广州地铁水平冻结法施工工法.docx
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广州地铁水平冻结法施工工法
地铁冷冻法施工工法
中铁十二局集团有限公司
一、前言
广州地铁二号线过清泉街断裂带位于连新路下、隧道上方应元路口交通繁忙,地面周边环境极其复杂。
而且隧道的地质构造与地层岩性变化复杂,清泉街断裂带与地铁斜交,稳定性差,导水性强,施工难度高,风险大。
我们在施工中成功运用全断面隧道长距离水平冷冻法施工技术,很好的解决了这一技术难题,完成了国内最长冻结长度的隧道冷冻法施工。
我们将施工实践加以总结形成本工法。
二、工法特点
1、冻结加固体强度高,可以做到不漏水,洞内施工环境较好。
2、施工安全,隧道进洞开挖后,进展较快。
3、不受地表场地及深度限制,且不污染环境,对周边环境影响较小,适合城市地下建设,特别是繁华市区内工程建设。
三、适用范围
本工法适用于对通过断层破碎带、流砂层、淤泥层等易坍塌且富含水隧道的地层加固。
四、施工工艺
(一)工艺原理
冷冻法加固土体,矿山法开挖构筑的基本原理是:
在隧道周围布置水平冻结孔,并在冻结孔中循环低温盐水,使冻结孔附近的含水
地层结冰,形成强度高,封闭性好的冻结壁(冻结帷幕),然后在冻结壁的保护下运用矿山法进行隧道开挖与构筑施工。
水平地层冻结加固和开挖构筑的主要施工顺序为:
施工准备冻结孔施工,同
时安装冻结制冷系统安装冻结盐水系统和监测系统积
极冻结试挖隧道掘进与临时支护,维护冻结永久
支护停止冻结。
其关键工序是冻结孔施工和冻结过程的监测与
控制(见图1)。
图1冻结施工程序
(二)施工方法
1、施工准备
(1)用风机房基坑作冻结施工工作井。
风机房基坑尺寸应满足冻结孔布置和打钻的需要
(2)工作井内设上、下人的扶梯。
用2#钢管搭建脚手架,并铺设5cm厚的木板作为冻结孔施工平台。
施工平台上搭建雨蓬。
施工平台搭建要考虑隧道掘进施工的要求。
(3)冻结施工用电直接由工地变电站供给。
变电站与动力设备的开关柜之间用电缆连接。
(4)在工作井下与地面之间敷设供、排水管各一道,并在工作井内设流量不小于30m3/h的排水用潜水泵一台。
(5)泥浆池也设在工作井内。
打钻设备用汽车起重机吊到工作井下。
2、冻结孔施工
(1)冻结管、测温管、水文管和供液管规格
冻结管、测温管和水文管均选用壁厚不小于7mm勺©108低碳无缝钢管,单根管材长度2~4m,采用丝扣连接。
冻结管连接用手工焊、补焊。
在含水层位置水文管设滤孔,滤孔面积为10%。
供液管选用内径50mm的聚乙烯增强塑料管或钢管。
冻结管羊角用2#钢管。
(2)打钻设备选型
针对水平冻结孔的施工特点以及施工场地的限制,要求所选用的钻机至少能打70m长的钻孔并容易控制钻孔偏斜度,输出扭矩与给进力大,钻机的体积要小,分解方便,搬运灵活。
为此,选用中煤煤炭科学研究总院研制的水平钻机,其主要技术性能参数为:
输出扭矩2000kN・m给进及起拔力50kN
最大行程480mm
用冻结管作钻杆。
视地层不同采用刮刀钻头、牙轮钻头和全断面金刚石钻头,钻头后面连接系自行研制的逆止和密封装置。
钻孔测斜采用专门研制TY-1型压电式高精度水平钻孔陀螺测斜仪,浅部用经纬仪灯光测斜校准。
(3)冻结孔质量要求
根据建设方提供的施工基准点,按冻结孔施工图布置冻结孔。
孔位偏差不应大于50mm冻结孔孔径为127mm冻结孔实际钻进深度应壁设计深度大0.5m。
钻孔的偏斜应控制在8%。
以内,成孔最大间距不大于2m。
(4)冻结孔开孔
在冻结孔布孔高度范围内用①38mm小口径钻钻孔检查地层稳定性,如有冒砂现象,则需进行双液壁后注浆。
如发现土层水压较大,则需安装孔口管后再行钻进。
安装孔口管时先用①140mn金刚石取芯钻进250mm左右,然后插入孔口管并用锚固树脂锚固。
孔口管用①139x6mm无缝钢管加工,旁路接1.5'截止阀及泥浆管接头。
管口安装法兰及压紧密封装置。
(5)冻结孔钻进与冻结器安装
1按冻结孔设计方位要求固定钻机。
随钻机放入冻结管。
冻结管丝扣要补焊。
冻结管下到设计深度后下堵丝密封头部。
2为了保证钻孔精度,开孔段钻进是关键。
钻进前10~20m时,要反复校核钻杆方向,调整钻机位置,并用经纬仪或陀螺仪检测偏差无问题后方可继续钻进。
3冻结管下入孔内前要先配管,保证冻结管同心度。
下好冻结管后,用测斜仪进行测斜,然后复测冻结孔深度。
冻结管长度和偏斜合格后安装底部密封丝堵,并进行打压试漏。
冻结孔试漏压力控制再
0.8〜1.2MPa之间,稳定30分钟压力无变化者为试压合格。
4冻结管安装完毕后,用堵漏材料密封冻结管与基坑混凝土墙之
间的间隙。
5在冻结管内下入供液管,然后安装去、回路羊角和冻结管端盖。
测温孔施工方法和要求与冻结孔相同。
水文孔安装后要进行洗孔,确保出水畅通。
3、冻结制冷系统安装
(1)冻结制冷设备选型与管路设计
①选用YSKF220型冷冻机2套,YSKF216型冷冻机2套,当盐水温度在-24°C,冷却水温度28°C时,其总制冷量为677680kcal/h。
冷冻机组电机总功率为610kw。
28SH-13A盐水循环泵2台,流量270mVh,扬程36m,电机总功率90kw。
3S125-100-200冷冻水循环泵3台,流量200mVh,扬程20m
电机总功率55.5kw;DBL-200型冷却塔3台,电机总功率16.5kw。
4设盐水箱一个,容积6m3。
5盐水干管和集配液管均选用①219x8mmfH①159x冈管,
集、配液管与羊角连接选用2#高压胶管
6冷却水管总管和支管分别选用12#和6#焊管。
7在去、回路盐水管路上安装压力表、流量计、温度传感器和控制阀门。
8冷冻施工冷却水用量为50m3/h,总用电量约780kw。
9其他
冷冻机油:
选用N40冷冻机油。
制冷剂:
选用R22制冷剂。
冷媒剂:
用氯化钙溶液作为冷冻循环盐水。
冻结管封闭:
冷冻端封头采用中煤公司的专利技术。
(2)冻结站布置与设备安装将冷冻站布置在风机房基坑附近地面。
站内设备主要包括配电
柜、冷冻机、盐水箱、盐水泵、清水泵、冷却塔及清水池等。
设备安装按设备使用说明书的要求进行。
(3)管路连接、保温与测试仪表安装
盐水和冷却水管路用法兰连接。
管路应固定牢固。
去、回路盐水管路和冷却水循环管路上安装压力表、流量计、流量计和控制阀门。
盐水管路经试漏、清洗后用聚苯乙烯泡沫塑料保温,保温层厚度为50mm保温层的外面用塑料薄膜包扎。
集配液圈与冷冻管的连接用高压胶管,每根冻结管的进出口各装阀门(或夹板)一个,以便控制流量。
冷冻机组的蒸发器及低温管路用棉絮保温,盐水箱和盐水干管
50mm勺聚苯乙烯泡沫塑料板保温。
(4)溶解氯化钙和机组充氟加油
盐水(氯化钙溶液)比重为1.260〜1.265,先在盐水箱内充满清水,逐步溶解氯化钙,再送入盐水干管内,直至盐水系统充满为止,溶解氯化钙时要除去杂质。
(5)积极冻结与维护冻结
①冻结系统运转与积极冻结
设备安装完毕后进行调试和试运转。
再运转时,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勺技术参数条件下运行。
在冻结过程中,定时检测盐水温度、盐水流量和冷冻壁扩展情况,必要时调节冻结系统运行参数。
冷冻系统运转正常后进入积极冻结。
要求一周内盐水温度降低至-20°C以下。
②开挖与维护冻结
在积极冻结过程中,要根据实测温度数据判断冻结壁是否交圈和达到设计厚度,测温判断冻土帷幕交圈并达到设计厚度再进行探孔试挖,确认冻结壁内土层基本无孔隙水压后再进行正式开挖。
正式开挖后,根据冻土帷幕勺稳定性,可进入维护冻结,但盐水温度不应高于-18°C。
在开挖过程中,要定期检测冻结壁暴露面的温度与变形,发现问题,及时处理。
4、冻结施工质量的检验与控制方法
(1)冻结孔施工质量检验与控制
冻结孔施工使本工程的关键工序。
冷冻孔施工按下图2所示的
“钻孔质量控制程序”进行。
其质量要求和检验、控制方法见表
(2)冻结系统安装质量检验
冻结系统安装质量是冻结施工的基本保证条件之一。
冻结系统安装质量标准与检验方法见表2。
(3)冻结系统运转与冻结壁形成质量检验
冻结系统运转正常是冻结壁按设计形成的前提条件。
冻结系统运转是否正常和冻结壁是否按设计形成,直接影响冻结和隧道掘砌施工的安全和速度。
冻结系统运转与冻结壁形成质量指标与检验方法见表3。
图2钻孔质量控制程序
冻结孔施工质量的检验与控制方法表1
序号
检测内容
设计要求
检验与控制方法
1
冻结孔孔位
偏离设计孔位不大于5cm
以隧道中心线和隧道轨面(或腰线)为基准,用钢卷尺测量放孔位。
安装孔口管和成孔后对孔位进行复核。
2
冻结孔深
比冻结长度
大0.5m〜
1.5m
钻进时丈量钻杆或跟管钻套管长度。
成孔后下1寸钢管复测孔深。
3
冻结孔偏斜
不大于8%。
用陀螺测斜仪测斜,开孔段用经纬仪灯光测斜校核。
钻进时每隔10〜20m测量一次钻孔偏斜,并将测斜结果绘制在控制图上。
下冻结管后复测偏斜,并绘制钻孔偏斜透视图。
施工完所有冻结孔后绘制冻结壁交圈图。
钻孔偏斜超标时下扶正器纠斜。
4
冻结孔终孔间距
不大于2m
按冻结孔测斜资料计算终孔间距。
为了控制冻结孔最大孔间距,应先隔一个冻结孔钻进,然后根据这两孔的偏斜情况,适当调整中间冻结孔的钻进偏斜。
5
冻结管规格
规格与钢号与设计一致
检查出厂合格证和检验报告。
6
冻结管长度
不小于设计冻结深度
0.5m
施工时对每截冻结管材进行丈量、编号。
成孔后下1寸钢管复测孔深。
7
冻结管耐压
在0.8〜
1.2Mpa压力下稳压30min
用泥浆泵或手压泵注水大压。
为了保证冻结管的密封性,在冻结管丝扣处涂抹密封剂。
8
供液管规格
规格与设计一致
检查出厂合格证和检验报告。
9
供液管长度
不小于冻结
管长0.5m
供液管下到冻结管管底。
下供液管时用钢卷尺丈量供液管长度。
10
冻结管充填
充填量不小于冻结管内体积的80%
冻结结束后要对冻结管进行充填,以免冻结管锈蚀后导水。
充填用水泥浆或水泥砂,直接用砂浆泵从供液管泵入。
充填量按泵量计算。
冻结系统安装质量标准与检验方法
序
号
顾
一
1
装备能力
容机装机冻冷量
书明说和牌铭备设查检
量流总M>水
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书明说和牌铭备设查检
流总
M>水却
冷量
书明说和牌铭备设查检
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冷冻机安装
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测量
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3
盐水系统安装
找座底泵水
船平
器
轴
联
泵
水正盐找
间
m'm0
差nm
误3m
度0
ad上和隙
测量
封密轴主泵
转运试
装盐
查检图按
盐
压打泵
4
清水系统安装
找座底
泵水
清平
器
轴
联
泵
水正清找
间
m'm0
差nm
误3m
度0
ad上和隙
测量
封密轴主泵
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