天津地铁盾构区间隧道联络通道冻结加固工程施工组织设计

天津市地下铁道二期工程3号线华苑站～王顶堤站区间隧道联络通道及泵站冻结加固工程施工组织设计沈阳极地冻结工程有限公司二○○九年十二月编号：编制：审核：批准：目录TOC\o"1-2"\h\z\u1工程概况 41.1工程概述 41.2地质条件 41.3地质特点及技术措施 41.4联络通道结构概况 52施工方案的选择 52.1采用的设计规范及技术标准 52.2设计基础资料 62.3其它资料 62.4施工方案设计的基本原则 62.5冻结加固方案设计的主要技术要点 62.6施工方案 73冻结帷幕设计 73.1冻结帷幕 73.2冻结孔 83.3测温孔及泄压孔 83.4冻结主要设计参数 94制冷系统设计 94.1冷冻机的选择 94.2冻结系统辅助设备 104.3其它 105冻结施工 105.1施工准备 105.2冻结孔施工 115.3施工总体布置 135.4积极冻结 136开挖与构筑 146.1施工方案 146.2施工准备 156.3开挖 176.4施工方法 176.5开挖及支护质量要求 226.6结构注浆 226.7冻胀、融沉控制措施 226.8防腐、钻孔补强等收尾工作 247信息化施工监测 247.1监测内容 257.2监测方法、手段及说明 268冻结开挖施工进度及配套计划 318.1施工进度计划 318.2劳动力配备计划 328.3设备与材料供应计划 329质量管理及环境保护措施 399.1冻结孔施工质量技术措施 399.2冻结运转质量技术措施 409.3开挖构筑质量技术措施 409.4地面建筑、管线保护技术措施 419.5环境设施保护措施 4210安全措施、文明施工及治安消防措施 4210.1安全及治安消防措施 4210.2文明施工措施 4511应急预案 4611.1总则 4611.2工程风险分析 4611.3冻结孔施工应急预案 4711.4冻结施工应急预案 4811.5开挖施工应急预案 4811.6应急预案操作程序 4911.7应急预案组织机构 5011.8应急材料及设备 5012施工用电设计与安装 5112.1概述 5112.2用电负荷计算 5112.3供电线路 5113附图 5214附表： 611工程概况1.1工程概述华苑站～王顶堤站区间是天津地铁3号线工程的一个重要组成部分，本区间隧道工程起讫点里程为：右线DK4+214.974～DK5+110.200，长895.226；左线DK4+214.974～DK5+110.971(含短链0.565m)，长895.432m。本区间设联络通道及泵站1座，里程为DK4+771.5。本工程采用盾构法施工，衬砌采用预制钢筋混凝土管片，通缝拼装。管片内径：5500mm；管片外径：6200mm；管片厚度：350mm；管片宽度：1200mm；管片混凝土强度C55；抗渗等级≥S10。盾构先从华苑站右线出发，到王顶堤站西端头井处出洞。盾构机再从王顶堤站左线西端头井处进洞，前往华苑站，如图1所示。图1盾构推进方向图1.2地质条件根据地质资料，华苑站～王顶堤站区间隧道联络通道从上至下依次为：①1杂填土、④1粉质黏土（灰色）、⑤4粉质黏土（灰白色）、⑥1粉质粘土（灰黄色）、⑥2粉土（褐黄色）、⑦1粉质粘土（褐黄色）、⑦2粉砂（褐黄色）。联络通道主要穿越第四系全新统下组河床~河漫滩相沉积层，所处土层为⑥1粉质粘土（灰黄色）、⑥2粉土（褐黄色）；泵站处于第四系上更新统五组河床~河漫滩相沉积层，所处土层为⑦1粉质粘土（褐黄色）、⑦2粉砂（褐黄色）层。其中⑥1、⑦1层为流塑状态。1.3地质特点及技术措施由于联络通道所穿越土层含水量大，强度低，且上方为交通繁忙的道路，无地面施工条件，设计采用隧道内水平冻结加固土体、矿山暗挖法施工，以确保施工安全，同时减少对周围地面环境的影响。根据该位置工程地质及其他施工条件，施工中采取如下技术措施：⑴打钻过程中严格按照打钻程序进行，切实做好孔口密封，防止漏砂、突水现象发生。充分考虑承压水的不利影响，制定打钻应急预案；⑵粘土层冻结发展速度较慢，采取多打探孔，在冻结帷幕薄弱部位多布测温孔的方案，依据监测数据及时进行总结和分析；⑶为减少冻融产生的隧道及地面、周边环境的沉降，采取按需注浆措施。1.4联络通道结构概况联络通道处左线、右线盾构隧道中心距19.115m，联络通道处左线隧道中心标高为-14.627m，处右线隧道中心标高为-14.63m，地面标高约+3.236m。联络通道由与隧道钢管片相连的喇叭口、水平通道和泵房构成(见图2)。联络通道的水平通道为直墙圆弧拱结构，通道采用的初次衬砌（钢支架喷射混凝土）厚度为250mm，二次衬砌厚度为400mm的C30-S8模筑防水钢筋混凝土，通道的开挖轮廓高约为5.1m，宽约为4.1m，开挖区标高范围为-12.5m~-18.7m。图2联络通道结构示意图联络通道详细结构以设计院设计施工图为准，详见附图1。2施工方案的选择2.1采用的设计规范及技术标准2.1.1《矿山井巷工程施工及验收规范》（GBJ213-90）。2.1.2《煤矿井巷工程质量检验评定标准》（MT5009-94）。2.1.3《混凝土结构设计规范》GB50010-2002。2.1.4《钢结构设计规范》》GB50017-2003。2.1.5《地基基础设计规范》GB50007-2002。2.1.6《建筑结构荷载规范》GB50009-2008。2.1.7《建筑抗震设计规范》GB50011-2006。2.1.8《地下铁道设计规范》GB50157-2003。2.1.9《圆隧道联络通道冻结法技术规程》上海地铁建设有限公司2005年11月。2.2设计基础资料2.2.1《天津市地下铁道二期工程3号线华苑站～王顶堤站区间地质勘察报告（详勘）》，天津市地质工程勘察院。2.2.2《天津市地下铁道二期工程3号线华苑站～王顶堤站区间盾构隧道联络通道平面位置图》，天津市市政工程设计研究院。2.2.3《天津市地下铁道二期工程3号线华苑站～王顶堤站区间盾构隧道联络通道、泵站结构设计图》，天津市市政工程设计研究院。2.2.4《天津市地下铁道二期工程3号线华苑站～王顶堤站区间盾构隧道联络通道及泵站冻结工程冻结法设计施工图》，中煤邯郸设计工程有限责任公司。2.3其它资料天津市地下铁道二期工程3号线招标文件。2.4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：2.4.1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，加固土体的厚度和强度应达到设计要求。2.4.2水平孔冻结方案应符合现场实际条件，具有可操作性。2.4.3施工方案应在满足工程要求工期的前提下具备优化潜力。2.4.4施工方案中考虑相关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。2.4.5减小冻胀与融沉的危害，采取相应措施控制联络通道和管片变形在允许范围内。2.5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：2.5.1在已贯通的隧道内钻冻结孔，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。2.5.2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况及时调整开挖构筑工艺。2.5.3为减小冻胀对隧道的影响，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，在冻胀力达到一定值时进行手动泄压。2.5.4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。重点监测冻土帷幕与对面隧道管片的胶结情况。2.5.5在联络通道底板、两侧、顶部及集水井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。2.5.6为减小冻融的不利影响，实施按需注浆的方案，以控制地面的不均匀沉降。2.6施工方案根据工程地质条件及其它施工条件，确定采用“隧道内钻凿，布设水平孔、近水平孔冻结临时加固土体，矿山法暗挖构筑”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，使联络通道及集水井外围土体冻结，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络通道及泵站的开挖构筑施工，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，盐水系统和检测系统)→进行隧道支撑→积极冻结→探孔试挖→拆钢管片→联络通道掘进与临时支护→联络通道永久支护→泵站开挖与临时支护→泵站永久支护→结构注浆→进行融沉注浆充填。冻结孔施工和联络通道临时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；冻结温度检测、土体变形、压力监测及联络通道永久支护施工为特殊工序。3冻结帷幕设计中煤邯郸设计工程有限责任公司的设计，冻结帷幕设计主要有如下三个方面的内容：3.1冻结帷幕3.1.1冻土强度的设计指标为：单轴抗压3.6Mpa，抗折2Mpa，抗剪1.5Mpa（－10℃）。3.1.2积极冻结时，在冻结区附近200m范围内不得采取降水措施。在冻结区内土层中不得有集中水流。3.1.3在冻结帷幕附近隧道内侧敷设保温层，敷设范围至设计冻结壁边界处2m。保温层采用阻燃（或难燃）的软质塑料泡沫保温材料，厚度50mm。导热系数不大于0.04W/MK；塑料软板与管片之间用万能胶粘贴密实。3.1.4设计积极冻结时间为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℃以下。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。每米冻结管（包括冷冻排管）的设计散热量不应小于100kcal/h。3.1.5开挖区外围冻结孔布置圈上冻结壁与隧道管片交接面处温度不高于－5℃。其它部位设计冻结壁平均温度为－10℃。3.1.6当施工中地层及环境条件与原设计依据资料有重大变化时，应及时与设计院联系修改冻结帷幕设计。3.1.7冻结帷幕设计详见附图2。3.2冻结孔联络通道冻结孔数70个（冷冻站侧隧道内布置52个冻结孔，冷冻站对侧布置18个冻结孔）。具体冻结孔的布置见附图3、4；冻结孔特征见附表1。具体要求如下：3.2.1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。3.2.2冻结孔最大允许偏斜150mm（冻结孔成孔轨迹与设计轨迹之间的距离）。联络通道冻结孔终孔最大允许间距为1300mm，泵站处冻结孔终孔最大允许间距为1400mm。3.2.3设4个对穿孔用于冷冻排管供冷和冷冻站对侧冻结孔盐水循环。3.2.4冻结孔有效深度（管片表面以下冻结管循环盐水段长度）不小于冻结孔设计深度。冻结管管头碰到冻结站对侧隧道管片的冻结孔，不能循环盐水的管头长度不得大于150mm。3.2.5冻结管采用20＃（Q235B）钢材的φ89×8mm的低碳无缝钢管。冻结管耐压不低于0.8Mpa，并且不低于冻结工作面盐水压力的1.5倍。3.2.6冻结管接头抗压强度不低于母管的75％。3.2.7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。3.2.8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。3.2.9冻结站侧隧道上沿冻结孔外围敷设2排冷冻排管，冻结站对侧隧道上沿通道外围冻结壁敷设6排冷冻排管，排管间距为450mm；冷冻排管采用φ45×5无缝钢管。排管敷设应密贴隧道管片。3.3测温孔及泄压孔测温孔7个，分别布置在通道内外和两侧隧道内，其中冷冻站对侧隧道布置5个，深度2.3m、3.5m；泄压孔布置4个，布置在冻结帷幕中间，上、下行线各两个，深度均为3m。测温孔及泄压孔的布置详见附图3，详细特征情况见附表2。3.4冻结主要设计参数冻结主要设计参数详见表1表1华苑站～王顶堤站区间联络通道冻结主要技术参数表序号参数名称单位数量备注1两隧道中心间距m19.1152两隧道中心标高m-14.627/-14.63左线隧道/右线隧道3冻土墙设计厚度m2.0喇叭口处≥1.5m4冻土墙平均温度℃≤-105冻土帷幕交圈时间d28～326积极冻结时间d457冻结孔个数个668冻结孔成孔控制间距m1.3集水井处为1.4m9冻结孔允许偏斜mm15010设计最低盐水温度℃-28～-30冻结7天盐水温度达到－18℃以下11单孔盐水流量m3/h512冻结管规格mmφ89×8低碳钢无缝钢管,丝扣连接13测温孔个7材质同冻结管，φ45×514测温孔深度m2.3、3.515泄压孔个数个4兼作冻胀孔16冻结管总长度m731.82317冷冻排管长度m157.592材质同冻结管，φ45×518泄压管长度m12材质同冻结管，φ89×819冻结总需冷量104Kcal/h16.07工况条件20JYSLGF300型冷冻机台21台备用21施工工期d110打钻、冻结、掘砌4制冷系统设计4.1冷冻机的选择冻结需冷量的计算：Q=1.3.π.d.H.K式中：H—冻结管总长度；d—冻结管直径；K—冻结管散热系数；经计算Q=160722Kcal/h根据计算选用JYSLGF300型螺杆机组2台，其中1台备用。4.2冻结系统辅助设备4.2.1盐水泵选用IS200-150-315型2台，给冻结孔提供盐水，流量303m3/h，电机功率30kw，其中1台备用；4.2.2冷却水循环选用IS150-125-250型清水泵2台，流量240m3/h，电机功率11kw，其中1台备用。冷却塔选用NBL-100型2台。4.2.3冻结管选用Φ89×8mm，丝扣连接。冷冻排管选用Φ45×5mm，20#低碳无缝钢管，6排布置，排管间距为450mm。4.2.4测温孔管选用Φ45×3mm，20#低碳无缝钢管。4.2.5供液管选用Φ45×3mm，20#低碳无缝钢管。4.2.6盐水干管和集配液管选用Φ165×5mm有缝钢管。4.3其它4.3.1用电负荷：用电负荷约320kw/h。4.3.2冷冻机油选用N46冷冻机油。4.3.3制冷剂选用氟立昂R-22，冷媒剂选用氯化钙溶液。5冻结施工5.1施工准备5.1.1加工件工期较长，需开工前进行加工。具体加工件见表2。5.1.2用″钢管在出入端头井搭脚手架，作为连接隧道与地铁车站底层平台的便桥。5.1.3若地面配电站离冻结隧道内冻结站距离小于400m，可在隧道内敷设2条5芯VV-120mm2动力电缆；否则，应在隧道内敷设1条动力电缆，同时在隧道内安装SCB9-400KVA/10(6)/0.4，容量为400KVA的箱式变电站1台，满足冻结孔施工、冻结系统运转及开挖构筑施工供电。施工所需380V电源由总包方提供至施工现场。低压供电系统按照三相五线制的要求实施。5.1.4在隧道内铺设2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。5.1.5用厚50mm的木板在联络通道处铺设施工场地，冻结孔施工时，按需要搭设施工脚手架。表2主要加工件一览表序号加工件名称单位数量备注1钻头组合套74含泄压孔4套2冻结管（兼作钻杆）m8601m、1.5m钻杆3孔口管个744上堵头用接长杆m305堵头个746盐水干管、集配液管套17冻结管头部个74含4个透孔8清水箱个19盐水箱个110隧道预应力支架榀4使用型钢加工11端头井提升架套112联络通道防水门套113集水井防水门套15.2冻结孔施工5.2.1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→测量→封闭孔底部→打压试验。具体为：⑴定位开孔及孔口管安装：根据设计在隧道内用经纬仪定好各孔位置。根据孔位在砼管片和钢管片上定位开孔，分述如下：1)砼管片上：首先注意孔位应避开砼管片内受力主筋，然后用开孔器（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280mm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，安好四个膨胀螺丝，然后在孔口管的鱼鳞扣上缠上麻丝或棉丝等密封物，将孔口管砸进去，用膨胀螺丝上紧，上紧后，再去掉螺母，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)钢管片上：在钢管片上焊好孔口管，在孔口管上接好闸阀和孔口装置，用钻机接上金钢石钻头，通过孔口装置，切割钢管片钻进。⑵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。详见图3。图3孔口密封装置图⑶钻孔：按设计要求调整好钻机位置，并固定好，将钻头装入孔口装置内，在孔口装置上接上”阀门，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，利用阀门的开启度控制出浆量，保证地面安全，不出现沉降。钻机选用MD-50型锚杆钻机，钻机扭矩2000N·M，推力17KN。⑷封闭孔底部：用丝堵封闭好冻结孔底部，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。⑸打压试验：封闭好孔口，用手压泵打水到孔内，至压力达到0.8Mpa时，停止打压，关闭阀门，观测压力的变化，30分钟内压力无变化为合格。5.2.2钻孔偏斜⑴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。⑵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）。5.2.3冻结孔钻进与冻结管设置⑴使用MD-50钻机1台，利用冻结管作钻杆，冻结管采用内衬箍坡口对接焊，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。⑵钻进过程中严格监测孔斜情况，发现偏斜要及时纠偏。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。⑶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。⑷在冻结管内下供液管，然后焊接冻结管端盖和去、回路羊角。5.3施工总体布置5.3.1冻结站布置与设备安装冻结站占地面积约120m2，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。设备安装按设备使用说明书的要求进行。冷冻站平面布置图见附图5。5.3.2管路连接、保温与测试仪表管路用法兰连接，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、清洗后用橡塑材料保温，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两个串联成一组，其他冻结管每三个串联成一组，分别接入集配液管。考虑两侧隧道内管片的散热对冻结效果的影响，在冻结站侧和其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。保温层采用橡塑保温材料，保温层厚度为50mm，导热系数不大于0.04w/mk，保温层应密贴管片不留空隙。5.3.3溶解氯化钙和机组充氟加油盐水（氯化钙溶液）比重为1.26，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，边循环边化盐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，加油充氟。5.4积极冻结盐水降温按预计降温曲线进行，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。预计盐水降温曲线如图4。图4预计盐水降温曲线图在积极冻结过程中，要根据实测温度数据判断冻土帷幕是否交圈和达到设计厚度和强度，测温判断冻土帷幕交圈并达到设计厚度和强度后打探孔，确认冻土帷幕内土层基本无压力后再进行正式开挖。7信息化施工监测应用人工制冷技术冻结加固联络通道周围的土体，使之发展为封闭的冻土结构，为联络通道的正常施工创造一个可靠的维护结构。在整个施工过程中，包括从冻结开始到掘进以及永久支护结构形成的整个时期，冻结土体的热力学性质经历了剧烈的变化，并由此对施工环境产生影响。若干重要参数的现场监测，为适时掌握和控制施工过程提供了依据，是工程安全的重要保证。现场聘请在上海具有监测业绩和良好信誉的第三方监测。7.1监测内容7.1.1钻孔施工监测内容：⑴钻孔长度⑵铺设冻结管长度⑶冻结管偏斜⑷冻结器打压值及稳压时间⑸供液管铺设长度⑹焊缝的宽度及强度7.1.2冻结系统监测内容：⑴冻结器去回路盐水温度⑵冷却循环水进出水温度⑶冷冻机吸排气温度⑷盐水泵工作压力⑸冷冻机吸排气压力⑹制冷系统冷凝压力⑺制冷系统汽化压力7.1.3冻结壁监测内容：⑴冻结帷幕内外侧测温孔温度⑵冻结帷幕断面内泄压孔内温度变化⑶开挖后冻结帷幕温度⑷冻胀压力监测1)冻结帷幕冻胀压力2)冻结帷幕对管片的冻胀压力3)冻结帷幕断面内泄压孔压力变化⑸冻土的发展速度及冻结帷幕的平均温度⑹冻土向内、外扩展范围7.1.4支护结构及构筑物变形的监测7.1.5隧道变形监测7.1.6地面变形监测7.2监测方法、手段及说明7.2.1冻结孔监测冻结孔偏斜的监测使用水准仪、经纬仪进行。冻结器密封性能的监测采用管内注水，手动试压泵加压的方法试漏，试漏程序及指标符合冻结管设计要求，每孔监测一次。7.2.2温度监测⑴测点布置1)测温孔布置为了及时掌握冻结帷幕的发展状况，在冻结帷幕的内部和周围布置7个测温孔，测温孔的位置见附图3。具体施工时根据现场情况，作适当调整。2)其它温度测点布置盐水系统使用电脑测温仪测量。在去、回路盐水干管上安装热电偶传感器测量去、回路盐水温度。在关键冻结管头部焊测温插座，安装热电偶温度传感器测量盐水回路温度。冻结系统总流量在开冻时测量，其它温度与流量监测每天1次。⑵测试系统制冷系统和冷却水循环以及冻结帷幕温度使用点温仪并结合精密水银温度计监测，监测频率每天1次。冻结帷幕温度监测使用电脑自动监测系统。硬件由计算机、调制解调器、光电隔离器、数据采集器、传感器及打印机等组成。7.2.3压力监测压力监测内容为冻土帷幕内冻胀压力、冻土帷幕对管片的冻胀压力和冻结帷幕断面内水文泄压孔压力变化。冻土帷幕内冻胀压力监测采用在冻土帷幕预置冻胀压力测量装置的方法。预埋压力盒与Ф89×8m无缝钢管组成冻胀压力测量装置，采用顶进或干钻进的方法放入土层。冻土帷幕对管片的冻胀压力采用在管片上开孔，然后在管片壁面上放置压力盒，最后用速凝水泥封孔。制冷系统和盐水系统的工作压力安装氨用压力表和通用压力表测量，监测频率为每天一次。冻胀压力监测采用开挖后在帮壁上预埋压力盒，以后每天监测一次，当压力趋于平稳时可每两天测一次。7.2.4位移监测隧道内各测点的位移监测，使用全站仪，开挖工作面帮壁位移量测使用收敛仪，钢尺、水准仪、经纬仪。位移监测频率：隧道内每天1～2次；必要时，随时跟踪监测。开挖工作面：每个循环一次，必要时，随时跟踪监测。7.2.5盐水流量测量计算机涡街流量计计算机涡街流量计流量积算仪电缆电话线图10流量测量系统框图冻结站盐水流量测量采用涡街原理。在流体中插入柱状物体时，在柱状物体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡门旋涡，旋涡在柱状物体下游非对称地排列。设旋涡的发生频率为f，被测介质的平均流速为v，柱状物体迎流面宽度为d，管道直径为D，即可得到下列关系式：f=V/{Sr(1-1.25d/D)·d}式中：Sr—为斯特罗哈尔数。斯特罗哈尔数Ｓr与雷诺数Ｒe之间当雷诺数在2χ104～2χ107之间时呈直线关系，斯特罗哈尔数Ｓr为常数,旋涡的发生频率与流速成正比，并且不受流体的密度、温度、粘度等参数的影响，因此，只要知道了斯特罗哈尔数，通过检测旋涡的发生频率，就可以准确地测量流量。涡街流量计的原理及结构决定了其有如下特点：⑴检测元件不接触流体，可靠性高，介质适应性强。⑵流量计的流量系数与介质的温度、密度、粘度等参数无关。⑶无可动部件，耐腐蚀，结构牢固、简单。⑷脉冲信号输出，抗电磁干扰能力强。⑸测量范围宽，准确度高。7.2.6隧道变形监测隧道变形监测包括隧道管片的的水平及垂直方向的变形监测。⑴基准点布设：在连接通道40m以外的稳定区域分别布设水平位移检测基准点和两个垂直基准点（其中一个作为复合点）。如图11所示。⑵位移测点布设：在通道两侧20m范围内对隧道水平及垂直方向的管片变形进行监测，测点间距为2m，测点用道钉打入环片内固牢。SJ1SJ2SJ1SJ2HJ2C1C2C4C5C6C7C8C1C2C3C4C5C6C7C8W1W2W3W4W5W6W7W8W6W1W2W3W4W5W7W8HJ1C3C9C10C9W9W9W10W10C10图11隧道变形测点布置图所用的仪器设备：LEICANA2型水准仪及附设精度：±0.3mm/KmJ2型经纬仪精度：测角±2″特制直尺；长度8m精度：±0.5mm⑶测量方法隧道内各测点的位移监测，使用电子经纬仪结合水准仪。1)水平位移检测方法：将经纬仪安置在基准点上，用视准直线法测量各测点到视准线的距离，以开工前两次测量的平均值作为起始初值，以后每次的测量值与之比较得到本次位移量和累积位移量。2)隧道管片垂直位移的测量方法：将特制的长6m的直尺分别置于同一环片上、下两测点上，用水准仪分别读取两次读数，相加即为直径，同样以开工前两次测量的平均值为初值，以后测量的结果与初值比较计算出竖径的变化量。7.2.7地表沉降监测⑴测点布设，如图12所示0为联络通道中心点●为监测点图12地面变形监测点布置示意图⑵仪器设备LEICANA2型水准仪及附设精度：±0.3mm/Km⑶测量方法沉降监测从水准控制点出发按三、四等水准测量要求测量各监测点的高程，测量闭合差小于±0.5mm×（N为测站数）。前后两次测量值之差为本次沉降变化量，测量值与初值之差为累计沉降变化量。7.2.8传感器布置⑴温度传感器布置一个联络通道内共布置7个测温孔，分别布置于冻结站侧和其对侧隧道内，用于测量冻结温度场。在每一孔内布置3～8个测点，从孔口向内每间隔一定距离布置一个测点，测温孔布置见冻结孔布置图。测温传感器为2×0.5mm的铜—康铜双绞线，型号CWR—2型。⑵压力传感器布置联络通道冻土帷幕内布置冻胀压力监测孔2个、水文泄压孔4个，冻土帷幕对管片的压力测点2个。每个冻胀压力测孔头部布置1个冻胀压力传感器，深度1～2m，需2个压力传感器。每个冻土对管片的压力测孔端部布置1个冻胀压力传感器，深度0.2～1m，需2个压力传感器。水文泄压孔上安装压力表，需压力表4个。以上需要压力传感器4个，压力表4个。7.2.9几点说明⑴位移的监测工作在冻结孔施工前，建立监测原始基准数据，冻结孔施工时，开始第一天监测，直至冻结帷幕融化后。⑵冻结系统及冻结壁的温度等指数监测，自冻结运转开始，直至冻结停冻。⑶测温孔温度监测，冻结开机后每天监测一次。⑷监测的各种数据及时反馈到项目部总工程师和生产技术部进行分析处理，以便指导施工，采取措施。8冻结开挖施工进度及配套计划8.1施工进度计划华苑站～王顶堤站区间联络通道冻结施工及开挖构筑总工期为110天。施工中可根据具体的施工进度适当进行调整。详细的工程进度见表4表4华苑站～王顶堤站区间隧道联络通道及泵站施工进度表序号施工工序天数1020304050607080901001101进场32钻孔253冷冻安装284积极冻结455维护冻结326开挖与构筑327退场28.2劳动力配备计划劳动力配备计划见表5。打钻工先进行施工准备。开钻后冻安工进场进行冻结系统安装。开冻后部分冻安工进行开挖施工准备。冻土帷幕交圈后掘进工进场，进行开挖和构筑施工。开挖、构筑完毕后，留下3～5人进行地层融沉补偿注浆，其余全部撤场。同时施工最多人数为60人。表5劳动力配备计划表工种人数工种人数打钻工15辅助工4冻结运转工10技术人员2掘进工36管理人员3机修工3电工3合计768.3设备与材料供应计划地层冻结与开挖构筑施工的设备与材料用量分别见表6和表7。由于施工时间短，要求前者在开钻前备齐，后者在开挖前备齐。表6冻结施工主要设备及材料用量表主要设备编号项目单位数量备注1JYSLGF300型冷冻机组台22IS200-150-315盐水泵台2盐水泵3IS150-125－250台2清水泵4抽氟机台15经纬仪台16测温仪台17NBL-100冷却塔台28MD-50钻机台19电焊机台2主要材料编号项目单位数量备注1Ф89×8无缝钢管t13.82Ф45×3钢管t6.23高压胶管m300耐压0.8Mpa4冷冻机油kg500N465氟里昂R22kg5006氯化钙t107逆止阀只7088”阀门只209保温材料m230010合金钻头只25表7开挖构筑施工主要设备及材料用量表主要设备编号项目单位数量备注1插入式振捣器台4210m3空压机台13水泵台24电焊机台25风机台26风镐把1072T绞车台18双液注浆泵台19圆盘锯台210电锯台111手推车辆10另配一辆推土机12经纬仪台113水准仪台114混凝土强度探测仪台115应变仪台116压力盒个417手拉葫芦(5T,2T,3T,1.5T)个各118千斤顶(50T)个24主要材料编号项目单位数量1商品混凝土m3902型钢t153方木(150×150)m3104钢筋t185板材(50mm)m3506水泥t12011.2工程风险分析基于隧道联络通道的地质条件和结构特点，根据业主要求，采用冻结法施工，施工过程中存在如下工程风险：11.2.1打钻施工过程中的特殊风险点⑴考虑到联络通道所处位置的工程地质状况，若冻结孔施工不当，易造成孔口出水、出泥，进而引起地面的沉降。⑵冻结孔施工质量直接影响到下一步的冻土帷幕质量，给开挖和结构构筑带来风险。⑶冻结管连接强度不够，造成开挖过程中冻结管断裂。11.2.2冻结施工过程中的风险点⑴冻胀对隧道结构的影响：由于冻结工法特点，冻胀会对隧道结构造成一定的影响，使隧道产生冻胀变形，严重时可能造成管片的破坏及较大的冻胀变形，还可能会造成联络通道结构的渗漏，所以在运转过程中，采取控制冻结技术，控制冻结产生的冻胀。⑵冻结设备损坏，维修不及时造成冻土融化风险。⑶冻土结构和隧道两侧管片胶结强度不够造成接触面漏水。11.2.3开挖和结构施工过程中的风险点⑴冻结帷幕质量不好。⑵冻结帷幕变形过大。⑶施工过程中的停电、机器发生故障使冻结机组停止运转超过规定时限，冻结过程中断。⑷开挖过程由于冻结帷幕局部薄弱漏水、漏砂。⑸排水管敷设中的突发涌砂涌水现象。11.3冻结孔施工应急预案11.3.1涌砂冒水应急措施⑴正式开孔前，施工现场准备足够的水泥等注浆材料和注浆设备。应急材料准备好后再用φ38mm小孔径钻孔检查地层稳定性，如有严重涌砂冒水现象，采取注浆堵漏措施。⑵在取芯开孔后，安装带填料密封盒的孔口管，通过管侧的φ40mm旁路阀门，防止孔口喷砂。若出现大量涌砂，也可通过此旁路阀门对地层注浆，必要时用木塞封堵钻杆管口。⑶为防止开孔及钻进期间涌水、涌砂现象的发生，采取加大钻机推力，强行顶入套管等措施，必要时采取压紧孔口管密封装置，封闭该孔。11.3.2冻结管渗漏或断裂应急措施⑴发生冻结管渗漏或断裂时，停止作业（必须正常运转的设备和系统除外），立即启动预案程序并迅速汇报至现场预案领导