冻结法加固60米级超长距离联络通道的冻结体系的制作方法

1.本实用新型专利属于隧道施工技术领域，涉及一种富水软弱地层超长联络通道的施工技术，具体为冻结法加固60米级超长距离联络通道的冻结体系。


背景技术：

2.联络通道又称旁通道，是为了满足隧道区间安全疏散和渗漏水排放要求，设置于两条单线区间隧道之间的连接通道，是隧道工程建设中的主要风险积聚段。自冻结法引入隧道联络通道施工后，因此工法加固强度高、止水性能好等优点，广泛应用于上海、南京和苏州等富水软土地层的联络通道施工中，通常应用长度约为10～15m，其理论日趋完善，应用技术相对成熟。但随着城市地下工程建设的迅猛发展，地下既有建筑物、构筑物不断增多，特定环境下建设的联络通道也日趋见多，从而不断涌现出新的难题，尤其是富水软弱地层长距离甚至超长距离联络通道的建设，因距离长，地层稳定性差，周边既有建筑繁杂，在多种不良因素的影响下，以往的冻结法体系难以满足建设需求，可能造成严重的后果。因此迫切地需要冻结法加固60米级超长距离联络通道的冻结体系，合理地进行设计施工，确保超长距离联络通道的安全竣工。


技术实现要素：

3.本实用新型提出的是一种冻结法加固60米级超长距离联络通道的冻结体系，其目的在于为了克服现有技术的不足，能够安全可靠地在富水软弱地层建设超长距离联络通道，满足安全疏散和排水需求，减小周边环境影响，提高经济效益，本实用新型提供了冻结法加固60米级超长距离联络通道的冻结体系。
4.本实用新型的技术解决方案：冻结法加固60米级超长距离联络通道的冻结体系，所述体系包括双泵站结构4、联络通道5、冻土帷幕3、冻结孔6、两个独立供冷系统7；其中，所述双泵站结构4为联络通道靠近左、右线隧道处设置泵站，所述冻土帷幕3为钳形，左线隧道1与右线隧道2双向对设有冻结孔6，所述冻结孔6内设有冻结管并在联络通道5中部交叉搭接，两个独立供冷系统7分别设置在左线隧道1与右线隧道2内。
5.所述泵站分别设置在联络通道靠近左线隧道1与右线隧道2侧，泵站靠近隧道一侧切角钝化，切角为135
°
。
6.所述联络通道5中间通道联络通道（5）中间通道拱顶高度下调195mm，为1500mm，通道底为平底板。
7.所述冻结管特征是所述冻结管为φ108
×
10mm低碳钢管，布置170～180根，长距离冻结管在联络通道（5）中间5.0m范围内搭接。
8.所述冻结孔6周围布置测温孔10，冻土帷幕内未冻土中设有卸压孔11，采用φ89
×
8mm无缝钢管。
9.所述联络通道5两侧设有3环钢管片。
10.所述联络通道5与泵站内设置注浆孔9。
11.本实用新型的有益效果：
12.（1）通过双泵站结构，左右设置两个泵站，冻土帷幕呈钳形，相比在联络通达中间设置单泵站，显著减少了冻土量及冻胀融沉。
13.（2）优化了超长联络通道的结构布置，联络通道中间通道部分拱顶高度下调，通道底由圆弧反底拱改为平底板，可减少超长通道的冻土量，在保留结构和功能完整的基础上，缩减工期和工程量。
14.（3）左右设置独立的冻结站提高制冷量，同时两侧都打设冻结孔、中间搭接以提高冻结效果，相比单侧设置冻结站供冷，另一侧利用少量透孔供冷，制冷效果好，冻结速率快。
15.（4）优化了超长联络通道的结构和冻结方案设计，充分发挥冻结法的优势，能够保证在富水软弱地层安全可靠地施工建设60米级超长联络通道，具有对施工环境影响小、加固及止水效果可靠、节约工期等优点；体系适用于城市周边环境复杂需要设置60米级超长联络通道的隧道工程。
附图说明
16.图1是本实用新型所述冻结法加固60米级超长距离联络通道的冻结体系示意图；
17.图2是图1的a
‑
a剖面图；
18.图3是开挖及构筑顺序图；
19.图4是注浆孔平面布置图。
20.其中，1
‑
左线隧道，2
‑
右线隧道，3
‑
冻结帷幕，4
‑
双泵站结构，5
‑
联络通道结构，6
‑
冻结孔，7
‑
独立供冷系统，8
‑
钢管片，9
‑
注浆孔，10
‑
测温孔，11
‑
卸压孔，12
‑
第一阶段，13
‑
第二阶段，14
‑
第三阶段，15
‑
第四阶段，16
‑
安全门。
具体实施方式
21.冻结法加固60米级超长距离联络通道的冻结体系，其特征在于，所述体系包括双泵站结构，联络通道结构，冻结孔，独立供冷系统；冻结孔内布置冻结管并在联络通道结构中部交叉搭接，独立供冷系统分别设置在左线隧道与右线隧道内。
22.优选的，所述双泵站结构分别设置在靠近左线隧道与右线隧道处，并将泵站靠近隧道一侧切角钝化处理，切角为135
°
。
23.优选的，联络通道结构中间通道部分拱顶高调整为1500mm、通道底由圆弧反底拱改为平底板。
24.优选的，所述冻结孔分别自左线隧道与右线隧道双向对打，冻结孔内布置冻结管并在联络通道结构中间5.0m范围内搭接。冻结孔周围布置测温孔，在安全门内布置卸压孔。
25.优选的，联络通道结构中心两侧布置3环钢管片，并在联络通道结构与双泵站结构内设置注浆孔。
26.以上任一所述冻结法加固60米级超长距离联络通道的冻结体系的方法，所述方法包括以下步骤：
27.（1）增加钢管片：在盾构机掘进时，在需要设置联络通道处两侧由1环钢管片增加至3环。
28.（2）水平冻结方案设计：根据施工条件及土体性质进行冻结设计，包括比选冻结壁
结构形式，确定冻结壁厚度和平均温度，布置冻结孔、测温孔和卸压孔，设定冻结周期、验算冻结壁，设计制冷系统、预应力支架、安全门和开挖临时支架，对周边环境影响的监测与保护等。
29.（3）施工准备：安装联络通道冻结站，用电缆将电源引进联络通道冻结站，铺设进、排水管，用厚5cm的木板在联络通道处铺设冻结施工场地，按不同位置的冻结孔钻进要求，用φ48
×
4 mm钢管搭建冻结孔施工脚手架，加工冻结管、孔口管等各种加工件。
30.（4）冻结孔施工：根据联络通道结构施工超长近水平孔和斜孔，采用性能优良的钻机。采用特制钻杆φ108
×
10mm，给定入孔水平方位角与仰（俯）角，以补偿钻进偏斜。钻进过程中实时测量偏斜量并利用可以纠偏的钻头纠偏。每个钻孔都设孔口管，并安装孔口密封装置。每一个钻孔完成后及时计算该孔流出物的方量，结合地表沉降监测数据的变化，及时注浆，注浆压力高于正常钻进时泵压0.2～0.4mpa，绝对泵压不得超过2.5mpa，瞬间泵压不得超过2.8mpa。终孔后20小时进行孔口补充注浆，实现“充填注浆”与压密注浆的双重效果，使钢管、土层、浆体三位一体，处于一种相对稳定的状态。配比为水泥：水：膨润土=400～500：1000：25～50。同时安装、调试和试运转冻结制冷系统，盐水系统和监测系统。
31.（5）积极冻结：采用制冷量较大的jyslgf300型冷冻机组，进行快速冻结，使冻结壁尽快交圈。盐水降温按预计降温曲线进行，设计积极冻结时间约为60天。在冻结过程中，每天监测盐水温度、流量，测温孔温度及卸压孔压力，根据冻结监测情况调整冻结系统运行参数，并推算冻结壁的发展情况（平均温度及厚度）。在左、右线隧道管片靠近喇叭口侧敷设冷管和保温层。在冻土帷幕内未冻土中设4个泄压孔，采用φ89
×
8mm无缝钢管，在冻胀引起地层压缩时，从泄压孔排除部分土体，如果孔内水压增加，打开孔口阀门卸压。左右线冷冻机组的开机时间错开10天，并且集水井处冻结管的供液时间相应的推后，以减小冻胀。积极冻结过程中，安装隧道预应力支架及应急防护门。
32.（6）开挖及构筑：当达到设计的积极冻结周期，计算的冻结壁最小有效厚度及平均温度达到设计值，冻结壁与隧道管片交界面处平均温度不高于
‑
5℃，去、回路盐水温差不大于1.5℃，冻结壁外边界处温度低于0℃，打设的探孔达到设计温度且无线状流水流砂，防护门安装后气密性试验合格、应急物资储备到位以及其他准备工作就绪，方可拉管片开挖。由于联络通道距离长，分段进行开挖构筑。先施工联络通道，后施工2个泵站。分段开挖构筑，第一阶段、第二阶段和第三阶段开挖构筑联络通道，第四阶段开挖构筑双泵站，安全门位置随挖而变。先从一侧隧道内试挖，再从通道另一端开挖，达到设计分段位置后，临时封堵开挖掌子面，把应急防护门向开挖方向移动，进行一次防水施工及二次结构施工，然后再转入下一段开挖与构筑。开挖时严格控制开挖步距，并及时进行型钢支撑加木背板，喷射混凝土，做好临时支护。做好各工序间的衔接，减少冻结壁的暴露时间。
33.（7）结构注浆及自然解冻融沉注浆：结构完成后及时进行壁后充填注浆，注浆孔均匀涵盖整个冻土帷幕范围，对于泵房外侧、喇叭口内角等薄弱处增加注浆孔，通道及泵房结构内部预埋注浆孔，在开挖临时支护时预埋注浆管，深度至木背板后。停止冻结后3～7天内进行衬砌壁后充填注浆，注浆时要求完成冻结封孔且衬砌混凝土强度达到设计强度的60%以上。充填注浆结束后进行自然解冻，根据地层监测情况进行冻结壁融沉补偿注浆，遵循“多次、少量、均匀”原则。最后割除孔口管或冻结管并进行封堵，所有预留隧道钢管片格仓采用微膨胀性c35素混凝土填满。
34.下面结合附图对本实用新型技术方案做进一步解释说明。
35.实施例1
36.某市轨道交通2号线两条隧道上方分别有居民楼和办公楼，且管线分布较密。联络通道及泵站隧道中心距68.01m，在国内属超长的联络通道，地层从上而下依次为：<2
‑4‑
5>粉细砂、<2
‑4‑
4>淤泥夹砂、<2
‑
5>中细砂、<3
‑
1>粉质粘土，自稳性差，富水性强，透水性强，地质条件差，对施工影响较大。采用冻结法加固土体、矿山暗挖法施工。
37.本工程采用冻结法加固60米级超长距离联络通道的冻结体系，具体技术方案如下：
38.a.增加钢管片，在盾构机掘进时，在设置联络通道处两侧由1环钢管片增加至3环。
39.b.水平冻结方案设计，根据施工条件及土体性质进行冻结设计，经方案比选选择在联络通道靠近左右隧道处设置双泵站，冻土帷幕设计厚度为2.1m，平均温度≤
‑
10℃，积极冻结时间为60天，冻结孔个数一共170个，冻结管规格为φ108
×
10mm，盐水最低设计温度≤
‑
28℃，测温孔20个，泄压孔4个，采用8台jyslgf300冷冻机，施工周期共180d。
40.c.施工准备，安装联络通道冻结站，用电缆将电源引进联络通道冻结站，用电负荷约1400kva，铺设进、排水管，水量为15m3/h。用厚5cm的木板在联络通道处铺设冻结施工场地，按不同位置的冻结孔钻进要求，用φ48
×
4 mm钢管搭建冻结孔施工脚手架，加工钻头组合、冻结管（兼作钻杆）、孔口管、堵头、盐水箱和隧道预应力支架等。
41.d．冻结孔施工，施工工序为：定位开孔及孔口管安装
→
孔口装置安装
→
钻孔
→
封闭孔底部
→
打压试验。冻结孔开孔位置误差不大于100mm，避开管片接缝、螺栓、主筋和钢管片肋板。冻结孔最大允许偏差250mm。根据联络通道结构施工超长近水平孔和斜孔，根据联络通道结构施工超长近水平孔和斜孔，采用性能优良的钻机。采用特制钻杆φ108
×
10mm，钻杆全部加工成内丝，采用丝扣内管箍连接再焊接。给定入孔水平方位角与仰（俯）角，以补偿钻进偏斜。钻进过程中实时测量偏斜量并利用可以纠偏的钻头纠偏。每个钻孔都设孔口管，并安装孔口密封装置。每个钻孔都设孔口管，并安装孔口密封装置。每一个钻孔完成后及时计算该孔流出物的方量，结合地表沉降监测数据的变化，及时注浆，注浆压力高于正常钻进时泵压0.2～0.4mpa，绝对泵压不得超过2.5mpa，瞬间泵压不得超过2.8mpa。终孔后20小时进行孔口补充注浆，实现“充填注浆”与压密注浆的双重效果，使钢管、土层、浆体三位一体，处于一种相对稳定的状态。配比为水泥：水：膨润土=400～500：1000：25～50。同时安装、调试和试运转冻结制冷系统，盐水系统和监测系统。本工程需在左右线各设置一个机房冻结站占地面积约300
㎡
，站内设备主要包括冷冻机、盐水箱、盐水泵。清水泵和冷却塔安装在端头井处。机房内所有设备进行检修后进行保养喷漆施工。机房内设置值班室。采用50mm厚的泡沫保温材料对盐水管路进行保温。盐水（氯化钙溶液）比重为1.25～1.26之间，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，边循环边化氯化钙，直至盐水浓度达到设计要求。机组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，充氟加油。
42.e．积极冻结：采用制冷量较大的jyslgf300型冷冻机组，进行快速冻结，使冻结壁尽快交圈。盐水降温按预计降温曲线进行，设计积极冻结时间约为60天，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
‑
18℃以下，积极冻结15天盐水温度降至
‑
24℃以下，开挖时盐水温度降至
‑
28℃。在冻结过程中，每天监测盐水温度、流量，测温孔温度及卸
压孔压力，根据冻结监测情况调整冻结系统运行参数，并推算冻结壁的发展情况（平均温度及厚度）。温度监测采用电子测温系统，在去、回路盐水干管及每组冻结管上安装热电偶传感器测量盐水温度，在测温孔内安装热电偶传感器测量土体温度，数据由系统自动测量、记录。在左、右线隧道管片靠近喇叭口侧敷设冷管和保温层。在冻土帷幕内未冻土中设4个泄压孔(孔深30m)，采用φ89
×
8mm无缝钢管，在冻胀引起地层压缩时，从泄压孔排除部分土体，如果孔内水压增加，打开孔口阀门卸压。左右线冷冻机组的开机时间错开10天，并且集水井处冻结管的供液时间相应的推后，以减小冻胀。积极冻结过程中，安装隧道预应力支架及应急防护门。联络通道共设4榀预应力支架，在区间隧道联络通道开口两侧架两榀，间距2m，并在联络通道两端沿隧道方向对称布置，安装时间不迟于开机冷冻后15天，且必须在冻结帷幕交圈之前。
43.f．开挖及构筑：当达到设计的积极冻结周期，计算的冻结壁最小有效厚度及平均温度达到设计值，冻结壁与隧道管片交界面处平均温度不高于
‑
5℃，去、回路盐水温差不大于1.5℃，冻结壁外边界处温度低于0℃，打设的探孔达到设计温度且无线状流水流砂，防护门安装后气密性试验合格、应急物资储备到位以及其他准备工作就绪，方可拉管片开挖。由于联络通道距离长，需要同时占用联络通道左右线隧道，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。分段进行开挖构筑。先施工联络通道，后施工2个泵站。开挖与构筑分为4段（见图4），具体为：第一阶段两头同时开挖，完成第一道施工缝前的土方开挖、喷射混凝土、防水、钢筋及混凝土浇筑（在该过程中需要完成排水沟的开挖及排水管的敷设）；第二阶段开始前，需将安全防护门移动到结构预埋的环形预埋槽钢上，进行防护门安装，完成防护门安装后，开始第二阶段的土方开挖、喷射混凝土、防水、钢筋及混凝土浇筑；第三阶段开始前，需将安全防护门移动到结构预埋的环形预埋槽钢上，进行防护门安装，完成防护门安装后，开始第三阶段的土方开挖、喷射混凝土、防水、钢筋及混凝土浇筑。至此完成通道部分开挖及二衬施工。第四阶段开挖集水井，该阶段需要完成土方开挖、喷射混凝土、防水、钢筋及混凝土浇筑。第四阶段进行集水井的开挖，当集水井开挖时集水井内已经全部冻实，可进行全断面逐层开挖。开挖完成后进行支护及喷浆施工，然后进行防水及二衬施工。开挖时严格控制开挖步距，采用风镐、铲及手镐相结合，人工出土，工作面排土采用农用三轮车，推到井口附近的专用排土箱内，用龙门吊吊至地面排出。
44.g．结构注浆及自然解冻融沉注浆：完成每一阶段二衬后3~7天内进行衬砌后充填注浆，注浆孔均匀涵盖整个冻土帷幕范围，对于泵房外侧、喇叭口内角等薄弱处增加注浆孔，通道及泵房结构内部预埋注浆孔，在开挖临时支护时预埋注浆管，深度至木背板后。充填注浆采用单液水泥浆，融沉注浆采用单液水泥浆，单液浆水泥等级强度为po.42.5级，水灰比一般为0.8，注浆设备选用syb 50
‑
45ii 液压注浆泵，集水井处的注浆压力不大于0.1mpa，通道部位注浆压力不大于静水压力，宜按照由下而上的顺序进行，当上一层注浆孔连续返浆后即可停止下一层注浆，直至注到拱顶结束。停止冻结后3～7天内进行衬砌壁后充填注浆，注浆时要求完成冻结封孔且衬砌混凝土强度达到设计强度的60%以上。采用自然解冻法，停止冷冻后1个月开始融沉注浆，根据地层监测情况进行冻结壁融沉补偿注浆，遵循“多次、少量、均匀”原则。最后割除孔口管或冻结管并进行封堵，所有预留隧道钢管片格仓采用微膨胀性c35素混凝土填满。