qū)段上進(jìn)行的測斜，用于監(jiān)測地層或鉆孔直徑發(fā)生變更時鉆孔的垂直度；終孔測斜：鉆孔達(dá)到確定深度后，在插入凍結(jié)管以前，對整個鉆孔進(jìn)行一次測斜，一般每10m～20m測一點(diǎn)；目前可供接受的測斜設(shè)備有帶有定點(diǎn)器經(jīng)緯儀的燈光測斜儀和陀螺測斜儀。鉆孔偏斜限制鉆孔偏斜的緣由許多，大致分兩類：⑴客觀緣由，即地層軟硬不均，傾角不同，地層中存在裂隙、空洞或薄弱帶。⑵主觀緣由，即操作技術(shù)不正確、導(dǎo)向管安裝不正、鉆孔角度設(shè)定不精確、鉆壓太大、泥漿質(zhì)量不好等。鉆孔偏斜限制主要包括防偏和糾偏兩個方面。水平凍結(jié)鉆孔通過安設(shè)在孔口的導(dǎo)向裝置和在鉆孔過程中調(diào)整鉆機(jī)位置、角度和鉆孔工藝來限制鉆孔偏斜。3.2凍結(jié)器的鋪設(shè)凍結(jié)孔成孔后就可剛好安裝凍結(jié)管，凍結(jié)管可接受Φ127×4.5mm無縫鋼管，地面制冷供液管道按單排凍結(jié)孔串聯(lián)，然后再接受并聯(lián)方式，主供液管可接受聚乙烯塑料軟管，也可接受Φ159×5mm無縫鋼管，回液管亦接受同樣方式反向設(shè)置。制冷供液管道的安裝時須確保供液管道的密封性和隔熱性。3.3冷凍系統(tǒng)安裝冷凍站位置的選擇在淺埋隧道凍結(jié)施工中，冷凍站設(shè)在地下或是地面均可。冷凍站設(shè)在地下，由于靠近工作面，冷量損耗低，管路和保溫工程量小，便于集中管理，而且噪音對地面環(huán)境影響小，但供電線路損耗大。相反，冷凍站設(shè)在地面，假如凍結(jié)施工現(xiàn)場出現(xiàn)問題，則不便于剛好實(shí)行解決的措施。3.3.2冷凍系統(tǒng)安裝包括冷凍機(jī)組、鹽水和清水系統(tǒng)、供電和限制線路的安裝等，通過冷凍系統(tǒng)的整體調(diào)試，使冷凍系統(tǒng)的各種設(shè)備達(dá)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)所要求的指標(biāo)。冷凍系統(tǒng)安裝過程需留意以下方面：（1）冷凍站房屋宜用防火材料建立，室內(nèi)應(yīng)通風(fēng)良好，并有防火防毒平安設(shè)施及避雷裝置；（2）冷卻水取水井必需設(shè)在凍結(jié)井地下水流的上方，和凍結(jié)井的距離應(yīng)大于抽水影響半徑，凍結(jié)過程中影響凍結(jié)的全部水井均應(yīng)停止運(yùn)用；（3）鹽水管路安裝完畢后應(yīng)試通水；（4）地表環(huán)形冷凍溝槽（供凍結(jié)管出露用）凈高以1.8～2.0m為宜，底部應(yīng)在地下水位以上，并有排水設(shè)施溝槽頂部有保溫煦防水設(shè)施；（5）低溫系統(tǒng)應(yīng)隔熱防潮，正常狀況下，冷量損失不得超過冷凍站工作制冷實(shí)力的20%；3.4凍結(jié)制冷凍結(jié)帷幕厚度是依據(jù)設(shè)計(jì)凍結(jié)帷幕的平均溫度來判定的，進(jìn)而可指導(dǎo)隧道是否達(dá)到開挖條件，而凍結(jié)帷幕的平均溫度可以相鄰單圈凍結(jié)孔的單圈凍結(jié)帷幕的溫度場交圈處的溫度來反應(yīng)。依據(jù)工程詳細(xì)狀況布置相應(yīng)數(shù)量的測溫孔，在凍結(jié)管內(nèi)分不同的高度，按地層巖石的分界面分別設(shè)置測溫點(diǎn)，測溫可接受SY-2型測溫儀和PN結(jié)半導(dǎo)體溫度傳感器來量測。凍結(jié)施工期間對整個凍結(jié)帷幕的溫度發(fā)展進(jìn)行監(jiān)測，用以修正凍結(jié)制冷的各種施工參數(shù)。形成凍土帷幕的時期稱為主動凍結(jié)期，這一時期起先時系統(tǒng)正式啟用，冷卻鹽水起先循環(huán)流淌。應(yīng)留意使鹽水溫度盡可能低，并晝夜不停的送入凍結(jié)管，以便在最短時間內(nèi)形成厚度和強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定要求的凍土帷幕。在凍結(jié)期內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)觀測，滿足下列要求后可進(jìn)行井筒試挖：（1）水文觀測孔內(nèi)的水位已經(jīng)有規(guī)律上升并且有水冒出來；（2）測溫孔內(nèi)的溫度已經(jīng)明顯下降，并且已滿足設(shè)計(jì)要求；（3）按凍結(jié)速度及平均溫度推算，地層凍結(jié)帷幕厚度和強(qiáng)度已經(jīng)滿足設(shè)計(jì)要求；維護(hù)凍結(jié)期凍土帷幕形成后，在維護(hù)凍結(jié)期內(nèi)仍需對系統(tǒng)供應(yīng)冷量，使凍結(jié)帷幕厚度和強(qiáng)度在豎井施工期間始終滿足設(shè)計(jì)要求。3.5隧道開挖和支護(hù)凍結(jié)帷幕是否形成、能否開挖要依據(jù)測溫孔的溫度資料，去回路鹽水溫度狀況等來綜合判定。對于凍結(jié)工程而言，凍結(jié)帷幕的平均溫度達(dá)到設(shè)計(jì)溫度，同時去回路鹽水溫差變更較為穩(wěn)定時，即可以開挖。同時開挖過程中，還須加強(qiáng)測溫孔的溫度監(jiān)測和去回路鹽水的溫度監(jiān)測，并以此來支配隧道掘進(jìn)的循環(huán)進(jìn)尺和掘進(jìn)速度以及維護(hù)凍結(jié)期的時間。3.5.1凍結(jié)達(dá)到開挖條件后，即可以起先隧道內(nèi)掘進(jìn)施工，隧道開挖照舊接受短臺階法施工，臺階長度限制在5～7m，開挖循環(huán)進(jìn)尺1.0m，初期支護(hù)在開挖出碴完成后立刻進(jìn)行，開挖暴露時間限制在12小時內(nèi)。巖石部分仍接受微差限制爆破開挖，和正常區(qū)間隧道開挖相比，只是調(diào)整了裝藥量和炮孔深度。初期支護(hù)的結(jié)構(gòu)形式目前，在淺埋隧道施工中往往接受復(fù)合式支護(hù)結(jié)構(gòu)。初期支護(hù)結(jié)構(gòu)形式：鋼拱架+鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土。厚度在200～300mm，混凝土標(biāo)號為C20。鋼筋格柵和凍結(jié)體之間填充密實(shí)，不留空隙。在凍結(jié)段施工期間，噴混凝土宜接受濕噴混凝土施工，混凝土是在地面拌合，拌合后的混凝土成品溫度平均為40℃，而凍結(jié)法施工段的掌子面平均溫度為0～4℃，氣溫較低，須要解決混凝土在較高溫度下拌合，較低溫度下運(yùn)用的問題，同時還需避開由于凍結(jié)低溫而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力引起的混凝土開裂的問題。針對這些問題，現(xiàn)場須要對混凝土的配比選擇進(jìn)行對比試驗(yàn)，可實(shí)行增加水泥用量，以提高混凝土的強(qiáng)度保證率；摻入防凍劑，以提高混凝土的強(qiáng)度保證率；選用能適合較低溫度環(huán)境的速凝劑。混凝土的配比如下表所示：表3-1防凍混凝土協(xié)作比水灰比協(xié)作比含砂率塌落度8604速凝劑(%)FDN-KD防凍劑(%)0.41:1.75:1.6252184.02.53.6施工監(jiān)測冷凍系統(tǒng)監(jiān)測①去回路鹽水溫差監(jiān)測依據(jù)去回路的鹽水溫差，可推斷凍結(jié)體的發(fā)展?fàn)顩r。②去回路鹽水流量監(jiān)測視察凍結(jié)系統(tǒng)鹽水循環(huán)狀況，應(yīng)在去回路鹽水干管、供液管處安裝流量計(jì)。地層溫度監(jiān)測凍結(jié)過程中應(yīng)定時定人監(jiān)測測溫孔內(nèi)不同位置的溫度，依據(jù)測溫結(jié)果，計(jì)算凍結(jié)峰面的發(fā)展位置，預(yù)料凍結(jié)體的擴(kuò)展?fàn)顩r。變形監(jiān)測為了全面駕馭水平凍結(jié)過程中隧道暗挖施工的地層變更狀況，應(yīng)在原有施工監(jiān)測的基礎(chǔ)上加密測點(diǎn)和觀測次數(shù)，監(jiān)測項(xiàng)目包括地面升降以及拱頂和拱腳變位。在凍結(jié)施工區(qū)域應(yīng)設(shè)置確定數(shù)量的沉降觀測點(diǎn)，以顯示凍結(jié)期間凍脹引起的地面隆起、隧道開挖時漲沉交替，停止凍結(jié)后的融沉。此外，假如凍結(jié)工程周邊有重要建筑物，也應(yīng)在建筑物旁邊設(shè)置沉降觀測點(diǎn)，并需在凍結(jié)施工前起先觀測，以確保建筑物的平安。3.7凍漲融沉的限制措施土層凍漲主要是土層中的水結(jié)冰膨脹引起，影響凍脹因素除含水量多少外，還和凍土壓力大小、凍結(jié)速度快慢、凍結(jié)溫度凹凸、凍土中水量補(bǔ)給狀況等因素相關(guān)。凍土的融沉是相對凍漲產(chǎn)生的，因?yàn)閮鐾寥芑?，土中水份因自重作用漸小，融土在壓力及土顆粒自重作用下，壓縮體積引起融沉。所實(shí)行的主要限制措施如下：加強(qiáng)凍結(jié)帷幕溫度、厚度監(jiān)測，剛好調(diào)整凍結(jié)鹽水溫度和凍結(jié)時間，并盡可能接受間隔制冷措施；加快鹽水降溫速度，加大鹽水流量，以利加快凍土發(fā)展進(jìn)度，削減凍土的水份遷移，即削減凍漲；在隧道開挖過程中，依據(jù)揭露地層狀況在軟土、粘土中預(yù)埋或預(yù)留注漿孔，在凍結(jié)壁溶化時，視融沉發(fā)展?fàn)顩r剛好跟蹤壓密注漿限制融沉；在地面和開挖隧道斷面內(nèi)布設(shè)測點(diǎn)，跟蹤監(jiān)測地面及凍結(jié)帷幕井幫的位移狀況，剛好分析，剛好處理，視狀況可實(shí)行液氮凍結(jié)補(bǔ)強(qiáng)，卸壓或注漿等措施限制位移，以削減凍漲和融沉對工程施工和四周環(huán)境的影響；凍結(jié)停凍后剛好回收供液管和凍結(jié)管，用比重1.6～1.7的水泥漿充填。4勞動力組織4.1主要管理人員表4-1主要管理人員表職務(wù)人數(shù)備注項(xiàng)目負(fù)責(zé)人1項(xiàng)目總工程師1鉆孔項(xiàng)目副經(jīng)理1凍結(jié)項(xiàng)目副經(jīng)理1專業(yè)技術(shù)工程師2可依據(jù)任務(wù)調(diào)整4.2施工勞動人員配置凍結(jié)施工時，工種及人數(shù)配置見表4-2。表4-2主要施工人員表工種人數(shù)備注打鉆工40可依據(jù)任務(wù)調(diào)整電焊工4可依據(jù)任務(wù)調(diào)整凍安工20可依據(jù)任務(wù)調(diào)整機(jī)修工2可依據(jù)任務(wù)調(diào)整電工2可依據(jù)任務(wù)調(diào)整幫助工5可依據(jù)任務(wù)調(diào)整5機(jī)具設(shè)備配置5.1鉆孔機(jī)具設(shè)備及附屬設(shè)備的選型和配置表5-1鉆孔設(shè)備表名稱型號或規(guī)格數(shù)量運(yùn)行容量鉆孔鉆機(jī)MK-51臺30kW泥漿泵－1臺10激光測距儀－1臺－5.2制冷設(shè)備的選型和配置表5-2制冷設(shè)備表名稱型號或規(guī)格數(shù)量運(yùn)行容量凍結(jié)冷凍機(jī)組YSLGF3001臺218kW清水泵IS125-100-2502臺18.5kW鹽水泵200S42A2臺22kW冷卻塔NDBL3-5002臺8鹽水箱5m1臺－6質(zhì)量限制要點(diǎn)6.1鉆孔施工的質(zhì)量限制要點(diǎn)①定位精確，依據(jù)測量組現(xiàn)場的放樣進(jìn)行施工。②保證精度，一般限制在0.3%以內(nèi)。③保證設(shè)計(jì)深度。6.2凍堅(jiān)固施階段的質(zhì)量限制要點(diǎn)①保證在主動凍結(jié)期內(nèi)在規(guī)定的時間內(nèi)達(dá)到土體的凍結(jié)。②加強(qiáng)監(jiān)測，推斷凍結(jié)體的發(fā)展?fàn)顩r，并依據(jù)監(jiān)測結(jié)構(gòu)剛好調(diào)整凍結(jié)參數(shù)。7平安留意事項(xiàng)7.1施工現(xiàn)場的平安措施①制度和實(shí)施平安生產(chǎn)責(zé)任制，建立健全各項(xiàng)規(guī)章制度，并嚴(yán)格執(zhí)行。②建立平安生產(chǎn)保證體系，管理有力，保障運(yùn)行。③組織工程項(xiàng)目施工的平安教化和技術(shù)培訓(xùn)，特殊工種作業(yè)人員必需持證上崗，并進(jìn)行開工前技術(shù)考核。④建立平安檢查制度，實(shí)行平安生產(chǎn)獎懲制，消退事故隱患，引導(dǎo)職工齊抓共管，提高其平安生產(chǎn)的主動性。⑤編制和呈報(bào)平安支配、平安技術(shù)方案和平安措施，做到組織、制度、措施之落實(shí)。⑥設(shè)備運(yùn)用期間要加強(qiáng)修理和保養(yǎng)，保證設(shè)備完好率和運(yùn)用率及平安運(yùn)行。⑦施工現(xiàn)場臨時用電要有施工組織設(shè)計(jì)和方案，健全平安用電管理制度和平安技術(shù)檔案。⑧加大平安投入、平安警示牌醒目，平安設(shè)備完備，滿足平安生產(chǎn)須要。7.2施工機(jī)械的平安措施①鉆機(jī)、泵及冷凍設(shè)備管路必需試運(yùn)轉(zhuǎn)，確認(rèn)機(jī)械性能和各種閥門管路完好后，方準(zhǔn)施工。②時檢查各種機(jī)具以及機(jī)電設(shè)備的平安牢靠性，發(fā)覺隱患剛好處理。③檢修必需在配電處，檢修處設(shè)置檢修停用警示標(biāo)記。7.3施工用電的平安技術(shù)措施①施工現(xiàn)場必需接受“三相五線制”TN-S系統(tǒng)布線，兩級漏電愛惜，三級配電措施。做好過電流愛惜、PE愛惜和漏電愛惜。②全部用電設(shè)備必需執(zhí)行“一機(jī)一閘一漏一箱”制。③電工必需持證上崗，禁止無證操作。④發(fā)覺用電事故隱患，須剛好向上級領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)，按“三定”（定人、定時間、定整改措施）原則，由用電專業(yè)人員整改落實(shí)。⑤統(tǒng)一布設(shè)線路，杜絕私拉亂接現(xiàn)象。⑥工作中經(jīng)常巡查工地，檢查電源線路、照明、電器開關(guān)及設(shè)備運(yùn)行狀況，發(fā)覺隱患立刻解除。⑦電工進(jìn)行操作時，必需切斷電源，嚴(yán)禁帶電作業(yè)，并設(shè)置警示標(biāo)記。⑧操作高壓電氣設(shè)備主回路時，必需帶絕緣手套，穿電工絕緣靴，