什么是地铁地层冻结法？

2024-06-27

什么是地铁地层冻结法？（精选10篇）

什么是地铁地层冻结法？第1篇

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冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水冻结，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁的保护下进行隧道、立井和地下工程的开挖与衬砌施工技术。其实质是利用人工制冷技术临时改变岩土的状态以固结地层。

什么是地铁地层冻结法？第2篇

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这种方法是通过降低工作面地下水位，在干燥或少水状态下施工。常用的降水方法为井点降水（包括地面深井降水及洞内轻型井点降水）。

什么是地铁地层冻结法？第3篇

门克庆矿井是中天合创能源有限责任公司二甲醚煤化工项目的配套建设矿井。矿井建设规模为12.0Mt/a, 设计服务年限90.0a, 为低瓦斯矿井。主井井筒井口设计标高+1305.7m, 井筒净直径9.6m, 井筒深度786.66m;冻结深度795m。按井壁结构的不同将井筒由上而下分为井颈段10.5m (井深0~10.5m) 、双层井壁段230m (井深10~240.5m) 、壁座20m、单层井壁段534.8m (井深260.5~795.3m) , 均采用钢筋砼结构, 砼标号C30~C75不等。其中单层井壁段采用由中国矿业大学提供的新技术———接茬安装止水钢板并铺设注浆管。箕斗装载硐室位于井深713.3m至745.3m段。装载硐室净高度28m, 净宽9.6m, 上加固段段高4.3m, 下加固段段高0.4m, 共计32.7m。

2 地层特征

根据井筒施工揭露地层自上而下有:第四系 (Q3+4) 、白垩系下统志丹群 (K1zh) 、侏罗系中统安定组 (J2a) 、侏罗系中统直罗组 (J2z) 、侏罗系中统延安组 (J2y) 。

3 施工工艺

为保证井筒掘砌施工技术的可靠性、先进性及施工的持续稳定性, 根据井筒技术特征、地质条件及凿井设备能力, 确定了井筒的施工方案。首先在准备期内完成地面临时设施、凿井措施工程、临时锁口的施工。接到试挖通知后, 试挖井筒至30m, 然后安装两盘, 吊挂管线, 再进行井筒的正式掘砌施工。井筒外壁及单层井壁段掘砌施工采用立井综合机械化作业线配套方式。冻结段外壁采用短掘短砌作业, 3台提升机提升出矸, 1台八臂伞钻打眼, 2台中心回转抓岩机装岩, 一台CASE75型挖掘机清底刷帮, 5.5m深孔光面光底爆破, 4.6m高度液压伸缩整体下移式金属模板砌壁, 一掘一砌。此方案井帮围岩暴露时间短, 不需临时支护, 施工安全, 辅助时间少, 并能实现工种专业化, 利于实现正规循环作业, 保证施工进度和质量。内壁砌筑采用1m高金属装配式模板, 施工完壁座后, 自下而上一次砌筑完成。

4 与井筒相连硐室施工

井筒施工到箕斗装载硐室位置时, 有两种施工方案可供选择:一是先将井筒施工到底, 再返上来施工硐室;二是采用与井筒同步施工法。通过论证, 结合硐室所处地层情况, 决定采用与井筒同步施工法, 这样不仅速度快, 而且安全性高。缺点是要破除冻结管, 可能进入到冻结壁以外, 有出水的可能, 为确保施工安全, 到该地层位置前, 对硐室所处岩层进行了探水工作。

4.1 探水

工作面探水选用ZLJ-350型钻机, 用三翼金刚合金片Ф89mm无芯钻头钻进6米, 然后下入Ф75mm止水套管6米, 再用水玻璃水泥双液浆进行固管并安装Ф76.2mm高压球阀, 做耐压实验合格后, 用Ф56mm钻头进行钻进。如钻进过程中遇水, 则进行工作面超前注浆封堵加固;若无水则按预定孔度进行封孔。通过探水施工, 确认硐室所处岩层不含水。

4.2 冻结管处理技术

由于该井采用全井冻结法施工, 硐室开口处含有冻结管路。为保证安全施工, 首先放震动炮, 然后采用风镐支出冻结管, 经过下列方法处理后, 方可正常掘进。

(1) 联系冻结单位关闭冻结管内的循环盐水。

(2) 掘进至距冻结管2m处采用放震动炮掘进至冻结管, 用风镐在冻结管上打眼放掉剩余盐水, 盐水放完后从荒井壁向下0.3m处割断冻结管, 采用钢板把割断的冻结管头焊上堵头 (采用δ10mm厚钢板) 。

(3) 割断的每根冻结管, 冻结管侧面采用风钻打眼0.3m深, 预留注浆管, 安设阀门。

4.3 冻结工艺分析与评价

(1) 全井深冻结法施工井筒, 阻止了外部涌水进入到井筒内, 保证施工顺利进行。

(2) 全井深冻结法施工井筒前, 必须确保冻结效果, 如果因冻结管偏斜过大或其他原因导致冻结壁厚度不够, 冻结强度达不到抵挡水压时, 施工过程中会出现井筒涌水现象, 继续冻结会造成冻结工期延长, 而冻结过于保守, 又会造成冻结壁进入荒井壁较多, 给施工带来困难, 所以井筒冻结效果的监测是加快施工速度的关键, 恰到好处的冻结效果可保证快速施工。

(3) 全井深冻结情况下, 井筒下部工作面可能冻实, 由于岩层温度较低, 容易产生瞎炮或拒爆。如果产生瞎炮, 制约了凿井速度, 对安全工作也造成了隐患。

5 结束语

鄂尔多斯地区新建矿井应尽量采用冻结法施工, 一般应冻结全深, 如果对水文情况掌握比较清楚准确时, 下部硐室部位也可不冻。为保证井壁的封水效果、设计上应采用双层井壁。并且在深井冻结时, 应适当缩小冻结管间距或采用双排孔冻结。马头门位置的选择要合理, 尽量避开软弱岩层、膨胀岩层或含水层, 并研究制定可行支护方案。根据测温孔温度变化情况推测冻结壁解冻时间, 提前做好冻结管射孔注浆准备。

摘要：通过本单位在使用全井深冻结法施工的门克庆主井井筒工程, 其质量达到优良, 分析全井深冻结法在鄂尔多斯地区特殊地层条件下的应用, 总结出全井深冻结法不仅缩短了井筒施工时间, 同时提高了生产效率和经济效益。

关键词：全井深冻结,施工时间,生产效率

参考文献

[1]崔云龙.简明建井工程手册[M].北京:煤炭工业出版社, 2003.

[2]王建平.矿山建设工程[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2007.

什么是地铁地层冻结法？第4篇

关键词：地铁工程；冻结法；施工质量；影响

地铁是节约城市用地，减少空间拥挤程度，凭借快、稳、经济受到人们的青睐，由于其完全处于地下，整个运作环境相对封闭，加大了其施工的难度，近年来，冻结法在其施工过程中得以普遍应用，并取得可喜的成绩。

1 冻结法施工原理探究

所谓冻结法的来源是自然冻结现象，结合人工制冷技术，将一定量的低温冷煤输送到要开挖进行地铁建设的土层周围，将其周围的土层冻结成连续性冰冻土墙，从而增加抵抗周围土层的压力，同时切断地下水对其的影响，待土层冻结到一定程度，以进行地铁开挖施工项目。在整个冻结过程中，输送进地层的低温冷煤借助进、回管道与周围地层实现联系，并凭借冻结管道实现所需热量的交换，起到过渡作用，即将产生的冷量传递给所需开挖的地层，同时，带走不必要的热量，这使得整个冷冻环境的温度逐渐下降，直至地下水结冰，将周围分散或存在间隙的土层借助冰胶形成一个整体，从而形成抗水的冻土柱。当无数个冻结管通过这种循环产生相应的冻土柱，且冻土柱半径不断扩大时，相互之间便连接成一个整体，即形成连续封闭的冻土墙。地铁工程施工建设就是在这种环境下展开一系列施工的。

2 冻结法对施工质量的影响

2.1 有效建设地鐵联络通道。地铁联络通道即地铁隧道的横向连接通道，根据已有隧道的情况，解决其对接问题，当发生突发事故时，做应急避难场所。其位置一般建设在区间隧道的中间部分，并与集、排水泵站相连，同时肩负着集水、排水以及防火的作用。在建设此通道时，建设难点是源源不断的地下水，像管棚法、深层次搅拌法等所起到的加固效果较微弱，因此，冻结法成为其顺利施工的关键，我国各地（例如北京、上海、南京、深圳等）已经运用此方法完成了地铁联络通道的建设，在降低建设难度的同时，提高了建设效率与施工质量。

2.2 有利于修复地铁隧道涌水以及坍塌故障。纵观地铁建设的整个历史过程，地铁建设隧道出现过不同程度的涌水以及坍塌现象，以往施工团队多坚持“线路修改”原则进行修复，主要因素是此方法难度较小，但在修复过程中，经常受到“规划线路”问题影响不能随意更改隧道建设位置，只能“既定位置”修复，因而修复难度加大，而冻结法却很好的解决了这一问题。例如，以上海交通轨道4号线浦东南路站到南部大桥站的地铁路线，施工团队在进行隧道风井建设过程中突然发生流砂事故，结果造成隧道坍塌，在勘测调查并对所获取的数据进行分析比较，做出“原位修复”的决定，由于连接位置是修复的难点，施工人员巧妙利用冻结法并辅以暗地开挖的方式，并依据修复状况设置了安全门，以方便人员进出。

此类修复过程较适用于原有地铁基本状况并未发生根本性破坏，只是发生局部坍塌或其他事故，受周围建筑物以及考虑到对该地铁路段的整体性，采用明挖或矿山法进行修复将引起不必要的损失，冻结法的出现有效的解决了这一难题。

2.3 保证盾尾刷更换效果，提高地下水处理质量。若地铁施工过程需要穿越江河湖泊时，建设施工的地铁不仅需要承受较大规模的压力，而且能够在复杂地形段做到“安全施工，保证质量”。因此，加大了施工难度，如若在施工过程中，技术应用不合理，将会加大盾尾渗漏的可能性，即加大了此地段地铁隧道的危险系数。在此路段施工过程中，对盾尾机的工作量要求较大，而盾尾刷又是其工作质量的决定性因素，其一旦损坏，不仅影响施工进度，而且加大了对原有施工成果的损坏概率。正常进行施工时，盾尾刷一般安置于管片后部，对其进行更换时，需要将管片拆卸下来，然后在相对安全的位置完成更换工作，在整个更换过程中，当管片拆卸后，保证盾尾自身的止水性较为关键。现阶段地铁施工过程中，常采用人工冻结法与浆液凝固法对其进行处理，前者的止水功效在施工过程中已得到广泛证实，而后者主要是借助喷浆同时加大注浆量以减少浆液凝固所用的时间，但其受化学因素的影响，对于盾尾发生渗漏现象的处理效果有待提高。而盾尾刷更换时间、效率等对提高盾尾机处理地下水效率来讲十分重要，其主要采用盐水冻结法，与传统的滤液冻结法相比而言，虽然其消耗的时间较长，但是其经济性能较好，此方法适用于既定工期能够完成且施工处于预见性较强的阶段，运用人工制冷技术完成盾尾刷的更换任务，以实现冻结地下水完成冰封目的。

在运用低温盐水冻结法进行施工时，关键在于掌握盾尾机中两个较为特殊的管片环制作与安装过程，一是用于冻结管片位置的特殊环，处于普通环前面，另一个是用于更换盾尾刷位置的特殊环，处于冻结环前面，在施工进程中，应按照顺序，依次完成这两个特殊环的安装，从而为冻结土层形成连续性冻土墙做好技术保证。

2.4 提高地铁施工效果，减少后期修复频率。冻结法在地铁施工过程中的使用，是基于其他方法的灵活运用之上采取的相关措施。施工前期，冻结法将用于地铁建设的土层进行冰封，这有效防止了土层的坍塌或地下水的渗漏，这保证了施工质量，随着技术的革新，冻结法应用领域、应用方式、产生的效果更有利于加固建设环境，保证其稳定性，这在一定程度上降低了后期地铁事故频发的概率，保障了人们的安全，也提高了经济效益。

3 结束语

交通运输系统的逐步完善，地铁的作用也越来越突出，地铁规划建设已经成为城市建设规划的重要组成部分，作为节约建设用地，方便市民的首要选择，但由于其建设环境复杂，本文分析了冻结法在提高其施工质量方面的作用，在探究其施工原理的基础上对具体施工环节进行了深入论证。

参考文献：

[1]张景钰，方江华，汪仁和.水平冻结法在上海地铁隧道旁通道工程的应用[J].淮南职业技术学院学报，2005（01）.

[2]吕善国，岳丰田，石荣剑，杨国祥，余志松.地铁车站下隧道冻结法施工压力监测[J].中国市政工程，2004（06）.

[3]徐晶.冻结法在上海地铁联络通道施工中的应用[J].中国市政工程，2004（05）.

冻结法的优点是什么？第5篇

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;

人工地层水平冻结法研究的论文第6篇

关键词：水平冻结，隧道修复，温度场

引言

上海地铁四号线修复江中暗挖段工程采用水平冻结结合矿山法将原建在黄浦江下的完好隧道和基坑内施工的隧道进行暗挖贯通。

工程位于黄浦江河床下，施工风险很大，对冻结系统运行状况和冻土帷幕发展状况进行实时监测就显得尤为重要。在监测中主要考虑几个问题：冻结管是否漏盐水；冻土帷幕的性能；完好隧道一侧封水效果如何；暗挖施工过程对冻土壁温度有何影响。

水平冻结孔和测温孔布置：每组去回路在回路上布置1个测点，在每组干管去路和回路上各设置1个测点，盐水去回路共有59个测点。盐水传感器采用封装在不锈钢螺钉中的DS1820ST传感器，测点布置在每组去回路的回路冻结管上。冻土帷幕温度监测采用封装有DS1820ST传感器的测温电缆，在冻结区域中共布置了11个测温孔。采用基于“一线总线”的冻结法温度监测系统[1]，实现了信息化实时监测，掌握冻结壁温度场的变化规律，将不可见、不可控转化为可见、可控，从而降低工程风险。

1盐水冻结系统运行状况分析

盐水冻结系统于2007年2月13日开始运行，盐水温度快速下降。冻结4d，干管去路温度降至—22。5℃，冻结14d温度降到最低—30。1℃，以后积极冻结期干管温度去路平均维持在—29。5℃左右。维护冻结从冻结44d后开始，维护冻结期干管去路温度平均维持在—28。0℃左右。积极冻结期平均温差为1。8℃，维护冻结平均温差为1。0℃，说明冻结开始时热交换量大，以后逐渐减少，进入维护冻结后热交换达到稳定。

在冻结过程中，每天用标尺测量盐水箱的盐水水位一次，盐水箱水位始终保持在34cm~35cm。水位下降主要是由于盐水箱内盐水蒸发损失产生的，且水位无突然下降情况出现，由此可以断定盐水冻结系统运转正常，去回路没有发生漏液。

2冻土帷幕的性能分析

根据冻土试验报告[2]，冻土壁所在土层的冻结温度在—1。0℃~1。4℃之间。冻土壁达到设计的厚度，且平均温度达到—12℃，积极冻结期才能结束，进入维护冻结期。

图1为T2测孔各测点温度时程曲线，由曲线可知，冻结17d时，T2测孔附近土体温度已达到—5℃以下，此时T3测孔相同位置附近土体刚达到结冰温度，说明内外排冻结管之间的冻土壁已交圈。内排孔距开挖面1。0m，其冻土帷幕发展情况可由T4和T6测孔的温度值反映出来。

用T1测温孔中心线和上行线隧道中心线组成的平面作为冻结区域剖面，在剖面上作4个截面，A—A截面位于冻土区与地下连续墙交界面处，B—B截面位于冻土区中间位置，C—C截面位于冻土区与隧道内封堵墙交界面，D—D截面位于完好隧道管片外冻结管末端处。采用苏联学者Б。В。Бахолин[3]提出的冻土帷幕厚度计算公式，以测温孔测点监测数据为参数，结合冻结孔的实际情况，可计算出不同冻结时间各截面位置处的冻土帷幕厚度和平均温度，绘出如图2，图3所示的冻土帷幕厚度时程曲线和平均温度时程曲线。

由曲线可知，位于冻结壁中部的截面冻土帷幕最厚，在完好隧道一侧的冻土壁发展最缓慢。冻结48d时此截面处的冻土壁才达到设计要求，D—D截面的平均温度达到了—17℃，满足设计要求，可以转入维护冻结阶段。

3已建完好隧道端封水效果分析

为了监测冻土壁在完好隧道外侧发展状况，充分掌握冻土帷幕的封水效果，在下行线隧道内距封堵墙2环和3环管片（每环管片1m）上预留的注浆孔向外打探孔，布置了7个测点。测到的温度值如表1所示。

从温度可以看出，管片外侧距封堵墙1。5m处的土体已结冰，部分冻土壁已发展到距封堵墙2。5m外的地方。

由于开挖是从基坑内开始的，开挖到封堵墙位置处还需要时间，冻土壁可以进一步发展。因此，完好隧道端的冻土壁达到了预期的效果。

4施工工序对冻土帷幕温度影响分析

表2为江中暗挖施工工序及开始时间。当江中暗挖施工各工序施工时，必然会对冻土壁产生影响。图4是在各工序施工时内外排冻结管之间T2测温孔附近的冻土帷幕温度时程曲线，图5是在各工序施工时T测温孔测到的温度曲线。

由曲线可以看出，从暗挖工程施工开始，各测点附近的冻土壁温度都在升高，且浇筑混凝土时各测点温度升得最高，隧道中部区域的温度接近0℃，这主要是由混凝土水化热产生的。靠近地下连续墙的测点，受空气影响，温度一直较高。为了确保地下连续墙和冻土壁交界面的封水效果，特在积极冻结期每条隧道开挖洞门外，沿开挖面边缘铺设了2根冻结管，并在洞门外地下连续墙表面铺设了泡沫保温板。采取这些措施后，取得了较好的效果，即便在开挖过程中，该交界面的温度也在—5℃以下，确保了工程的安全。

5结语

上海地铁四号线修复江中段暗挖工程的成功再一次佐证了人工地层冻结法可形成承压、封水冻土壁的独特优势，为冻结法在其他城市地下工程中的应用具有重要的参考价值。温度是计算冻土壁强度、厚度和平均温度的首要依据。通过合理布置温度监测点，采用基于“一线总线”的温度监测系统，可以对冻土壁温度实现实时监测，从而实现信息化施工。通过温度数值和盐水箱水位分析可实时掌握冻结系统的运行状况和冻土壁的特征，可确保冻结法施工安全。

参考文献：

[1]胡向东，刘瑞锋。基于“一线总线”的冻结法温度监测系统[J]。地下空间与工程学报，2007（5）：937—940。

[2]胡向东，程桦。上海轨道交通四号线冻土物理力学性能试验研究报告[R]。合肥：安徽建筑工业学院，2006。

[3]肖朝昀，胡向东，张庆贺。四排局部冻结法在上海地铁修复工程中的应用[J]。岩土力学，2006（sup）：300—304。

[4]BaholdinBV。Selectionofoptimizedmodeofgroundfreezingforconstructionpurpose[M]。Moscow：StateConstructionPress，1963。

[5]贺利民。冻结法在基坑支护工程中的应用研究[J]。山西建筑，2007，33（8）：135—136。

[6]王书伟。冻结法施工在深圳地铁中的应用[J]。山西建筑，2005，31（13）：114—115。

什么是地铁地层冻结法？第7篇

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此方法在围岩自稳时间达24h以上，开挖工作面稳定时才能采用。环形开挖循环进尺长度一般控制在1.2m以内，以0.75～1m为宜。核心土的断面面积应大于开挖断面面积的50，核心土纵向长度应大于3m。该核心土是平衡开挖工作面的最简单易行的方法。

地铁施工旁通道冻结法施工工艺第8篇

一前言

作为一种成熟的施工方法，冻结法施工技术在国际上被广泛应用于城市建设和煤矿建设中，已有100多年的历史，我国采用冻结法施工技术至今也已有40多年的历史，主要用于煤矿井筒开挖施工，其中冻结最大深度达435m，冻结表土层最大厚度达375m.自1992年起，冻结法工艺被广泛应用于上海、北京、深圳、南京等城市地铁工程施工中。公司在上海地铁隧道旁通道工程施工中，采用了冻结法加固的施工方法，通过对施工工艺的归纳总结，以及参考有关施工技术资料，形成本工法。

二、特点

冻结法适用于各类地层尤其适合在城市地下管线密布施工条件困难地段的施工，经过多年来国内外施工的实践经验证明冻结法施工有以下特点：

1、可有效隔绝地下水，其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的，对于含水量大于10%的任何含水、松散，不稳定地层均可采用冻结法施工技术；

2、冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，冻土强度可达5-10Mpa，能有效提高工效；

3、冻结法是一种环保型工法，对周围环境无污染，无异物进入土壤，噪音小，冻结结束后，冻土墙融化，不影响建筑物周围地下结构；

4、冻结施工用于桩基施工或其它工艺平行作业，能有效缩短施工工期。

三、使用范围

冻结法适用于各类地层，主要用于煤矿井筒开挖施工。目前在地铁盾构隧道掘进施工、双线区间隧道旁通道和泵房井施工、顶管进出洞施工、地下工程堵漏抢救施工等方面也得到了广泛的应用。

四、工艺原理

冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，将松散含水岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水，以便在冻结壁的保护下，进行地下工程掘砌作业。它是土层的物理加固方法，是一种临时加固技术，当工程需要时冻土可具有岩石般的强度，如不需要加固强度时，又可采取强制解冻技术使其融化。

五、工艺流程冻结法

六、施工操作要点施工时，应不断对每个施工工序进行管理。控制冻结孔施工、冻结管安装、冻结站安装、冻结过程检测的质量。

1、冻结孔施工

1.1开孔间距误差控制在±20mm内。在打钻设备就位前，用仪器精确确定开孔孔位，以提高定位精度。

1.2准确丈量钻杆尺寸，控制钻进深度。

1.3按要求钻进、用灯光测斜，偏斜过大则进行纠偏。钻进3m时，测斜一次，如果偏斜不符合设计要求，立即采取调整钻孔角度及钻进参数等措施进行纠偏，如果钻孔仍然超出设计规定，则进行补孔。

2、冻结管试漏与安装

2.1选择φ63×4mm无缝钢管，在断管中下套管，恢复盐水循环。

2.2冻结管（含测温管）采用丝扣联接加焊接。管子端部采用底盖板和底锥密封。冻结管安装完，进行水压试漏，初压力0.8MPa，经30分钟观察，降压≤0．05MPa，再延长15分钟压力不降为合格，否就近重新钻孔下管。

2.3冷冻站安装完成后要按《矿山井巷工程施工及验收规范》要求进行试漏和抽真空，确保安装质量符合设计要求。

3、冻结系统安装与调试

3.1按1.5倍制冷系数选配制冷设备。

3.2为确保冻结施工顺利进行，冷冻站安装足够的备用制冷机组。冷冻站运转期间，要有两套的配件，备用设备完好，确保冷冻机运转正常，提高制冷效率。

3.3管路用法兰连接，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、清洗后用聚苯乙烯泡沫塑料保温，保温厚度为50mm，保温层的外面用塑料薄膜包扎。集配液圈与冻结管的连接用高压胶管，每根冻结管的进出口各装阀门一个，以便控制流量。

3.4冷冻机组的蒸发器及低温管路用棉絮保温，盐水箱和盐水干管用50mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料板保温。

3.5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，再充氟加油。

3.6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备要求的技术参数条件下运行。

4、积极冻结阶段在冻结试运转过程中，定时检测盐水温度、盐水流量和冻土帷幕扩展情况，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。

积极冻结，就是充分利用设备的全部能力，尽快加速冻土发展，在设计时间内把盐水温度降到设计温度。旁通道积极冻结盐水温度一般控制在-25～-28℃之间。

积极冻结的时间主要由设备能力、土质、环境等决定的，上海地区旁通道施工积极冻结时间基本在35天左右。

5、维护冻结阶段在积极冻结过程中，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，测温判断冻土帷幕交圈并达到设计厚度后再进行探孔试挖，确认冻土帷幕内土层无流动水后（饱和水除外）再进行正式开挖。正式开挖后，根据冻土帷幕的稳定性，提高盐水温度，从而进入维护冻结阶段。

维护冻结，就是通过对冻结系统运行参数的调整，提高或保持盐水温度，降低或停止冻土的继续发展，维持结构施工的要求。旁通道维持冻结盐水温度一般控制在-22～-25℃之间。维护冻结时间由结构施工的时间决定。

6、工程监测6.1工程监测的目的工程量测作为该工法的一项重要施工内容。其目的就是根据量测结果，掌握地层及隧道的变形量及变形规律，以指导施工。由于旁通道施工位于地下十多米处，为防止施工时对地面周边建筑、地下管线、民用及公共设施带来不良影响，甚至严重破坏。对施工过程必须有完善的监测。

6.2工程监测的内容工程监测贯穿整个施工过程，其主要监测内容为：地表沉降监测，隧道变形监视，通道收敛变形监测，冻土压力监测。

6.1.1冻结孔施工监测内容为：冻结管钻进深度；冻结管偏斜率；冻结耐压度；供液管铺设长度。

6.1.2冻结系统监测内容为：冻结孔去回路温度；冷却循环水进出水温度；盐水泵工作压力；冷冻机吸排气温度；制冷系统冷凝压力；冷冻机吸排气压力；制冷系统汽化压力。

6.1.3冻结帷幕监测内容为：冻结壁温度场；冻结壁与隧道胶结；开挖后冻结壁暴露时间内冻结壁表面位移；开挖后冻结壁表面温度。

6.1.4周围环境和隧道土体进行变行监测内容为：地表沉降监测；隧道的沉降位移监测；隧道的水平及垂直方向的收敛变形监测；地面建筑物沉降监测。

七、机具设备

1、冻结法施工旁通道所用设备见表1表1

旁通道冻结施工主要机械设备表序号设备名称规格、型号数量额定功率能力螺杆冷冻机组 JYSGF300II 2台 110KW 87500Kcal/h 盐水泵 IS125-100-200 2台 45KW 200m3/h

冷却水泵 IS125-100-200C 4台 15KW 120m3/h

冷却塔 NBL-50 4台 15m3/h 钻机 MK-50 1台

电焊机 BS-40 2台

抽氟机 1台

说明：以上1-4项冻结设备均备用一台。冻结设备详见附图

2、冻结法施工旁通道所用量测设备见表2表2

旁通道冻结施工主要量测设备表序号设备名称规格、型号数量备注经纬仪 J2 1台

测温仪 GDM8145 1台测量冻土温度 3 精密水准仪 1台打压机 20MPa 1台冻结器打压试漏 5 收敛仪 1台冻土帷幕收敛 6 钢卷尺 20m 1把

八、质量标准

由于冻结法施工工程技术难度高，施工风险大，工程中不可预测因素多，故此对质量要求极高。目前主要参照煤炭行业《煤矿井巷工程施工及验收规范•GBJ213-90》、《煤矿井巷工程质量检验评定标准•MT5009-94》标准要求进行施工。除了参照国家有关标准外，还应着重注意以下几点：

1、冻结帷幕设计时应选择比较安全的计算模型，要有足够的安全系数；

2、冷冻机组制冷量在设计时，取较大的备用系数；

3、钻孔的偏斜应控制在1%以内；

4、终孔间距不大于1.0m；

5、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。

九、劳动力组织

冻结法施工技术要求高，专业性强，且由于其特殊性，现场需配备土建工程师、机械工程师、电气工程师和测量工程师。

作业人员配备人员见表3：

表3 作业人员配备人员

工作项目工种人数备注

冻结孔施工打钻工 15人进入冻结阶段可转为普通工冻结管安装

冻安工 9人进入冻结阶段可转为普通工机械维修

机修工 3人电气维修

电工 2人（包括设备数据采集）

电焊电焊工 2人

冻结管焊接工程监测测量工 3人

环境变化监测测温

技术员 1人测温孔测温辅助施工普通工 4人当班负责施工员 2人总计 41人

十、安全环境保护

1、设计要考虑各种最不利条件，保证方案安全可靠：

2、设计计算的各种最不利条件，在施工组织设计及施工中，做到重点防范，采取切实可行、有效的措施加以控制。

3、选用无污染、效率高、体积小、重量轻、制冷量大、安装运输方便的螺杆冷冻机组作为制冷系统的主机。以适应地铁施工场地小、工期紧的需要。

4、采用通讯系统和视频系统有效的监控施工现场，对施工中发现的问题及时汇报处理，杜绝一切不安全的施工现象和违章的操作，把事故制止在萌芽状态。

5、旁通道设安全防水门，以备发现险情关闭防水门，保护隧道之用。

6、在对面隧道内，增设冷冻板，冷冻板排管外设置泡沫保温材料，以确保对面隧道交接处的完好冻结状态；在旁通道的左右侧各钻一个Φ89的冻结孔，作为冷冻板盐水循环的进回液管。

7、在管线交底后也可对地下管线和隧道进行必要的支撑。对离冻结区较近的管线与建筑物进行暴露或保温，防止冻坏。

8、旁通道开挖期间项目管理人员采用二十四小时值班制，对施工的各个环节要起到及时的检查和督促作用，在施工现场准备足够的备用设备和物资，以备应急之用。

9、为预防开挖中停电等导致停工，甚至出现冒顶、涌砂事故，采取以下预案：在旁通道开挖期间，通道内准备3米长16#槽钢（或钢管）6根，粘土2.0t和足够的砂袋，以在必要时堆粘土和砂袋封闭通道，预防淹隧道。

10、冻结加固中打设的冻结孔将穿越④、⑤号土层，该土层局部夹有粉砂薄层，有钻孔突水、涌砂的可能。A、加大钻具推力，强行顶入套管B、利用原钻具系统注浆，浆液选用水泥—水玻璃或丙烯酸盐类浆液。C、必要时压紧孔口管密封装置，封闭该孔。

11、采取必要的措施，防止打冻结孔时水土流失；在钻孔施工期间加强沉降的监测，发现跑泥漏沙水土流失严重引起的沉降，影响到建筑物和地下管线，应立即停止施工，立即注浆，防止沉降影响周围建筑物和地下管线，到没有沉降为止，待地层较稳定后再施工钻孔。

12、加大盐水在冻结管内的流量，采用串并联循环方式，加快冻结管的热交换。

13、用逐步降温的过程，防止冻结管由温度应力造成的开裂。冻结孔每三个串联供液，并根据流量及去回路温差监控冻结器的盐水流量及均匀性，确保冻结帷幕支护可靠。

14、根据监测的测温孔温度计算的各个剖面冻结壁的平均温度，对温度偏高的部位，调整盐水流量予以调控。实现信息化施工，加强冻结壁的监测监控。根据监测情况调控冻结壁强度和变形。

15、加强冻胀与融沉监测，发现冻胀影响到建筑物和地下管线，通过打的卸压孔减小冻胀或打冻结孔加热循环，进行解冻；预留注浆孔，进行跟踪注浆，防止融沉影响周围建筑物和地下管线。

十一、效益分析

自我国采用冻结法施工技术以来，作为一种特殊的施工方法，其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的。近年来，城市地下工程施工进入了高峰，复杂的施工环境使一些大型的设备往往束手无测，而冻结法这种仅在施工范围内钻孔就可解决问题简易手段正好有了用武之地，本文归纳其有以下优势：

1、可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，可在地下施工，不占用地面土地，虽加固的费用高出水泥搅拌桩约1/3，但远远低于节省交通组织费用。

2、冻结土体强度高，并可根据施工要求调节不同部位的强度，安全性好。

3、阻水效果较其他方法更有效。

什么是地铁地层冻结法？第9篇

摘要:主要介绍了上海地铁明珠线蓝村路站-浦东南路站区间隧道联络通道、泵站采用水平冻结加固情况下,隧道支护及结构施工过程,分析了隧道内矿山法施工旁通道对地表及隧道结构产生的影响及解决措施,指出了矿山法施工技术在市政及地铁工程施工中的技术可行性。

关键词:水平冻结;隧道支护;结构施工 1 前言

由于受城市地面道路、建筑和地下管线的影响,在地铁隧道施工中,传统的明挖施工技术受到挑战,而隧道暗挖施工技术,因其很少占用地面施工场地、无环境污染、施工安全性高等优势,在北京、广州、上海等城市地铁施工中得到推广应用。2002年6月至11月上海地铁明珠线蓝村路站-浦东南路站区间隧道联络通道、泵站工程采用全断面水平冻结法加固、矿山法开挖支护施工顺利完成。2概述 2.1工程内容

上海地铁明珠线二期蓝村路站—浦东南路站区间隧道旁通道及泵站(以下简称旁通道)位于两站区间隧道中部。旁通道由与左右线隧道正交的水平通道及通道中部的集水井组成(图1)。按设计,旁通道位置上、下行线隧道的中心标高分别为-15.007m和-15.806m,上、下行线隧道中心线间距13481.9mm。通道为直墙圆弧拱结构,集水井为矩形结构,通道和集水井均采用两次衬砌,其中初衬厚度为200mm,通道墙、拱和集水井内衬厚度为400mm,通道底板和通道与隧道连接处(喇叭口)内衬厚度为1000mm。通道的开挖轮廓高约4.23m,宽3.2m,局部(喇叭口处)高4.83m,宽4.4m;泵站开挖轮廓长4.2m,宽3.2m,深2.2m。

2.2 工程地质条件

旁通道位置地面标高为4m左右,隧道上覆土层厚度按19m考虑。根据附近地层情况,旁通道施工范围内土层主要按灰色淤泥质粘土、灰色粘土和灰色粉质粘土考虑,具有孔隙比大、含水丰富、承载力低、容易压缩和在动力作用下易流变的特点,开挖后天然土体本身难以自稳。2.3 工程难点

① 地质条件差,淤泥质粘土承载力低,含水率高,易流变;② 在盾构区间隧道内施工,施工点距区间隧道两端车站均有1km左右的距离,施工场地狭小;③ 工程地处浦东新区东方路,通道上方地面为一栋二层楼的超市,通道开挖引起的地表沉降量必须严格控制,不能超过30mm。

因此,在该地层内开挖构筑旁通道,需要先对施工影响范围内的土体进行稳妥、可靠的加固处理。经反复论证决定采用水平冻结法加固。该工法具有安全性好,不污染环境等优点。因此本工程设计包括旁通道周围土层的冻结加固和开挖构筑施工两部分内容。设计地层冻结加固体积约为2100m3,挖掘土方和浇注混凝土体积分别为220m3和120m3。采用这种加固方法就要求旁通道及泵站结构施工中的开挖工艺、支护参数等与之相适应。3 施工方法与施工工序

根据上述施工条件,并结合上海地铁二号线旁通道施工经验,拟采用“隧道内水平冻结加固土体,隧道内开挖构筑”的全隧道内施工方案。即:在隧道内采用冻结法加固地层,使旁通道外围土体冻结,形成强度高、封闭性好的冻土帷幕,然后在冻土帷幕中采用矿山法进行通道及泵站的开挖构筑施工。

水平地层加固和开挖构筑的主要施工工序:施工准备→隧道管片开孔和安装孔口管→冻结孔钻进,安装冻结器与冷板,同时安装冻结制冷系统→安装冻结盐水系统和检测系统→冻结运转,同时进行隧道支撑→探孔试挖,拆钢管片→通道掘进与初衬→通道防水层施工与内衬→泵站开挖与初衬→泵站防水层施工与内衬→停止冻结,封孔→壁后充填注浆。冻结孔施工和旁通道初衬施工为本工程的关键工序,防水层和旁通道内衬施工为特殊工序。4 联络通道临时支护参数

由于冻土具有明显的蠕变特性,特别是粘性土层,这种特征更加明显,随着旁通道的掘进施工,冻结壁被暴露在空气中,冻土的蠕变随时间的延长而增加。为控制冻结壁的变形,要对冻结壁采取有效的临时支护,以免冻结壁变形破坏。

将旁通道的支护结构简化成由三段简支梁组成的一个半封闭结构。由于拱顶部分的冻结壁较厚,冻结壁变形较小,作用在支架上的荷载主要作用在支架两侧的柱腿上。假设作用在支架腿上的载荷为均布荷载,最大弯距发生在柱腿中部,根据变形协调条件,柱腿中部的挠度f同冻结井壁的允许变形相等,即:

ua=f=5qL4/381EI

（1）

式中:ua为冻结壁的变形量;E为支架的材料弹性模量;I为支架惯性矩;L为支架柱腿的长度;q为作用在支架腿上的均布荷载,q值可根据式

ua=(1+u)(p-pi)a/A(t×τ)确定。

式中:τ为冻土的侧压力系数;A为冻土的弹性模量;p为作用在冻土外侧的压力;pi为支架对冻土壁的反力;a为旁通道宽度的一半;t为冻结壁的温度系数;u为支架的间距。

已知ua=2cm=0.02m,u=1/2=0.5,A=40MPa,p=20×1.8×104=3.6×105Pa;a=1.7m Pi=P-A·Ua(t×τ)/α(1+u)=4.6×104Pa设支架的排间距为0.5m,则每个支架上的荷载为

q=pi/2=2.3×104Pa 由式(1)得

I=5qL4/381UaE

L=3.8m,q=2.3×104Pa,E=2.1×105MPa,Ua=0.02m代入上式得:

I=1498cm4

根据工字钢的转动惯量可知

I16=1130cm4 I18=1660cm4>1498cm4

故选用18号工字钢作为支架的支护材料,考虑到支架的刚度及稳定性,每个支架加有中梁及底梁。5旁通道开挖构筑工艺

旁通道的开挖从占用隧道一侧向另外一侧隧道进行水平暗挖,根据冻土的发展规律,同时考虑工期、隧道占用时间等因素,旁通道的开挖构筑施工应尽量同冻结孔施工占用同侧隧道。旁通道的开挖构筑在一个完全封闭的冻土帷幕内进行,冻土帷幕为一个底部较厚的直墙圆拱形,冻土墙设计厚度1.2m,冻土强度4～6MPa,旁通道及泵站的施工采取全断面开挖。

在打开钢管片前应对各种量测资料及测温孔中测得的冻结壁发展情况、冻结时间等进行综合分析,当分析结果同设计基本相符时,即可进行试开挖。由于冻土强度较高,冻结壁本身起着临时支承作用,开挖过程中为避免冻结壁暴露后产生蠕变,造成冻结管断裂,在掘进过程中要及时对冻结壁进行临时支护,并对冻结壁及时封闭,减少冷量损失。旁通道的开挖构筑要充分利用冻土的强度特点,经过科学施工,严格管理,将加固地层自身的稳定性与合理的临时支护有机的结合起来,控制开挖步距,加强工程监测, 将整个通道的开挖及临时支护完成之后,一次进行防水层和结构混凝土浇筑施工。这样不仅简化了旁通道及泵站开挖构筑施工工艺,缩短了工期,加快了施工速度,而且提高了工程质量。上海轨道交通明珠线二期蓝村路站-浦东南路站区间隧道旁通道及泵站施工情况