联络通道人工冻结加固施工方法
【专利摘要】本发明提供一种联络通道人工冻结加固施工方法，包括施工准备、冻结前施工、帷幕冻结、开挖施工以及支护与最后衬砌注浆五个阶段，具体包括如下：首先进行施工准备工作，然后在确保冻土帷幕厚度的情况下，开设冻结孔，增设短距离孔口管，冻结管钻进采用跟管法钻进，再冻结系统正常运转后进入积极冻结，在冻土帷幕达到设计要求后，冻结系统进入维护冻结；完成以上工序后，进入开挖施工以及支护与最后衬砌注浆。本施工方法降低了联络通道施工难度，增加了工程的安全性、可靠性，同时缩短施工周期和成本，提高施工效率的同时保障工程质量。
【专利说明】
联络通道人工冻结加固施工方法
技术领域
[0001] 本发明涉及地铁施工工艺技术领域，具体是指联络通道人工冻结加固施工方法。
【背景技术】
[0002] 联络通道一般位于地铁隧道中间最低部，是为了在地铁列车在运营中发生意外安 全事故是需要及时的的将乘客转移至安全地带。尽管地铁联络通道修建已有约百年历史， 但因联络通道，但因联络通道埋深较大、地质水文情况较复杂且受隧道施工场地和施工周 边环境所限等客观情况，其施工技术含量高、难度大，故而其施工方案总难令人十分满意。 目前联络通道工程施工中使用的冻结施工方法大多偏于保守，即加大冻结壁厚度或降低冻 结温度。虽然确有力的保证了工程和周边环境的安全，但也耗费了巨大的电能及资金，亦将 给后期的开挖带来困难。这使得冻结法的工程应用受到极大限制。
【发明内容】
[0003] 为了解决以上技术问题，本发明提供一种联络通道人工冻结加固施工方法，包括 以下步骤： (1) 施工准备:在隧道内铺设一条动力电缆、两条水管至施工工作面;用厚度为5cm的木 板在联络通道处铺设施工场地； (2) 冻结前施工:采用全站仪和水准仪监测开孔前和开孔时的上下仰府角及方位角，钻 孔的偏斜应控制在1%以内，在确保冻土帷幕厚度的情况下，终孔间距不大于1.0m。在孔口出 增设设计好的的孔口管。安装时将孔口处凿平，安好四个膨胀螺丝，而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，用膨胀螺丝上紧，上紧后再去掉螺母，装上 DN125球阀，再将球阀打开，用开孔器从球阀内开孔，开孔直径为91mm。冻结管钻进采用跟管 法钻进； (3) 帷幕冻结:包括安装好冻结制冷设备与冻结站、管路连接、管道保温与管道检测仪 表安装;溶解氯化钙和机组充氟加油，设备调试与试运转，在冻结系统正常运转后进入积极 冻结，一周内盐水温度降至-20°C以下，15天盐水温度降至-24°C以下，且在冻土帷幕达到设 计要求后，冻结系统进入维护冻结； (4) 开挖施工以及支护:包括通道掘进与临时支护，在做好施工准备并经探挖确认可以 进行正式开挖后，打开钢管片，从左线开口向右线方向暗挖。作业采用风镐、铲及手镐相结 合。开挖采用上、下台阶法开挖，开挖步距为0.5m; 格栅钢架在开挖后及时架设，间距〇.5m，拱架间距及其横向位置和高程的允许偏差为 ±5cm，垂直度为±2°，喷射混凝土采用分段、分块，自下而上的顺序进行并先喷钢筋格栅与 壁面间混凝土支护，然后再喷两钢筋格栅之间混凝土支护； (5) 最后衬砌注浆:包括栗房底板、通道底板及侧墙施工、充填注浆，其中注浆压力在 0.5Mpa 之间。
[0004] 进一步地，所述的冻结孔共有69个直径为89mm，并组成22条冻结回路;所述的冻结 孔按上仰、近水平、下俯三种角度布置在通道的四周，冻结孔设计成孔间距联络通道周边孔 为900mm;所述的温度观测孔共设8个直径为89mm，所述的泄压孔设有4个，直径为45mm;所述 的冻结孔与水平线所成角度为-20 ° - 20°。
[0005] 进一步地，所述的冻结管之间采用丝扣加焊接连接连接方法，接头螺纹紧固后再 用手工电弧焊焊接。
[0006] 进一步地，所述的管路链接采用法兰连接；所述的盐水和清水管路耐压分别为 0.7]\0^和0.31^&。
[0007] 进一步地，所述的冻结系统中盐水循环系统去回路温差不超过2°C。
[0008] 本施工方法降低了联络通道施工难度，增加了工程的安全性、可靠性，同时缩短施 工周期和成本，提高施工效率的同时保障工程质量。
【附图说明】
[0009] 图1是本发明冻结孔布置立面图。
[0010] 图2是本发明左线冻结孔布置平面图。
[0011] 图3是本发明右线冻结孔布置平面图。
【具体实施方式】 [0012] 实施例1。
[0013] 武汉市轨道交通六号线联络通道长13.828m，宽3.8m，最大高度6.96m，通道顶部埋 深19.97m，采用盐水循环系统人工冻结法加固土体，矿山暗挖法施工，预计冻结加固长度 13.828m，加固宽度9.8m，深度13.850m。预计冻结范围内土体自上而下依次为粉质黏土、黏 土、齡泥质黏土、粉质黏土夹粉砂，平均天然含水量在33%~49%之间，其中粉质黏土、黏土为 高压缩性软塑状土层，粉质黏土夹粉砂为中压缩性软塑状土层，淤泥质黏土处于流塑状态。 其无侧限抗压强度在34.32~42.78KPa之间，承载能力较差。联络通道所处地段的地下水主 要是软土中的土壤水，水量较小，其中粉质黏土夹粉砂层内的地下水受下部角砾层承压水 影响，水量较小。通道上方为现状道路，对地表沉陷控制要求较高。采用初期支护+二次衬砌 结构。
[0014] -种联络通道人工冻结加固施工方法，其特征在于:所述的冻结加固施工方法包 括以下步骤。
[0015] (1)施工准备 1)按照施工供电和施工用水要求，在隧道内铺设一条动力电缆、两条水管至施工工作 面;用厚5cm的木板在联络通道处铺设施工场地，为施工脚手架搭设、材料加工和设备安放 提供场地条件。
[0016] (2)冻结前施工 1) 定位开孔和孔口管安装：按照设计要求，利用全站仪对冻结孔位置进行定位放线。 选用J-200型金刚石钻机开孔，配Φ 133mm金刚石取芯钻头，孔深度约300mm，以不钻穿管片 控制。用钢楔楔断岩心、取出后，打入加工好的孔口管，并设4个固定点进行固定； 2) 孔口装置安装:将孔口处凿平，安好四个膨胀螺丝，而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，用膨胀螺丝上紧，上紧后再去掉螺母，装上DN125球 阀，再将球阀打开，用开孔器从球阀内开孔，开孔直径为91_。贯穿砼管片，如若地层内的泥 水流量大及时关好阀门。用螺丝将孔口装置装在球阀上，施工过程中注意加好密封垫片； 3)冻结孔钻进及冻结管安装:使用MD-80钻机钻孔，配用BW250型泥浆栗，钻具利用Φ 89 X 8 mm冻结管作钻杆，冻结管钻进采用跟管法钻进;冻结管之间采用丝扣加焊接连接连接 方法，接头螺纹紧固后再用手工电弧焊焊接，正常情况下，钻进时安装简易钻头，如果钻进 困难遇到砂层，为防止钻进中返砂，在钻头部位安装一个特制单向阀门。冻结管到达设计深 度后冲洗单向阀，并密封冻结管端部。钻进过程中严格监测偏斜情况，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，然后进行测斜并绘制钻孔偏斜图。冻结管长度 和偏斜合格后，再对冻结管进行打压试漏，冻结管安装完毕后，注水泥浆密封冻结管与管片 之间的间隙。根究设计要求钻取冻结孔共有69,编号由D1至D69;温度观测孔共设8,编号由 C1至C8;泄压孔设有4,编号由XI至X4,具体如下表所示：
[0017] (3)帷幕冻结 1) 冻结站布置与设备安装:设备安装按设备使用说明书的要求进行。为保证冷冻系统 可靠连续运转，冻结站选用JYSLGF-30〇m型螺杆式冷冻机组2台套，两套运转，一套备用;选 用IS150-400A盐水栗和IS150-250A型冷却水循环栗各1台，均为一备一用；；设盐水箱2个， 每个容积6m 3;盐水干管和集配液管均选用Φ 159 X 5mm无缝钢管，集配液管与羊角连接选用 Φ 51mm高压胶管;冷却水管用Φ 127 X 5mm无缝钢管;冷冻板用Φ 48 X 4mm钢管加工;在冷冻 机进出水管上安装温度传感器，在去、回路盐水管路上安装压力、温度传感器和控制阀门， 在盐水箱安装液面传感器;在配液圈与冻结器之间安装阀门二个，以便控制冻结器盐水流 量;在盐水管路的高处安装放气阀;在去路盐水干管上安装单向阀；盐水和清水管路耐压分 别为0.7MPa和0.3Mpa; 2) 管路连接、保温及测试仪表安装:管路用法兰连接，隧道内的盐水管用管架敷设在 隧道管片上，且应避免影响隧道通行。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30_，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。联络通道四周主冻结孔每两个一串联，其它冻 结孔每三个一串联。冷冻机组的蒸发器及低温管路用聚苯乙烯泡沫塑料30mmPEF保温板，盐 水箱和盐水干管用30mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料板保温； 3)溶解氯化钙和机组充氟加油:盐水(氯化钙溶液)比重为1.26~1.27，先在盐水箱内 充满清水，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。机组充氟和冷冻机加油必须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； 4)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备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、盐水流量和冻土帷幕扩展情况，冻结系统运转正常后进入积极冻结。要 求冻结孔单孔流量不小于5m 3/h;积极冻结7天盐水温度降至一20°C以下；积极冻结15天 盐水温度降至一24°C以下，去回路盐水温差不大于2°C;开挖时盐水温度降至一28°C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。
[0018] (4)开挖施工以及支护 1)开挖条件分析与维护冻结 在积极冻结过程中，要根据实测温度数据判断冻土帷幕是否交圈和达到设计厚度，同 时要监测冻土帷幕与隧道的胶结情况，测温判断冻土帷幕交圈并达到设计厚度且与隧道完 全胶结后再进行探孔试挖，确认冻土帷幕内土层基本无压力正式开挖； ① 测温孔分析 根据测温孔实测数据，推算冻土发展速度及在该冻土发展半径，再根据成冰公式得出 冻结帷幕平均温度，若各个层位、部位冻结帷幕的厚度和平均温度达到设计要求后，经开挖 前节点验收合格后即可打开管片进行开挖； ② 卸压孔在冻结初期卸压孔一般没有压力，随着冻土的逐渐扩展，水分不断迀移，交圈 后冻土形成一个封闭的土体，冻胀压力得不到释放而逐渐增加，卸压孔压力增加经卸压后， 压力又迅速恢复，经过多次卸压后，压力遂渐下降，最后压力为零，冻结帷幕内基本无压力， 卸压孔内基本无泥水流出，具备试挖条件； ③ 探孔在开挖前，在左右线用开孔器在冻结帷幕最薄弱地方打设探孔，以判断冻结帷 幄厚度及冻结效果； ④ 水去、回路温差 盐水循环系统去回路温差不超过2°c。要确定打开管片进行开挖还需结合测温孔资料、 卸压孔压力、探孔情况等方面综合考虑。积极冻结盐水温度调整到_28°C~-30°C，开挖后， 为确保冻土帷幕的稳定性，盐水温度仍控制在-28 °C~-30 °C之间； 2) 安全门安装:开挖侧隧道预留洞口上安装应急防护门，并配备风量不小于6m3 /min 的空压机给防护门供气。防护门开关应便于人工操作，且不影响施工。紧固螺栓、风管及连 接件、扳手等配件及操作工具应准备到位。挖通水平通道完成初期支护后可拆除防护门； 3) 试挖和开管片:加固土体强度达到设计要求及准备工作就绪后要先进行试挖，即在 未冻结的开挖区中部开一试挖窗口，窗口尺寸不宜大于400 X400mm，开窗要逐步扩大。用 锹、风镐等从试挖窗口挖深400~600mm，检查土体含水及稳定情况。若土体干燥、能自立，或 者挖深至800~1000mm无泥水流出时间持续24h以上。则可判定具备正式开挖条件。否则应 回填、封闭试挖窗口，继续积极冻结，直至下次试挖满足上述要求为止； 开管片时，准备2台32t千斤顶，5t和2t手拉萌芦各一个。两台千斤顶架在被开管片两 侦I中间用一根横梁同钢管片直接相连，通过顶推横梁向外推拉钢管片，5t萌芦作为主拉拔 管片用，一端钩住欲拆管片，一端套挂在对面隧道管片上，水平方向加力向隧道内拉拔管 片。2t萌芦悬吊在欲拆管片上方管片上，一端钩住欲拆管片，以防管片拉出时突然砸落在工 作平台上。在用千斤顶及5t萌芦拉拔期间要注意观察管片外移情况，并随时注意调整2t萌 芦拉紧程度和方向。因管片锈蚀拉出困难时，应用大锤锤振管片，减小拔出拉力。因副孔侧 为钢筋混凝土管片，此处管片使用风镐破除、手工修面，严格按照设计尺寸进行施工； 4)开挖施工:管片拆除后进入正式开挖，联络通道开挖构筑施工占用靠近联络通道左 侧的隧道开挖，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 好施工准备并经探挖确认可以进行正式开挖后，打开钢管片，从左线开口向右线方向暗挖。 作业采用风镐、铲及手镐相结合，工作面排土用手推车，推到井口附近的专用排土箱内，用 提升机吊至地面排出。开挖采用上、下台阶法开挖，开挖步距为〇. 5m。在开挖过程中应及时 进行收敛变形监测，以便及时调整支护方式和结构，并且注意冻结管的位置，以防风动工具 打破冻结管。若发生打破冻结管，应及时通知冻结站人员，关闭阀门，补焊冻结管； 5 )初期支护格栅加工、安装:格栅钢架在开挖后及时架设，间距0.5m，安装前清除底脚 下的虚碴及杂物，连接板底部应在坚实、牢固土体上必要时在连接板下支垫方木。格栅拱架 安装允许偏差：拱架间距及其横向位置和高程的允许偏差为± 5cm，垂直度为± 2°。格栅拱 架拼装在作业面进行，各节拱架间以连接板螺栓拧紧并，保证连接板密贴。安装拱架后将砼 保护层预留，施工中严禁超欠挖，钢格栅环向设HRB400E22mm连接筋间距lm; 6) 初期支护喷射混凝土:喷射混凝土作业应紧跟开挖工作面，采用分段、分块，自下而 上的顺序进行并先喷钢筋格栅与壁面间混凝土，然后再喷两钢筋格栅之间混凝土;喷射作 业时，喷射做反复缓慢的螺旋形运动，螺旋直径约20-30cm，以保证混凝土喷射密实。同时掌 握风压、水压及喷射距离，减少混凝土的回弹量;喷射混凝土回弹量，边墙不宜大于25%; 7) 防水层施工:联络通道兼废水栗房均采用1.5mmPVC塑料防水板进行全包防水，土工 布缓冲层采用400g/m2的短纤土工布。先将土工布固定在混凝土基面上，然后用热合方法将 防水板粘贴在固定圆垫片上，即采用无钉铺设办法，对防水板无机械损伤。
[0019] (5)最后衬砌注浆 1) 联络通道及栗房二次衬砌在初衬施工完成，在防水层后进行，先施工联络通道及栗 房底板钢筋，预留出通道及栗房侧墙钢筋，先施工栗房底板、通道底板及两侧30cm高侧墙， 立模浇筑砼。通道底板一次性通长浇筑，中间不设环向施工缝； 2) 融沉处理措施：当日降沉大于0.5mm，或联络通道累计沉降大于1mm时，应进行融沉 补偿注浆;注浆浆液为单液水泥浆。注浆压力不大于〇.5Mpa。注浆顺序为先底板后侧墙。注 浆前将待注浆的注浆管和其相邻的注浆管阀门全部打开，注浆过程中，当相邻孔连续出浆 时关闭邻孔阀门，定量压入后即可停止本孔注浆，关闭阀门接着对邻孔注浆。融沉注浆的结 束是以地面沉降变形稳定为依据。若冻结壁已全部融化，且不注浆的情况下实测地层沉降 连续半个月地面日沉降量保持在〇.5mm以内，累计沉降量小于1mm，即可停止融沉补偿注 浆。
[0020] 实施例2: 武汉一号线联络通道采用盐水循环系统人工冻结法加固土体，矿山暗挖法施工，预计 冻结加固长度14.028m，加固宽度10.8m，深度14.850m。预计冻结范围内土体自上而下依次 为粉质黏土、黏土、齡泥质黏土、粉质黏土夹粉砂，平均天然含水量在36%~45%之间，其中粉 质黏土、黏土为高压缩性软塑状土层，粉质黏土夹粉砂为中压缩性软塑状土层，淤泥质黏土 处于流塑状态。
[0021] -种联络通道人工冻结加固施工方法，其冻结加固施工方法包括以下步骤： (1) 施工准备:在隧道内铺设一条动力电缆、两条水管至施工工作面;用厚度为5cm的木 板在联络通道处铺设施工场地； (2) 冻结前施工:采用全站仪和水准仪监测开孔前和开孔时的上下仰府角及方位角，钻 孔的偏斜应控制在1%以内，在确保冻土帷幕厚度的情况下，终孔间距不大于1.0m;在孔口出 增设设计好的的孔口管，安装时将孔口处凿平，安好四个膨胀螺丝，而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，用膨胀螺丝上紧，上紧后再去掉螺母，装上 DN125球阀，再将球阀打开，用开孔器从球阀内开孔，开孔直径为91mm，冻结管钻进采用跟管 法钻进； (3) 帷幕冻结:包括安装好冻结制冷设备与冻结站、管路连接、管道保温与管道检测仪 表安装;溶解氯化钙和机组充氟加油，设备调试与试运转，在冻结系统正常运转后进入积极 冻结，一周内盐水温度降至-20°C以下，15天盐水温度降至-24°C以下，且在冻土帷幕达到设 计要求后，冻结系统进入维护冻结； (4) 开挖施工以及支护:包括通道掘进与临时支护，在做好施工准备并经探挖确认可以 进行正式开挖后，打开钢管片，从左线开口向右线方向暗挖;作业采用风镐、铲及手镐相结 合，开挖采用上、下台阶法开挖，开挖步距为0.5m; 格栅钢架在开挖后及时架设，间距〇.5m，拱架间距及其横向位置和高程的允许偏差为 ±5cm，垂直度为±2°;喷射混凝土采用分段、分块，自下而上的顺序进行并先喷钢筋格栅与 壁面间混凝土支护，然后再喷两钢筋格栅之间混凝土支护； (5) 最后衬砌注浆:包括栗房底板、通道底板及侧墙施工、充填注浆，其中注浆压力在 0.5Mpa 之间。
[0022] 武汉市轨道交通6号线第4标段土建工程区间1号联络通道应用此工法后，经过51 天的积极冻结，冻结加固效果良好，满足开挖条件。积极冻结时间比设计55~60天少了 4天， 节约电费4万元，设备租赁费10万元。并且，在积极冻结过程中，各项技术参数满足设计要 求，冻结施工质量良好。
【主权项】
1. 一种联络通道人工冻结加固施工方法，其特征在于:所述的冻结加固施工方法包括 以下步骤： (1)施工准备:在隧道内铺设一条动力电缆、两条水管至施工工作面；用厚度为5cm的 木板在联络通道处铺设施工场地； (2) 冻结前施工:采用全站仪和水准仪监测开孔前和开孔时的上下仰府角及方位角，钻 孔的偏斜应控制在1%以内，在确保冻土帷幕厚度的情况下，终孔间距不大于1.0m;在孔口出 增设设计好的的孔口管，安装时将孔口处凿平，安好四个膨胀螺丝，而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，用膨胀螺丝上紧，上紧后再去掉螺母，装上 DN125球阀，再将球阀打开，用开孔器从球阀内开孔，开孔直径为91mm，冻结管钻进采用跟管 法钻进； (3) 帷幕冻结:包括安装好冻结制冷设备与冻结站、管路连接、管道保温与管道检测仪 表安装;溶解氯化钙和机组充氟加油，设备调试与试运转，在冻结系统正常运转后进入积极 冻结，一周内盐水温度降至-20°C以下，15天盐水温度降至-24°C以下，且在冻土帷幕达到设 计要求后，冻结系统进入维护冻结； (4)开挖施工以及支护：包括通道掘进与临时支护，在做好施工准备并经探挖确认可 以进行正式开挖后，打开钢管片，从左线开口向右线方向暗挖;作业采用风镐、铲及手镐相 结合，开挖采用上、下台阶法开挖，开挖步距为0.5m;格栅钢架在开挖后及时架设，间距 〇.5m，拱架间距及其横向位置和高程的允许偏差为±5cm，垂直度为±2° ;喷射混凝土采用 分段、分块，自下而上的顺序进行并先喷钢筋格栅与壁面间混凝土支护，然后再喷两钢筋格 栅之间混凝土支护； (5)最后衬砌注浆:包括栗房底板、通道底板及侧墙施工、充填注浆，其中注浆压力在 0.5Mpa 之间。2. 根据权利要求1所述的一种联络通道人工冻结加固施工方法，其特征在于所述的冻 结孔共有69个直径为89mm，并组成22条冻结回路;所述的冻结孔按上仰、近水平、下俯三种 角度布置在通道的四周，冻结孔设计成孔间距联络通道周边孔为900mm;所述的温度观测孔 共设8个直径为89mm，所述的泄压孔设有4个，直径为45mm;所述的冻结孔与水平线所成角度 为-20 ° - 20°。3. 根据权利要求1所述的一种联络通道人工冻结加固施工方法，其特征在于所述的冻 结管之间采用丝扣加焊接连接连接方法，接头螺纹紧固后再用手工电弧焊焊接。4. 根据权利要求1所述的一种联络通道人工冻结加固施工方法，其特征在于所述的管 路链接采用法兰连接;所述的盐水和清水管路耐压分别为〇. 7MPa和0.3Mpa。5. 根据权利要求1所述的一种联络通道人工冻结加固施工方法，其特征在于所述的冻 结系统中盐水循环系统去回路温差不超过2°C。
【文档编号】E21D9/00GK106089214SQ201610452159
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】李涛, 胡田玉, 钱亮亮
【申请人】中铁十局集团第三建设有限公司