1、鉴于盾构穿越区域为32细砂、41中砂，孔隙潜水，中等透水，水泥搅拌桩成桩效果较差，为了保证盾构始发前洞门能安全破除，拟对洞圈周围区域采用冻结法进行加固施工。图1-1 双管旋喷桩加固区平剖面图2 始发端头冻结加固体设计2.1 设计依据（1）XX市轨道交通2号线一期工程XX站风井端头加固图 （铁道第三勘察设计院集团有限公司）。（2）XX市轨道交通2号线一期工程XX站至XX站区间隧道岩土工程勘察报告 （铁道第三勘察设计院集团有限公司）。（3）采用的设计规范及技术规范。1）矿山井巷工程施工及验收规范（GBJ-213-90）2）煤矿井巷工程质量检验评定标准（MT5009-94）3）混凝土结构设计规范（G
2、B50010-2002）4）钢结构设计规范 （GB50017-2003）5）建筑结构荷载规范（GB 50009-2001）6）地基基础设计规范 （GB 50007-2002）7）建筑抗震设计规范 （GB 50011-2001）8）地下铁道设计规范 （GB 50157-2003）9）上海地铁旁通道冻结法技术规程，（DG/TJ08-902-2006），上海市工程建设规范。（4）根据设计方端头加固图，在端头土体与地连墙交接处采用冻结法进行封水施工。冻结加固体为长方体，在隧道轴线方向上冻结壁厚均为2m，隧道左右侧和上方冻结壁厚均为3m，隧道下方冻结壁厚为4m。2.2 冻结设计的原则冻结设计应满足的设计
3、原则包括：（1）盾构始发前破洞门期间，冻结壁能隔断洞门正前方和四周与水的联系。（2）形成的冻结壁与地连墙外表面完全胶接，与原来的搅拌桩有效的连为一体。（4）满足施工安全的前提下减少工程量，缩短工期，降低工程造价。2.3 冻结设计的基本参数2.3.1 冻结深度根据提供的资料，洞圈的外径6700mm，隧道的外径6200mm，隧道的中心埋深13250mm，搅拌桩埋深20600mm。采用局部冻结法,上部冻结至地表、下部冻结至隧道中心线向下7350 mm处。2.3.2 加固体尺寸确定根据设计要求，在隧道轴线方向上冻结壁厚均为2m，隧道左右侧和上方冻结壁厚均为3m，隧道下方冻结壁厚为4m；冻结加固体平剖面
4、图分别见图2-12-2。2.3.3 冻结孔和测温孔的布置根据总设计要求，在满足施工需要的同时，本着科学合理、经济务实的原则，拟在左右线始发端头连续墙外侧分别布置2排冻结孔，单个端头34个冻结孔，孔间距750mm。为了准确掌握冻结帷幕的发展状况，在每个端头冻结围幕范围之内设置3个测温孔。测温孔位置可根据测斜的实际情况来布置。通过连续墙外侧冻结孔的加强冻结，尽快形成所需要的冻结帷幕，保证盾构始发前洞门安全、顺利凿除。冻结孔和测温孔的具体布置见图2.32.4。图2-1冻结加固体平面图图2-2冻结加固体剖面图图2-3 冻结孔和测温孔布置平面图图2-4 冻结孔和测温孔布置剖面图2.3.4 冻结的基本参数
5、1、设计积极冻结期最低盐水温度为-28-30，并要求冻结7天达到-25，凿开洞门时盐水温度达到最低值。2、维护冻结期温度为-25-28；3、冻结壁与地下连续墙交界面处温度不低于-5，其它部位设计冻结壁平均温度不宜小于-10。4、冻结孔采用串并联方式，单孔盐水流量不小于5m3/h。5、冻结管规格：1276mm低碳钢无缝钢管，采用内衬管对焊连接。6、测温管规格：483.5mm焊接钢管，采用直接对焊连接。7、供液管选用606mm塑料管。8、盐水干管和集配液圈选用1655.5mm螺旋钢管。9、清水水管选用16510、每排冻结孔终孔间距Lmax1000mm，冻结帷幕交圈时间为1518天，达到设计厚度时间
6、为25天。11、Q=1.53.14qNHd=11.4104kcal/h表2.1 单个端头冻结设计基本参数表序号项目单位参数备注1隧道底埋深m19.222最大地压值MPa0.253冻结壁厚度上部、左右侧均3m，隧道底部厚4m4冻结壁平均温度-105设计最低盐水温度-28冻结7天盐水温度达到-20以下6单孔盐水流量m3/h7冻结孔数个348冻结孔深23.229开孔间距0.7510允许偏斜%11冻结管规格mm1276mm12供液管规格6013测温管规格484mm焊接钢管14造孔工程量733.26含测温孔15冻结高峰期需冷量万kcal/h11.416总工期d4517打钻18安装19积极冻结2520维护
7、冻结含凿洞门、拔管和盾构进洞21冻结总工期352.3.5 造孔所需材料和设备表2.2 单个端头造孔所需材料和设备名称规格数量材料钢筋1630米无缝钢管20#低碳钢塑料管60钢板= 6mm平方米设备钻机M300台自吸泵2KW泥浆泵5KW电焊机3KW无齿轮锯1KW角磨机坡口机手压泵-3 施工方案3.1 钻孔施工3.1.1 施工工序冻结孔施工工序为：定位钻孔下冻结管测斜打压试验。具体为：（1） 定位：根据设计在槽壁外定好各孔位置，以保证冻结孔开孔位置误差不超过10mm。（2） 钻孔：按设计要求调整好钻机位置，保持钻机水平、钻杆在孔位正上方并垂直水平面，并固定牢固，开始钻孔。在钻进过程中，每加一根钻杆
8、，都要复测一次钻机是否平、钻杆是否在孔位正上方并垂直水平面。为防止孔偏斜，可加长钻铤长度，缓慢钻进。为防止塌孔，钻孔时要预留足够的沉淀空间。（3） 下冻结管：下冻结管前要进行冲孔，若泥浆浓度过大，冻结管下放时因浮力过大不能一次下放到位。冻结管下放深度不得少于设计深度0.5m。（4） 测斜：冻结管下放完要及时进行灯光测斜，冻结孔和测温孔的最大允许偏斜不超过100mm。若终孔的偏斜超过设计值，可拔出冻结管进行扫孔。若相邻两孔终孔的间距超过设计间距200mm，必须增设补孔。（5）打压试验：封闭好孔口，用水压泵向孔内打压，当压力达到0.8Mpa时，停止打压，关好阀门，观测压力的变化，记录下30分钟内压
9、力，压力无变化为合格。3.2 冻结制冷系统安装3.2.1 冻结系统安装流程（1）设备安装设备基础放样施工设备基础（或锚固地脚螺栓）设备就位、调平、固定敷设电缆安装电控系统冷冻机试漏冷冻机充氟、加油清、盐水箱加水化盐制冷系统试运转盐水箱和冷冻机低温容器及管路保温。（2）冻结站管路安装主管路放样安装管架安装主管路安装分支管路安装压力表接口与温度插座管路试漏盐水管路保温。3.2.2 安装准备工作（1）验收现场施工设备、检测仪表、工程材料，确保设备、仪表、材料的相关资料齐全，设备型号和材料规格等符合设计及有关标准的要求。（2）制作盐水箱、清水箱、管架等加工件。（3）清理场地，设备（包括盐、清水箱）基础
10、和主管线放样。应根据实际场地情况对冻结站布置设计进行适当调整，以便于设备安装、操作，增加美观。（4）冻结系统材料和设备见表3-1。表3-1 冻结系统材料和设备材料有缝钢管1655.5DN1254.5=3.25mm橡胶管65冷冻机油N46弗里昂R22氯化钙无水纯度95%以上保温材料50mm设备冷冻机组YSLFG300盐水泵IS200-150-315清水泵10SH-19冷却塔NBL-100真空泵3.2.3 设备安装（1）冷冻机、水泵、冷却塔等设备应按照设备使用说明书的要求进行安装，并符合机械设备安装工程施工及验收通用规范（GB50231-98）和施工现场临时用电安全技术规范（JBJ46-2005）
11、等规范的有关规定。（2）冷冻机要水平安装，底盘要坐实，用楔铁找平。（3）冷冻机和水泵固定后要重点检查连轴器的间隙和同心度、轴封和盘根的松紧情况，确认满足设备安装技术要求。（4）冷却塔安装应重点检查布水器电机电缆接头绝缘是否作好、电机转动方向是否正确、布水器布水是否均匀。（5）冷却塔与电器设备应有足够距离，防止水溅到电器上引发机电事故。（6）盐水箱下垫100 1001500mm方木，间距不大于800mm。方木之间充填100mm厚聚苯乙烯保温板。（7）按设备配电线路图要求连接供电电缆和控制电缆。要确保设备的保护接地良好。3.2.4 冻结站管路和检测仪表安装（1）管路安装应符合工业金属管道工程施工及
12、验收规范（GB50235-97）和现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范（GB50236-98）等规范的要求。（2）按照冻结站设计图铺设管路。应根据现场空间和设备位置适当调整管路布置，尽量缩短管路长度、减少管路弯头，并做到竖直横平、整齐美观。（3）在连接管路和安装阀门前要检查确认管内不留杂物。必要时进行除锈和吹扫。（4）主要管路用200200mm方木管架铺设在地面上，分支管路用“T”字型钢管柱架空铺设，管架间距为46m。盐水干管坡度0.1%，在管路端头高处设1/2放空阀。（5）阀门、压力表和温度计安装要整齐，便于操作和读数。测温管采用3分钢管加工，埋设时管口向上，深度为水管直径的1/31/2
13、。（6）管路采用水压试漏，注意管内不留空气，水温与环境温度基本一致。（7）盐水管路经试漏后用50mm厚橡塑保温筒保温，在保温层外包扎塑料薄膜。盐水箱采用50mm厚聚苯乙烯保温板保温。（8）裸露管路涂刷防锈底漆和统一色彩的面漆。3.2.5 冻结器连接（1）冻结器头部盖板采用6mm钢板，羊角管采用建筑管加工。（2）羊角管与冻结管管壁焊接角度不大于40，各冻结器的羊角管焊接角度和软管连接要整齐统一，避免管路出现硬弯增加盐水流动阻力。（3）冻结器采用胶管连接，丝扣接头。（4）连接软管用30mm厚软质橡塑保温筒保温，在保温筒外缠裹塑料胶带。3.2.6 冻结系统调试（1）按照设备使用说明书的要求进行冷冻机
14、组充氟和加油。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，再充氟加油。（2）先在盐水箱中灌满清水，开泵循环冲洗管路，排除管路中的脏水。（3）在盐水箱内注入约1/4的清水，然后开泵循环并逐步加入固体氯化钙。盐水箱内的盐水不能灌得太满，以免高于盐水箱口的冻结管盐水回流时溢出盐水箱。（4）至盐水浓度达到1.15Kg/L左右时开冷冻机。随着盐水温度降低再加入氯化钙，直至达到设计盐水浓度。（5）融化氯化钙时用筛网除去杂质，严禁将包装袋掉入盐水箱。（6）检查盐水水位报警器，确保其工作正常。（7）测量各冻结器的盐水流量，调节控制阀门，确保各冻结器盐水流量符合设计要求。（8）如发现个别冻结器或冷冻排
15、管盐水流量随时间延长逐渐减小，表明管路有积空气的情况，应及时增设放空阀。3.3 积极冻结与停止冻结1、冻结系统试运转与积极冻结设备安装完毕后进行调试和试运转。在试运转时，要随时调节压力、温度等各状态参数，使机组在有关工艺规程和设计要求的技术参数条件下运行。在冻结过程中，定时检测盐水温度、盐水流量和冻土墙扩展情况，必要时调整冻结系统运行参数。冻结系统运转正常后进入积极冻结，要求一周内盐水温度降至-25以下。2、停止冻结根据测温孔温度实测结果，确认冻土墙和地连墙胶结完好，冻结已经交圈，可以分层破槽壁，留外层钢筋和不少于40cm的混凝土，待冻结壁平均温度和厚度达到设计值，并且冻土墙与地连墙界面温度不
16、高于-5后，可全部破除盾构始发口地连墙钢筋混凝土。破盾构始发口地连墙钢筋混凝土时，并密切注意破地连墙时是否破坏冻结管，如一旦发现冻结管漏盐水，及时关闭该冻结器。3、冻结管拔除拔管方法与步骤为：1）在盐水箱中安装总功率为100150kw电热管加热盐水。2）以每23组冻结孔为一批，在冻结孔（或测温孔）中循环热盐水。3）待冻结管周围冻土融化35cm时，及时用起管机或千斤顶起拔松动冻结管。为了防止拔断冻结管，起管机与冻结管之间要设限力装置。4）用卷扬机快速拔出已松动的冻结管。5）拔管后用粘土或低标号水泥砂浆封孔。3.4 配电系统3.4.1 临时用电设计（1） 电源甲方提供10KV/0.4 KV电源至施
17、工现场。 施工用电均采用三相五线制，并采用三级配电，二级保护；施工场区照明采用卤化物灯或水银灯。（2）电缆选择1）高压电缆（无）2）根据各设备额定功率，其配套低压电缆选型见表3-2。表3-2 电缆选型 设备名称电缆规格型号YSLFG300机组V-1KV350+2清盐水泵25+1100T 冷却塔4+12.5电加热器70+1热盐水泵16+1其它各种规格（3）启动设备的选择清盐水泵采用磁力启动器。配电系统应留有备用设备，确保冻结站能够不间断运转。（4）接地及防雷按施工用电规范要求做好各控制柜、设备的接地并进行接地电阻测试。（5）其它:冷冻机保护装置应齐全,应有音响信号。3.4.2 供电系统施工及电气
18、技术要求供电系统施工应按以下步骤进行：第一步：控制柜就位；第二步：施工场区电缆沟与电缆线路敷设；第三补：施工场区内各动力用电、照明安装；第四补：用电安全教育。施工时应符合以下电气技术措施要求： （1）贯彻以预防为主，安全第一的方针，现场施工人员必须遵守各级规程和甲方现场管理规定； （2）所有电气设备的金属外壳和金属支架必须可靠明显接地； （3）用户进点必须重复接地，且重复接地电阻10；3.4.3 临时用电管理 （1）现场电气工作人员必须做到电气设备安装正确、拆除彻底、维修及时、使用安全； （2）每周一次对漏电开关检查，并作好记录； （3）工地现场配备电箱要编号，定期检查电箱和电气设备金属外壳接
19、地是否良好，不符合要求的要及时整改；3.4.4 安全管理 （1）绝缘、屏护与安全距离符合国家及有关标准； （2）电气安全装置实现一机一闸，一箱一漏，均三级配电二级漏电保护装置。 （3）保护电气型号、规格的选择按设备运行要求，各类开关的型号、规格选择按其所控制的负荷种类和负荷电流。 （4）灭火器由工地安全人员定期检查。3.5 凿洞门、强制解冻和盾构始发3.5.1 凿洞门的条件（1） 根据测温孔温度推算，所有冻结壁已全部交圈。（2） 在发现冻结异常处打探孔进行温度检测（打探孔应注意避开冻结管），实际验证冻结壁的厚度和强度是否达到设计要求。（3） 在确认冻结壁的厚度和强度达到设计要求后，在洞门内部不
20、同方位打探孔，进一步确认洞门范围内有无动水，若有动水，则需要继续冻结。当实际冻结效果只要有一个或若干个不能满足开凿洞门条件时，不可贸然开凿。只有找出不能满足开凿条件的原因，确认对开凿无影响时，方可进行洞门开凿。3.5.2 凿洞门施工在冻结壁的厚度和强度达到设计要求后，进行凿洞门。连续墙凿完剩最后一层钢筋，盾构距洞门处46m外时，进行拔管施工。3.5.3 强制解冻施工利用流量为10m3/h盐水泵循环盐水，先用3040的盐水循环5分钟左右，然后6080的盐水循环达30分钟左右，当回路盐水温度上升到2530时，即可进行边循环边试拔；开始用两个20T千斤顶试松动冻结管，冻结管松动后用10T以上的吊车或
21、龙门吊起拔冻结管。3.5.4 盾构始发拔管结束，割除最后一层钢筋后，盾构应迅速恢复推进。盾构推进期间，非盾构区域的冻结孔要维持冻结。3.5.5 封堵冻结孔和融沉注浆施工（1）封堵冻结孔施工盾构顺利始发后，停止所有冻结孔的冻结，拔出其余的冻结管并进行回填。（2）融沉注浆施工冻结孔封孔完成后，根据冻结区域冻土融化情况进行融沉注浆，控制地面沉降。融沉注浆以控制地面沉降变形满足业主要求为控制标准。4 冻结系统的监测4.1 监测目的 及时反馈冻结状态信息通过现场监测可及时提供冻结过程中的各种数据和资料，便于掌握冻结情况和冻结系统运行情况，检验设计和施工的正确性，可根据监测情况及时调整施工参数，提高冻结效
22、率。这些监测数据和资料是工程管理人员判断工程安全与否的依据，借此可实现施工的信息化。 监测是判断冻结壁是否达到要求的唯一依据通过监测可判定冻结壁是否已交圈，冻结壁厚度和强度是否能满足施工要求，还可为开凿洞门、拔管施工、盾构进洞和工期安排提供参考。 为指导施工提供科学依据单纯的理论计算，难免产生这样那样的不切实际；地质条件和施工的多变性会带来各种意想不到的结果，只有对实际监测资料科学分析再结合理论计算，才能使设计和施工走上更高的层次。因此，为了对整个冻结过程进行有效控制，需要对整个冻结系统进行监测。4.2 监测内容（1）冻结器去回路盐水温度；（2）冷却循环水进出水温度；（3）盐水泵工作压力；（4
23、）测温孔温度监测在冻结区域，测温孔内每间隔12m布置一个测温点，以便于有效测量冻结帷幕的发展范围。（5）地表沉降监测为了防止冻胀对地表结构体的破坏，在冻结区域20m范围内设置地表变形监测点，每隔12小时进行测量一次。（6）井壁位移监测为防止冻胀影响，导致井壁发生位移，在冻结区的井壁上设置位移监测点，每隔12小时进行测量一次。4.3 监测方法（1）温度场监测方法在冻结管去回路以及测温孔内布置铜鏮铜热电偶温度测点，利用热电偶的热电效应，采用毫伏表每天测量一次数据。（2）沉降、位移监测方法 沉降监测: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0.5mmN（N为测站数）。前
24、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。位移监测: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。5 施工进度计划从钻机、材料进场至冻结完成，单个端头约需45天。其中钻孔约10天（测温孔可在冻结安装时钻），因钻孔以钻水泥搅拌桩为主，速度应根据实际工况而定，冻结系统安装5天，积极冻结约需25天，积极冻结工期可根据测温孔数据监测情况及时指导施工，凿连续墙井壁需5天（下表中维持冻结时间），强制解冻2天，盾构进洞约需1天。表51单个端头打钻施工进度安排表施工工序时间（天）施工进度5天10天15天施工准备打钻施工撤 场表52 单个端头冻结施工进度安排表405060冻结站安装冻结器复核及冻结设备调试需要说明的是，土的性质及其含水量对冻土发展速度影响较大，所以积极冻结时间的估算与实际值可能有一定差别，冻土达到设计厚度和强度的时间应根据实际的测温资料来定。6 应急预案6.1 拔断冻结管拔除洞口前方的冻结管时，严格按照拔冻结管方法和步骤执行，拔管过程应当注意以下几点：1、拔管前进行化冻试验，确定合理的化冻时间，尽量在较短时间内完成拔管。2、起拔冻结管合理控制起拔力，防止断管发生。3、
