冻结法加固技术在联络通道施工中的应用11

1、-作者xxxx-日期xxxx冻结法加固技术在联络通道施工中的应用11【精品文档】1 工程背景1.1 工程概况苏州市轨道交通4号线及支线工程某标包含二站三区间，每个盾构区间各1条联络通道及泵房，共有3个联络通道及泵房。1.2 工程地质根据地质资料，本工程3个联络通道及泵房所处地层主要为1粉质粘土、2粉砂、3粉土夹粉砂层、1粉质粘土层。3区间联络通道地质如表1表1 联络通道主要设计参数表序号盾构区间里程位置部位地层设计线间距隧道中心埋深1联络通道及泵房左DK14+（右DK14+478.250)联络通道1粉质粘土、2粉砂1粉质粘土层12.005m1m泵房1粉质粘土2联络通道及泵房左DK15+（右DK

2、15+）联络通道2粉砂1粉质粘土层13.000m81m泵房1粉质粘土层3联络通道及泵房左DK16+（右DK16）联络通道3粉土夹粉砂层、1粉质粘土层13.000mm泵房1粉质粘土在施工中，对于工程地质，特别是在冻结孔施工过程中，要防止2粉土夹粉质粘土可能发生泥、水突涌和地层沉降现象发生。水文地质地表水苏州市属于亚热带季风气候，雨量较大，轻度潮湿，沿线河道纵横，地表水系极其发育，太湖中水经河道源源不断给场区内补给地表水，地表水另一来源为大气降水，水位标高的变化主要受太湖水位影响。地下水根据地下水埋藏条件，可将地下水分为孔隙潜水、微承压水及承压水。.潜水潜水含水层主要由全新统Q4填土层组成，主要接

3、受大气降水的入渗补给，同时接受沿线污水、自来水的渗漏补给。潜水稳定水位为地面下1.01.50m左右，标高1.461.48m。苏州地区降雨主要集中在69月份，在此期间，地下水位一般最高；旱季为12月份至翌年3月份，在此期间地下水位一般最低。潜水位年变幅一般为12m。.微承压水微承压水含水层由晚更新世沉积成因的3、3粉土、2粉土或粉砂层组成，其隔水顶板为1、2粘性土层，隔水层底板为1、2粘性土层，具微承压性。微承压水水头标高在-0.201.90m。近35年最高微承压水水位为1.60m左右，年变幅1m左右。.承压水承压水含水层由晚更新世沉积成因的土层组成，主要为2粉砂或粉土、2、4粉土或粉砂及粉土层

4、，具承压性，属于本区第I承压水。据区域资料，承压水水头标高在-2.70m左右，年变幅1m左右。2 冻结法施工技术2.1 冻结法概述冻结只是临时创造冻土良好的承载、密封性能，为构筑新的地下空间服务，施工完成后，根据需要可拔除冻结管，冻土将解冻融化，土将逐渐恢复到未冻结状态。 在冻结法施工中，没有像喷射混凝土时的混凝土、板桩施工时的钢板或注浆时的浆液材料那些附加物质进入地层。冻结法不污染环境，是“绿色”施工方法。2.1.1人工地层冻结法定义：用人工制冷的方法，将待开挖地下空间周围的土体中的水冻结为冰并与土体胶结在一起，形成一个按设计轮廓的冻土墙或密闭的冻土体，用以抵抗土体压力、隔绝地下水，并在冻土

5、墙的保护下，进行地下工程的施工。若将含水地层（松散土层和裂隙岩层）在结冰温度下冷却，岩石裂隙或土孔隙中的水转换成冰，岩土的性质将发生决定性的变化。这一变化具有双重意义：材料：（1）土体中水分冻结，提高一定范围内岩土的强度 （2）减低一定范围岩土体渗透性创造新工程材料结构：在普通结构内部构建了新的工程结构。方法具备的优点 安全性好，可有效的隔绝地下水； 适应面广，适用于任何含一定水量的松散岩土层，在复杂水文地质如软土、含水不稳定土层、流砂、高水压及高地压地层条件下冻结技术有效、可行； 灵活性好，可以人为地控制冻结体的形状和扩展范围，必要时可以绕过地下障碍物进行冻结； 可控性较好，冻结加固土体均匀

6、、完整； 冻土的形成为构造高承载力和密封防水的冻土体，在土中相应位置布置和施工冻结孔安设冻结管，通过冻结管中循环的低温冷媒剂将土体中的热量带出，使地层降温并使土中水结为冰。在冻结初期，冻土仅在紧靠冻结管周围形成冻土柱；随冻结过程的继续，冻土柱渐渐扩大并相互连接，在预计的冻结时间后，冻土体达到设计厚度形成冻土。冻结法施工1、人员进场后针对施工过程中的施工技术交底、安全技术交底内业等资料整理，相关作业管理人员培训；2、水、电进场至施工作业面；3、施工工作平台工字钢加工、搭设；4、配件加工施工作业； 5、冷却塔、冷冻机等设备进场。钻孔施工2.5 联络通道及泵房结构概况区间联络通道及泵房结构如图2-1

7、3。联络通道及泵房主体结构均为钢筋混凝土结构。主体结构为线间距不同的同一构造样式。联络通道采用矿山法施工，结构为复合式衬砌。联络通道及泵房的防水原则是“以预防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理”，关键是处理好施工缝的防水。二次衬砌结构采用C35高性能防水混凝土，抗渗等级P10。衬砌采用二次衬砌方式，所有初期支护层厚度均为250mm；结构层为400mm厚的现浇钢筋混凝土，泵房排水管采用DN200铸铁管。 图2-13 联络通道及泵房结构图3 施工重难点分析及应对措施联络通道施工涉及冻结和开挖等诸多施工工序，施工难度大，风险高，在施工前，需对施工重难点进行分析，并做好应对措施，确保在施工过

8、程中施工安全，针对本工程特点及重难点进行分析，制定相应对策，特点及重难点分析及对策见下表。表3-1 工程特点及重难点分析与对策表工序存在的风险风险特征产生风险的原因如何预防风险产生风险后应对措施钻孔施工联络通道所处土层为粉土夹粉质粘土，且有承压水，冻结孔施工时有涌水冒砂的风险；冻结管断裂孔口涌水冒砂冻结孔施工不当冻结管焊接不牢固严格按设计进行施工，并做好安全技术交底实行冻结管焊接检查制度，确保焊接质量及时封堵冻结施工隧道产生冻胀变形，冻胀使地面及管线上抬隆起管片渗漏冻土融化冻结管断裂管片及结构渗漏冻土融化接触面渗水盐水漏失冻结技术控制不当冻结设备损坏注浆效果不理想联络通道处含有多个土层严格按照

9、设计方案执行现场配备用设备及时补充接缝注浆及时进行冻结参数调整启用备用设备补充注浆开挖及结构施工塌方涌水涌砂地面管线下沉地面沉降过大塌方涌水涌砂冻土融化开挖步距过大支护不及时冻结帷幕质量差冻结帷幕变形过大停水、停电等突发故障严格按开挖方案执行及时进行支护开挖前必须进行冻结效果检查控制冻结参数及时进行注浆填充，同时加强地表沉降监测现场配置备用电源、备用设备及时进行支护立即进行注浆启动备用电源及设备及时根据沉降监测数据调整注浆参数，保证沉降正常融沉注浆施工地面、管线下沉地面沉降过大小井内涌水涌砂地面明显下沉管片碎裂解冻速度过快，注浆未及时补充沉降监测数据有误或沟通不及时浇筑砼时振捣不密实在结构浇筑

10、完成拆模后对结构施工质量进行检查。及时进行融沉补偿注浆，根据沉降数据，及时调整注浆参数，确保施工安全及时补充浆液，控制并减少沉降数值上升4 施工总体组织方案目前南团、团宝盾构区间已双线贯通，竹南区间正在推进。团宝区间联络通道及泵房计划2014年12月18日开始冻结孔施工，南团盾构区间联络通道及泵房计划2014年12月28日开始进行冻结孔施工，竹南区间联络通道及泵房计划2015年6月1日开始冻结孔施工。表4-1联络通道及泵房冻结孔统计表名称联络通道位置冻结孔数透孔数测温孔数冷冻站布置位置备注左线右线竹辉路站南门路站联络通道及泵房左线144环145环56个19个49左线92环132环南门路站团结桥

11、站联络通道及泵房左线288环289环56个19个49左线236环276环团结桥站宝带东路站联络通道及泵房左线433环434环56个19个49左线446环486环5 施工方案的选择5.1 施工方案设计的基本原则采用冻结法加固土体安全可靠，适应该区工程地质和水文地质条件。本施工方案设计的基本原则是：（1）水平孔冻结帷幕技术性能必须满足联络通道施工的安全和质量要求，加固土体应遍达待加固区域；（2）水平孔冻结方案应符合现场实际条件，具有可操作性；（3）施工方案应在满足工程要求工期的前提下具备优化潜力；（4）施工方案中考虑关联公共设施的位置及其安全保障，满足城市环境保护及节能要求；（5）减小冻胀与融沉的

12、危害，采取自然解冻融沉注浆措施控制联络通道和管片变形在允许范围内。5.2 冻结加固方案设计的主要技术要点为控制冻结孔钻进、地层冻胀和融沉等对隧道及地面的影响，根据国内外最新研究成果和施工经验，提出以下冻结设计技术要点：（1）在隧道内钻冻结孔，根据联络通道的结构采用近水平成孔或斜孔，每个钻孔都设孔口管，并安装孔口密封装置，以防钻进时大量泥水涌出。每一个钻孔完成后根据该孔流出物的方量，同时结合地表沉降监测数据的变化，及时注浆。（2）冻土帷幕的厚度及强度应满足联络通道开挖的要求，尤其保证喇叭口处冻结帷幕的厚度，同时确保冻结帷幕与隧道管片的完全胶结。做好冻结和开挖的配合工作，并根据开挖后冻结帷幕变形情

13、况及时调整开挖构筑工艺。（3）为减小冻胀对隧道的影响，在左、右线隧道管片靠近喇叭口侧敷设冷管和保温层。减小冻结孔与对侧隧道管片的距离，并采用小开孔距、较低盐水温度、较大盐水流量等措施，以加快冻结速度，并在适当部位布设泄压孔，以减小土层冻胀对隧道的影响。（4）通过测温孔和泄压孔，监测冻土帷幕的形成过程和形成状况。特别监测冻土帷幕与对面隧道管片的胶结情况。（5）在联络通道底板、两侧、顶部及泵房混凝土中预埋注浆孔，必要时在隧道管片上钻注浆孔，以便注浆防止冻土融沉引起的地面沉降及隧道、联络通道的沉降变形。进行冻结地层温度监测、地层沉降变形的监测、隧道变形的监测，以指导联络通道的施工。（6）为减小冻融的

14、不利影响，采用自然解冻融沉注浆方案，控制地面的不均匀沉降。（7）加强地表沉降监测频率，及时掌握地表沉降变化情况，进而指导施工。5.3 施工方案联络通道是地铁线路的重要附属工程之一，其主要作用是连通左右两条地铁隧道作为安全和维护通道，同时在联络通道内设置泵房，用于集排隧道内积水。本工程联络通道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帷幕结构，集水井采用实体冻结，然后在冻土帷幕结构中进行联络通道和泵房的掘砌施工。冻结法施工具有如下几个优点：（1）安全可靠性好，可有效的隔绝地下水；（2）适应面广。适用于任何含一定水量的松散岩土层，在复杂水文地质如软土、含水

15、不稳定土层、流砂、高水压及高地压地层条件下冻结技术有效、可行；（3）灵活性好。可以人为地控制冻结体的形状和扩展范围，必要时可以绕过地下障碍物进行冻结；（4）可控性较好。冻结加固土体均匀、完整；（5）污染性小。“绿”色施工方法，符合环境岩土工程发展趋势；（6）经济上合理。冻结法其工艺流程见图5-1。 图5-1 联络通道冻结法施工工艺流程根据工程地质条件及其它施工条件，确定采用“隧道内水平冻结加固土体、隧道内矿山法开挖构筑”的施工方案，即：在隧道内利用水平孔和部分倾斜孔冻结加固地层，使联络通道及泵房外围土体冻结，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

16、络通道及泵房的开挖构筑施工，地层冻结和开挖构筑施工均在区间隧道内进行，其主要施工顺序为：施工准备冻结孔施工（同时安装冻结制冷系统，盐水系统和监测系统）进行隧道支撑积极冻结探孔试挖拆钢管片联络通道掘进与初期支护联络通道永久支护泵房开挖与初期支护泵房永久支护结构充填注浆进行自然解冻融沉注浆充填撤场。冻结孔施工和联络通道初期支护施工为本工程的关键工序；排水管的敷设及与钢管片的连接为重要控制点；冻结监测和温度，土体变形，压力监测及联络通道永久支护施工为特殊工序。6 冻结帷幕设计 方案设计技术要点由于上述3个联络通道所处地层主要为1粉质粘土、2粉砂夹粉土、3粉土夹粉砂、1粉质粘土层，为了确保施工安全，特

17、别是在冻结孔施工过程中，要防止可能发生泥、水突涌和地层沉降现象发生。在施工中必须采取切实可靠的技术措施，以确保联络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。特别是要保证联络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（拱顶部位四排）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，同时管片外面采用泡沫保温板隔热保温，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

18、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、加强冻结过程监测。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联络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

19、的形成过程。5、在联络通道两端布设卸压孔，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、联络通道在交圈前完成隧道内预应力支架安装，以防止冻结过程隧道变形及打开预留钢管片时隧道变形和破坏。施工完联络通道初期支护层后再打开对侧隧道联络通道的预留钢管片。在联络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

20、加木背板支撑，调整开挖构筑工艺，并同时加强冻结。8、为了进一步提高联络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。6.2冻结帷幕设计本次分析采用大型通用有限元数值计算软件ANSYS，它融结构、热、电磁、声学于一体，可广泛应用于核工业、铁道、航空航天、机械制造、土木工程、地矿、水利等一般工

21、业及科学研究。就结构分析来讲，ANSYS软件提供的结构分析类型如下：（1）结构静力学分析（2）结构动力学分析（3）结构非线性分析采用ANSYS对钢筋混凝土和钢结构进行数值分析是一种行之有效的方法，它可以很好的模拟混凝土和钢结构的受力条件及其构关系，还可以按照原型几何参数直接进行计算，可以方便获得包括结构的截面应力、应变和变形特性等完备数据。冻结帷幕承载力验算1、有限元方法验算1）设计计算参数联络通道冻土帷幕结构的几何尺寸见设计施工图。三个联络通道兼泵房水平通道外围冻土帷幕有效厚度分别为1.8m、2.0m、2.0m，冻土帷幕平均温度为小于等于-10。参考类似工程冻土物理力学性质，偏安全考虑，设计

22、取-10下土层弹性模量和泊松比分别为150MPa和0.3，强度指标为：抗压3.5MPa，抗折1.8MPa，抗剪1.5Mpa。冻结帷幕承载力验算采用许用应力法，强度检验安全系数取：抗压2.0，抗折3.0，抗剪2.0。冻土帷幕顶面所受土压力根据开挖向下变形特性按主动土压力计算，侧面承受水土压力静止侧压力系数取0.7计算，土的平均重度取18.5kN/m3。2）水平通道和喇叭口冻土帷幕承载力验算水平通道冻土帷幕力学分析采用均质线弹性三维模型，其力学特性参数取冻土帷幕平均温度下的冻土力学特性值。根据联络通道对称性，取结构的1/4作为计算模型。冻结帷幕顶板反力主要受静水压力和开挖时因顶板向下变形，上部土体

23、的作用力（偏安全考虑顶部荷载按静止土压力进行计算）。三维计算模型如图6-1所示，共划分为8394个单元，单元类型为三维实体单元SOLID 65单元。模型对称面约束法相位移，模型和管片交界处约束3个方向位移，模型底板约束竖向位移。冻土结构采用三维实体单元SOLID 65单元建立模型。SOLID 65单元是一具有8节点的三维非线性实体材料单元类型，其几何形状、节点位置以及坐标系取向如图6-1所示。图6-1 SOLID65三维实体单元图6-2 通道冻土帷幕有限元计算模型表6-1竹辉路站南门路站区间通道冻土帷幕应力、位移计算值及安全系数项目压/弯拉应力 （MPa）剪应力（MPa）位移（mm）13max

24、Umax计算值17.2强度指标安全系数位置直墙和底板连接处直墙和底板连接处顶板中间位置表6-2南门路站团结桥站通道冻土帷幕应力、位移计算值及安全系数项目压/弯拉应力 （MPa）剪应力（MPa）位移（mm）13maxUmax计算值强度指标安全系数位置直墙和底板连接处直墙和底板连接处顶板中间位置表6-3团结桥站宝带东路站通道冻土帷幕应力、位移计算值及安全系数项目压/弯拉应力 （MPa）剪应力（MPa）位移（mm）13maxUmax计算值强度指标安全系数位置直墙和底板连接处直墙和底板连接处顶板中间位置用有限元法进行冻土帷幕的受力分析与变形计算，从计算结果可以看出，计算的应力值小于强度值，冻土帷幕的总

25、体承载能力是足够的。计算显示在冻土帷幕内侧局部存在应力集中，但是范围很小，且冻土帷幕角部是圆弧过渡的，并且冻土帷幕中间尚有土体或支撑，因此是安全的。图6-3(a) 竹辉路站南门路站区间联络通道冻土1分布图6-3(b) 竹辉路站南门路站区间联络通道冻土3分布图6-3(c) 竹辉路站南门路站区间联络通道冻土 stress intensity分布图6-3(d) 竹辉路站南门路站区间联络通道冻土变形分布图6-4(a) 南门路站团结桥站区间联络通道冻土1分布图6-4(b) 南门路站团结桥站区间联络通道冻土3分布图6-4(c) 南门路站团结桥站区间联络通道冻土 stress intensity分布图6-4

26、(d) 南门路站团结桥站区间联络通道冻土变形分布图6-5(a) 团结桥站宝带东路站区间联络通道冻土1分布图6-5(b) 团结桥站宝带东路站区间联络通道冻土3分布图6-5(c) 团结桥站宝带东路站区间联络通道冻土 stress intensity分布图6-5(d) 团结桥站宝带东路站区间联络通道冻土变形分布以上计算表明：通过有限元计算，通道部分的冻结帷幕强度和位移均满足旁通道冻结法技术规程，设计采用厚冻结帷幕厚度1.8m和2.0m，平均温度-10能够满足施工要求。3）泵房冻土帷幕有限元计算三个区间联络泵房处冻土设计冻土厚度分别为1.8m、2.0m、2.0m，不考虑临时支护作用，根据对称性取泵房1

27、/4作为计算模型。图6-6泵房有限元计算模型侧向土压力为：底板开挖后向上变形，计算底板土反力采用被动土压力公式，则底板土反力为： 计算得三个区间泵房冻结帷幕底部荷载分别为：q1=0.241MPa q2= q3=其中摩擦角。图6-7泵房模型单元表6-4：竹辉路站南门路站区间泵房冻土帷幕有限元计算结果泵站项目压/弯拉应力 （MPa）剪应力（MPa）位移（mm）13maxUmax计算值0.78强度指标安全系数位置底板中心侧墙和底板交界处侧墙和底板交界处侧墙中间向内位移表6-5：南门路站团结桥站区间泵房冻土帷幕有限元计算结果泵站项目压/弯拉应力 （MPa）剪应力（MPa）位移（mm）13maxUmax

28、计算值0.76强度指标安全系数位置底板中心侧墙和底板交界处侧墙和底板交界处侧墙中间向内位移表6-6：南门路站团结桥站区间泵房冻土帷幕有限元计算结果泵站项目压/弯拉应力 （MPa）剪应力（MPa）位移（mm）13maxUmax计算值0.90强度指标安全系数位置底板中心侧墙和底板交界处侧墙和底板交界处侧墙中间向内位移图6-8(a) 竹辉路站南门路站区间泵房冻土1分布图6-8 (b) 竹辉路站南门路站区间泵房冻土3分布图6-8(c) 竹辉路站南门路站区间泵房冻土stress intensity分布图6-8(d) 竹辉路站南门路站区间泵房冻土开挖位移分布图6-9(a) 南门路站团结桥站区间泵房冻土1分

29、布图6-9(b) 南门路站团结桥站区间泵房冻土3分布图6-9(c) 南门路站团结桥站区间泵房冻土stress intensity分布图6-9(d) 南门路站团结桥站区间泵房冻土开挖位移分布图6-10(a) 团结桥站宝带东路站区间泵房冻土1分布图6-10(b) 团结桥站宝带东路站区间泵房冻土3分布图6-10(c) 团结桥站宝带东路站区间泵房冻土stress intensity分布图6-10 (d) 团结桥站宝带东路站区间泵房冻土开挖位移分布通过以上计算，说明冻土帷幕的强度和刚度是足够的，通道、泵房的冻土帷幕强度和变形满足设计要求。 2、结论以上计算表明：通过有限元计算，通道部分和泵房部分的冻结帷

30、幕强度和位移均满足旁通道冻结法技术规程，设计采用厚冻结帷幕厚度1.8m和2.0m，平均温度-10能够满足施工要求。6.3冻结孔布置根据联络通道结构断面特点、冷冻量计算结果及相关规范要求，团宝区间、南团区间及竹南区间冻结孔布置按上仰、近水平、下俯三种角度布置在通道的四周，布设75个冻结孔（包含苏州轨道交通工程建设旁通道管理办法中明确要求的比设计孔数多出的5孔）。其中冻结站一侧隧道内冻结孔数56个，对侧隧道内19个，共计75个(包括4个透孔)。设计测温孔9个（其中冻结站一侧3个，对侧隧道6个。测温孔深度24米），卸压孔4个（深度3米），每侧隧道各布置2个。具体布置详见附图各区间冻结孔布置图。6.4

31、冻结施工技术要点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

32、。7、补充的B6B11冻结孔，在其余69个冻结孔施工完毕后进行施工，若各冻结孔施工偏斜满足设计规定偏斜范围，补充的冻结孔B6B11按设计孔位：开孔角度65、打孔角度33、孔深2700mm进行施工；若69个冻结孔中经检测孔位有偏斜或终孔间距超过150mm规范要求，则在相应孔位之间进行补孔。7 制冷系统设计联络通道及泵房冻结参数确定1、设计最低盐水温度为-28-30。2、冻结孔单孔流量不小于57m3/h。3、集水井处冻结孔终孔间距Lmax1000mm，其他段终孔间距Lmax900mm，冻土发展速度取26mm/d，冻结帷幕交圈时间为2025天，达到设计厚度时间为40天。4、积极冻结达到开挖时间为40

33、天（按苏州轨道交通公司要求，多冻5天，积极冻结45天）。具体积极冻结时间根据测温情况而定。7.2.1冻结站需冷量的计算：Q =1.2d.HK 式中：Q冻结孔需冷量；H联络通道冻结管总长度（含冷排管长度）；d冻结管直，89mm； K冻结管散热系数，250 Kcal/h；根据各区间联络通道位置及冷冻站布置位置，团宝区间联络通道冻结管总长度H取m；南团区间H取m；竹南区间H取m。计算结果：（1）团宝区间单个联络通道及泵房需冷量Q =5.39104Kcal/h；（2）南团区间单个联络通道及泵房需冷量Q =5.39104Kcal/h；（3）竹南区间单个联络通道及泵房需冷量Q =5.09104Kcal/h

34、；根据计算结果，各联络通道冷冻机房选用170WDEDD冷冻机机组（标况制冷量8.75104Kcal/h ）2台，其中1台备用。7.2.2冻结系统辅助设备（1）盐水循环泵选用ISW150-315型2台，单台流量200m3/h，电机功率30kw，其中一台备用。（2）冷却水循环选用IRG125-125型清水泵2台，流量160m3/h，电机功率15kw，其中1台备用。冷却塔选用SLB-80型2台；补充新鲜水15 m3/h。（3）冻结管选用898mm，丝扣连接。冷冻排管选用453mm。（4）测温孔管浅孔选用32mm，深孔用89mm的钢管。（5）供液管选用钢管，采用焊接连接。（6）盐水干管和集配液管选用1

35、595mm的钢管。（7）冷却水管选用供水钢管。7.2.3 其它（1） 用电负荷：联络通道及泵房工程用电负荷约300kw/h。（2） 冷冻机油选用N46冷冻机油。（3） 制冷剂选用氟立昂R-22，冷媒剂选用氯化钙溶液。8 冻结施工8.1 施工准备8.1.1 加工件工期较长，需开工前进行加工。具体加工件见表8-1。8.1.2 在隧道内安装机房，进行材料加工等操作。8.1.3 在隧道内敷设1条动力电缆，满足冻结孔施工、冻结系统运转及开挖构筑施工供电。8.1.4 在隧道内铺设两趟管路至施工工作面，用于冻结孔打钻及冻结运转供水和排污。8.1.5 用厚5cm的木板在联络通道处铺设施工场地，冻结孔施工时，按

36、需要搭设施工脚手架。表8-1 单个区间主要加工件一览表序号加工件名称单位数 量1钻头组合套752冻结管（及作钻杆）m8503孔口管个754上堵头用接长杆m305堵头个756盐水干管、集配液管套17冻结管头部个758冷却塔水箱个19盐水箱个110隧道预应力支架榀48.2 冻结孔施工8.2.1 施工工序冻结孔施工工序为：定位、开孔孔口管安装孔口装置安装钻孔封闭孔底部测量打压试验。具体为：（1）定位开孔及孔口管安装：按照设计要求在隧道管片上定好各冻结孔位置。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、管缝、螺栓及钢管片肋板的前提下可适当调整，冻结孔开孔位置误差不大于100mm。然后

37、用开孔器（配金刚石钻头取芯）按设计角度开孔，开孔直径130mm，当开到深度250mm时停止取芯钻进，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12mm膨胀螺栓，然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，膨胀螺栓和孔口管之间用等直径钢筋焊接，然后装上DN125闸阀，再将闸阀打开，用开孔器从闸阀内二次开孔，开孔直径为108mm，一直将砼管片开穿，出现涌砂就及时关闭闸门。（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。详见示意图8-1。图8-1 孔口密封装置示意图（3）钻孔：选用1台MD-80型钻机钻孔，按设计要求调整好钻机位置，并固定好，将钻头

38、装入孔口装置内，并将盘根轻压在盘根盒内，首先采用干式钻进，当钻进费劲不进尺时，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，保证地面安全，不出现沉降。（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）测量：钻孔施工期间，应在完成冻结管总数的1/3，2/3以及全部钻孔结束时分三次开展冻结管测斜及试压工作。采用经纬仪配合灯光进行测斜工作。（6）打压试验：封闭好孔口，用手压泵打水到孔内，至压力达到（并且不低于冻结工作面盐水压力的倍）时，停止打压，关好阀门，观测压力的变化，30分钟允许降压0.0

39、5 Mpa，后稳定15分钟压力无变化者为试压合格。8.2.2 钻孔偏斜（1）冻结孔开孔位置误差不大于100mm，应避开管片接缝、螺栓、主筋和钢管片肋板。（2）冻结孔最大允许偏差150mm（冻结孔成孔轨迹与设计轨迹之间的距离）。8.2.3 冻结孔钻进与冻结管设置（1）冻结孔施工工序流程如图8-2。 图8-2 冻结孔施工工序流程（2）冻结管钻进采用跟管法钻进技术，既减少了地层流出物的数量，也有利于控制地面沉降。（3）利用冻结管作钻杆，冻结管之间采用套管丝扣连接，接头螺纹紧固后再用手工电弧焊焊接，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。（4）钻进过程中严格监测孔斜情，发现偏斜要及时纠偏

40、。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。（5）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。（6）在冻结管内下供液管，然后焊接冻结管端盖和去、回路羊角。（7）施工冻结孔时的土体流失量不得大于冻结孔体积，否则应及时进行注浆控制地层沉降。（8）打透孔复核两隧道预留口位置。如两隧道预留口相对位置误差大于100mm，则应按保证冻结壁设计厚度的原则对冻结孔布置进行调整。（9）冻结孔施工完毕后沿冻结站对侧隧道联络通道外围冻结壁敷设5排冷冻排管，排管间距为500mm；冷冻排管采用45无缝钢管。排管敷设应密贴隧道管片。8.3 施工总体布置冻结设备地面组装验收进场

41、的冷冻机组（含备用冷冻机组，两套设备）在进入隧道前完成第一次调试运转工作，经总承包单位、监理单位、项目工程师确认设备运转良好，将冷冻机组吊装至隧道内进行组装，组装完成后，冻结管路连通后需对冷冻机组（含备用冷冻机组，两套设备）进行第二次切换调试运转，确保冷冻机组运转性能良好正式开机冷冻。8.3.2 冻结站布置与设备安装冻结站占地面积约100m2，站内设备主要包括冷冻机、盐水箱、盐水泵以及箱式变电站、清水泵和冷却塔。冷冻站平面布置图见附图6。设备安装按设备使用说明书的要求进行。机房内所有设备进行检修后进行保养喷漆施工。机房内设置值班室。本工程将倡导节能减排理念，采用50mm厚的泡沫保温材料对盐水管

42、路进行保温。为确保盐水管路施工质量，选用技术过硬的焊工进行关键工序的焊接施工，同时设置焊接监督员，每一个焊工在焊接作业时要求有另外一名焊工在一旁监督焊接，防止出现焊接瑕疵。8.3.3 管路连接、保温与测试仪表隧道内的盐水管用管架敷设在隧道管片斜坡上，以免影响隧道通行。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、清洗后用泡沫保温材料进行保温，保温厚度为50mm，保温层的外面用塑料薄膜包扎。集配液管与冻结管的连接用高压胶管，每组冻结管的进出口各装阀门一个，以便控制流量。联络通道四周冻结管每4个串联成一组，其他冻结管每五、六个串联成一组，分别接

43、入集配液管，同时应在每组冻结器接口处悬挂编号，便于应对突发事故。8.3.4 隧道管片保温考虑隧道内管片的散热对冻结效果的影响，在主冻结孔对侧隧道管片内侧安装冷冻板，加强冻结。在冻结壁附近隧道管片内侧敷设保温层，敷设范围至设计冻结壁边界外2m。保温层采用泡沫保温材料，导热系数不大于。8.3.5 溶解氯化钙和机组充氟加油盐水（氯化钙溶液）比重为之间，将系统管道内充满清水，盐水箱充至一半清水，在盐水箱内（加过滤装置）溶解氯化钙，开启盐水泵，边循环边化氯化钙，直至盐水浓度达到设计要求。机组充氟和冷冻机加油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，再抽真空，充氟

44、加油。8.4 积极冻结盐水降温按规范要求进行，严禁直接把盐水降到低温进行循环。设计积极冻结时间约为45天。要求冻结孔单孔流量不小于5m3/h；积极冻结 7天盐水温度降至18以下，积极冻结15天盐水温度降至24以下，去、回路盐水温差不大于2；开挖时盐水温度降至28。如盐水温度和盐水流量达不到设计要求，应延长积极冻结时间。施工初期支护后可进入维护冻结阶段，维护冻结期温度不高于-25，冻结时间贯穿联络通道及泵房开挖和主体结构施工始终。9 开挖与构筑9.1.1 开挖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。在做好开挖施工准备工作并经专家论证会同

45、意后，打开钢管片，从左线开口向右线方向暗挖。工程作业采用风镐、铲及手镐相结合，人工出土，工作面挖出的土方装入机动三轮车，经隧道运到端头井的专用排土箱内，然后用吊车提至地面，再用汽车运出。工程用料，利用吊车吊至井下，用三轮车运至工作面。结构用商品混凝土，砼运输车运至井口通过溜灰管下至三轮车送至工作面。施工时，先掘砌通道，后施工泵房。9.1.2 支护方案采用两次支护方式。第一次支护为初期支护，采用钢支架加木背板及C25喷射混凝土。第二次支护为永久支护，采用C35P10现浇钢筋混凝土。联络通道及泵房开挖后，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

46、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帷幕进行及时的支护，所以联络通道的初期支护既作为维护地层稳定，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。初期支护采用I16组合式钢架，挂网后喷射混凝土。“I”字钢加工成直腿拱形支架和矩形支架。钢拱架为封闭形式用于喇叭口及通道内的初期支护，为增加支架的稳定性，每道支架中部加有一根横撑，拱形支架排间距与通道的开挖步距相对应为，相邻支架间加有纵向拉杆，以增加整个支护体系的整体性和稳定性，

47、通道与盾构连接处连立3榀钢架加强支护。集水池竖向等间距布置6榀钢架，上下两排支架间由8根拉杆相互连接，必要时增加纵横向支撑，以增加支架整体的稳定性及抗变形的能力。外侧保护层厚度为50mm，内侧保护层厚度为40mm，钢架之间用22纵向筋焊连，纵向筋环向间距1m。为了控制支架间冻结帷幕的变形，减少冻结帷幕冷量损失，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橛子，或及时将背板与地层空隙用沙土等填充，以提高支护效果。永久支护为结构设计中的钢筋砼结构，主钢筋要求外侧保护层厚度为50mm（迎土面），内侧保护层厚度为40mm（背土

48、面）；钢筋的连接采用焊接，级钢筋锚固长度35d，级钢筋末端应作180弯钩，弯钩末端直线段长度10d。焊条类型：HPB300钢筋采用焊条类型为E43，HRB400钢筋采用焊条类型为E50。通道支护及结构层施工时，在背板和冻土之间及防水层和结构层之间预埋注浆管，作最后充填注浆用。计算采用隧道内水平冻结方法加固地层，矿山法暗挖施工。根据旁通道冻结法技术规程，在联络通道埋深不高于25m的情况下，在开挖侧可设2榀隧道支撑，开挖对侧隧道设置2榀隧道支撑。每榀支撑要求和隧道间有78个接触点，每个点须能承受最大500kN的径向荷载。设计采用通用隧道多边形型钢加工的支架，支架形式如下：结构立面图每榀支撑有8个支

49、点，由5个OLD50螺旋千斤顶提供预应力。在施工时，将千斤顶拧紧即可，在冻结开挖期间，冻土冻胀使隧道变形、开挖前打开钢管片使管片刚度减小、及开挖对隧道产生影响，支架所受荷载产生变化。施工时应及时将松驰各个千斤顶拧紧。支架最大可承受每个节点500kN的隧道径向力，超过支架最大可承担荷载后需采用其它方法对隧道管片进行加强。拧紧千斤顶时，使千斤顶最大力不得大于100kN。 结构计算简图 荷载图 应力比图 位移图 偏载下荷载图 偏载下应力比图 通过计算，支撑结构各构件平面内满足强度、稳定要求。平面外采用型钢连接，形成空间稳定体系。9.3 施工准备9.3.1 三通一平（1）供水，将水管接送至施工场地，水

50、量为15m3/h。（2）供电，将电接送至施工场地。（3）道路，能允许510t卡车进出施工场地，市内运输，必要时应提供通行证。9.3.2 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上表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，坡度以车辆上下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，面积约6m2。平台可用16#槽钢，直接搭在砼管片上，台面用50mm厚

51、木板铺盖而成。9.3.3 初期支护金属支撑架联络通道及泵房初支钢架加工尺寸，见图9-1。开挖前按设计图纸加工好初期支护的钢支撑，通道开挖步距应和初衬型钢支撑间距一致为500mm。开挖完成后立即进行初衬型钢施工，初衬型钢支架和冻土帷幕间应采取适当保温（如木背板）以隔绝冻土和喷射混凝土，完成喷射混凝土水化反应。接头部位结构：连接板厚10mm钢板与16#工字钢焊接，螺栓取M2046。支架在地面预加工成型后，在工作面组装安设。图9-1 联络通道兼泵房初支钢架设计图9.3.4 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一一焊接好，以提高其整体性。焊接前

52、应首先对拼装缝进行除锈除垢处理，避免虚焊。焊接时，划分区域，采取对称方式焊接，以防止应力集中，引起钢管片变形。焊接材料选E4303型结构钢焊条，用手工电弧焊焊接。9.3.5 预应力支架安装（1）根据旁通道施工技术指南要求，在冻结交圈前完成预应力支架安装，并且按照要求施加预应力。（2）共设4榀预应力支架，安装方法：在区间隧道左右线联络通道开口两侧各架两榀，两榀钢支架间距，并在联络通道两端沿隧道方向对称布置，预应力支架加工及制作详见设计图纸。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。如图9-2为预应力支架安装示意图。 注意事项：架设时要有专人负责指挥，拼装时螺栓必须拧紧，高处千斤顶应固定在主架上，防止脱落。要定期检查千斤顶压力情况，发现松动等异常情况要及时处理。（3）预应力安装偏离隧道管片环缝处截面不大于20mm。