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1、武漢長江隧道工程冷 凍 法 施 工 作 業 指 導 書編制：審核： 批準：一、 編制依據1.1地下鐵道工程施工及驗收規范GB50299-1999；1.2盾構法隧道工程施工及驗收規范 DGJ08-233-1999；1.3地下防水工程施工及驗收規范 GBJ208-83；1.4煤礦井巷工程施工及驗收規范GBJ213-90；1.5本工程投標文件。二、 編制目的規范操作程序，指導現場施工。三、 適用范圍武漢長江隧道盾構隧道聯絡通道冷凍施工。四、 作業概述該工法是在地層中按預定間隔埋設凍結管（100mm的管徑），冷卻液在凍結管上循環，則管周圍地層中的孔隙水以管為中心生成年輪形狀凍土。鄰近的凍土柱連接在一起2、，形成止水墻。本工程用冷凍機把鹽水溶液冷卻到-20-40，由循環泵送至凍結管冷卻地層，鹽水吸收地層的內熱后，溫度上升，經由鹽水冷卻泵，返回冷卻機降溫后，再次進入冷卻管，如此反復循環。五、 人員機械配置人員配置表工種人數工種人數打鉆工20輔助工4機械安裝工10技術人員3機修工3管理人員5電工6合計51機械設備配置表編號機械單位數量備注1W-YSLGF300型螺桿機組臺2備用一臺2IS150-125-200水泵臺1鹽水泵3IS150-125-200C水泵臺1清水泵4測斜儀臺15測溫儀臺26NBL-50冷卻塔臺27J-200型金剛石鉆機臺1管片開孔8MD-50鉆機臺19電焊機臺2六、 部門職責1、工3、程部：、負責凍結帷幕設計計算、凍結孔布置及制冷設計；、凍結施工過程現場監督，凍結效果檢查。2、設物部：、負責冷凍設備的維修、保養；、保證電力持續、足量供應。3、操作班組：、嚴格按照冷凍設計布孔、埋管；、鉆機、冷凍機械操作。七、 作業流程作業流程見下圖。7.1 施工準備7.1.1在隧道內敷設一條120mm2動力電纜，用于凍結鉆孔施工及隧道內凍結作業流程圖系統安裝供電。7.1.2利用隧道內清水、排污管道，用于凍結孔打鉆和凍結站運轉的供水和排污。7.1.3在旁通道施工工作面兩端砌高約0.5m的泥漿擋墻，以免凍結孔鉆進時泥漿四溢影響隧道內環境整潔。7.1.4用厚46cm的木板在旁通道處鋪設凍結施工場地4、，按不同位置的凍結孔鉆進要求，用1.5鋼管搭建凍結孔施工腳手架。7.2凍結孔定位與管片開孔根據冷凍設計計劃的基準點，按凍結孔施工圖進行凍結孔孔位放線，提請注意的是：孔位布置首先要依據管片配筋圖和鋼管片加強筋的位置，在避開主筋的前提下可適當調整，一般不應大于100mm。7.2.1在正式開孔前，利用檢查孔，即隧道管片上的補漿孔鉆38mm小孔徑探孔，檢查地層穩定性。7.2.2開孔選用J-200型金剛石鉆機，配130mm金剛石取芯鉆頭進行鉆孔，深度約300mm，以不鉆穿管片控制。用鋼楔楔斷巖心、取出后，打入加工好的孔口管，并固定，每個孔口管要至少有4個固定點固定在管片上。7.2.3開孔順序根據旁通道施5、工的孔位，采用由上向下的順序施工：即先施工穿透孔，根據穿透孔的偏差，進一步調整有關的鉆進參數，再按由上向下的順序施工，這樣可防止因下層凍結孔的施工引起上部地層擾動，減小鉆孔施工時的事故發生率。7.2.4鉆孔偏斜和終孔控制鉆孔的偏斜應控制在1%以內，在確保凍土帷幕厚度的情況下，相鄰終孔間距不得大于1.0m，否則應補孔。凍結孔鉆進深度應不小于設計深度，不大于設計深度0.2m（鉆頭碰到隧道管片者除外）。7.3凍結孔鉆進與凍結管設置7.3.1鉆孔設備使用MD-50鉆機一臺，配用BW250型泥漿泵，鉆具利用898凍結管作鉆桿；凍結管之間采用套管絲扣連接，接頭螺紋緊固后再用手工電弧焊焊接，確保其同心度和焊6、接強度。7.3.2正常情況下，鉆進時安裝簡易鉆頭，如果鉆進困難遇到砂層，為防止鉆進中返砂，在鉆頭部位安裝一個特制單向閥門。7.3.3凍結管到達設計深度后沖洗單向閥，并密封凍結管端部。7.3.4鉆進過程中嚴格監測孔斜情況，發現偏斜要及時糾偏，下好凍結管后，進行凍結管長度的復測，然后再用燈光測斜儀進行測斜并繪制鉆孔偏斜圖。凍結管長度和偏斜合格后再進行打壓試漏，壓力控制在0.8Mpa，穩定15分鐘壓力無變化者為試壓合格。7.3.5在凍結管內下供液管,然后焊接凍結管端蓋和去、回路羊角。冷凍管單孔成孔步驟見下圖。7.4冷凍站布置與設備安裝將凍結站設置在東線（左線）隧道內，靠近旁通道位置，占地面積約80平7、方米，站內設備主要包括冷凍機、鹽水箱、鹽水泵、清水泵、冷卻塔及配電控制柜等。設備安裝按設備使用說明書的要求進行。選用YSLGF-300型冷凍機組1套，當鹽水溫度為-26，冷卻水溫度26時，其最大制冷量約為 87500kcal/h。冷凍機組電機總功率為100kw；選用200S42A鹽水循環泵2臺（其中1臺備用），流量198m3/h，揚程43m，電機功率37kw；選用IS125-100-250冷卻水循環泵1臺，流量100m3/h，揚程20m，電機總功率11kw；DBNL3-50型冷卻塔2臺，電機總功率6kw；設鹽水箱一個，容積6m3；鹽水干管和集配液管均選用1595mm無縫鋼管或6焊管，集、配液管8、與羊角連接選用1.5高壓膠管；冷卻水管用5焊管；冷凍板用1.5管加工；在冷凍機進出水管上安裝溫度傳感器，在去、回路鹽水管路上安裝壓力、溫度傳感器和控制閥門，在鹽水管出口安裝流量計，在鹽水箱安裝液面傳感器；在配液圈與凍結器之間安裝閥門二個，以便控制凍結器鹽水流量；在鹽水管路的高處安裝放氣閥；在去路鹽水干管上安裝單向閥；鹽水和清水管路耐壓分別為0.7MPa和0.3MPa；凍結施工冷卻水用量為15m3/h，最大總用電量約171KW。 其它：冷凍機油：選用N40冷凍機油；制冷劑：選用R22制冷劑；冷媒劑：用氯化鈣溶液作為冷凍循環鹽水。鹽水比重為1.2601.265。7.5管路連接管路用法蘭連接，隧道內9、的鹽水管用管架敷設在隧道管片斜坡上，以免影響隧道通行。在鹽水管路和冷卻水循環管路上要設置、閥門和測溫儀、壓力表等測試元件。鹽水管路經試漏、清洗后用保溫板或棉絮保溫，保溫厚度為50mm，保溫層的外面用塑料薄膜包扎。集配液圈與凍結管的連接用高壓膠管，每組凍結管的進出口各裝閥門一個，以便控制流量。旁通道主排凍結孔每23個一串聯，其他凍結孔34個一串聯。冷凍機組的蒸發器及低溫管路用棉絮保溫，鹽水箱和鹽水干管用50mm厚的保溫板或棉絮保溫。旁通道兩側管片保溫：由于混凝土和鋼管片相對于土層要容易散熱得多，為加強凍土墻與管片膠結，旁通道兩側管片內表面采取保溫措施，以減少冷量損失。凍結孔施工側即左線，首先將鋼10、管片格柵內用素砼填充密實，然后采用PEF板保溫板對凍結帷幕發展區域管片進行隔熱保溫。 右線隧道，凍結管的端部區域范圍內布置冷凍板，同樣將鋼管片格柵內用素砼填充密實，然后采用PEF板保溫板對凍結帷幕發展區域管片進行隔熱保溫。左、右線鋼管片格柵內填滿素混凝土（除欲拉開的管片外）然后再用PEF板保溫板進行保溫。7.6溶解氯化鈣和機組充氟加油鹽水（氯化鈣溶液）比重為1.26，先在鹽水箱內充滿清水，溶解氯化鈣，再送入鹽水干管內，直至鹽水系統充滿為止，溶解氯化鈣時要除去雜質。機組充氟和冷凍機加油按照設備使用說明書的要求進行。首先進行制冷系統的檢漏和氮氣沖洗，在確保系統無滲漏后，再充氟加油。7.7積極凍結與11、維護凍結7.7.1凍結系統試運轉與積極凍結設備安裝完畢后進行調試和試運轉。在試運轉時，要隨時調節壓力、溫度等各狀態參數，使機組在有關工藝規程和設備要求的技術參數條件下運行。在凍結過程中，定時檢測鹽水溫度、測溫孔溫度和凍土帷幕擴展情況，必要時調整凍結系統運行參數。凍結系統運轉正常后進入積極凍結7.7.2開挖前檢查與維護凍結在積極凍結過程中，要根據實測溫度數據判斷凍土帷幕是否交圈和達到設計厚度，同時要監測凍土帷幕與隧道的膠結情況，測溫判斷凍土帷幕交圈并達到設計厚度且與隧道完全膠結后再進行探孔試挖，確認凍土帷幕內土層基本無壓力后再進行正式開挖。檢查項目：（1）測溫孔可根據測溫孔實測數據，推算出凍土發12、展速度及在該凍結時間內的凍土發展半徑，從而算出凍結帷幕厚度，再根據成冰公式或用作圖法得出凍結帷幕平均溫度，若各個層位、部位凍結帷幕的厚度和平均溫度達到設計要求后，即可打開管片進行開挖。（2）卸壓孔在積極凍結過程中，卸壓孔有兩個作用，一是起到釋放凍脹壓力的作用，另一方面根據顯示的壓力來判斷凍結帷幕是否交圈。在凍結初期卸壓孔是沒有壓力的，隨著凍土的逐漸擴展，水分不斷遷移，交圈后凍土形成一個封閉的土體，凍脹壓力得不到釋放而逐漸增加，它的外在表現即為卸壓孔壓力的增長。（3）探孔測凍土帷幕溫度和厚度達到設計值后，打開泄壓孔確認無泥水涌出，并安裝好防水門后，打開聯絡通道預留口的鋼管片。開挖過程中，根據暴露13、凍土帷幕的穩定性，進入維護凍結，鹽水溫度不高于-20。（4）鹽水去、回路溫差由于凍結帷幕交圈后需冷量較交圈前要小，因此凍結帷幕交圈前鹽水去、回路溫差要比交圈后大，不過此現象僅作為判斷凍結帷幕交圈的參考。要確定打開管片進行開挖還需結合測溫孔資料、卸壓孔壓力、探孔情況等方面綜合考慮。正式開挖后，根據凍土帷幕的穩定性，可適當提高鹽水溫度，進入維護凍結，但鹽水溫度控制在-25-30之間。7.8停止凍結。澆筑完混凝土內襯后停止凍結，進行自然解凍。7.9凍結孔密封。截去露出隧道管片的孔口管和凍結管，然后在孔口管管口焊接8mm厚的鋼板。八、 質量保證措施8.1預防鉆孔漏泥冒砂的措施8.1.1正式開孔前，需用14、38小孔徑鉆孔檢查地層穩定性，如有嚴重涌砂冒水，則采取雙液漿或化學漿液堵漏。8.1.2在取芯開孔后，安裝帶填料密封盒的孔口管，管側裝有40mm旁通閥門，防止孔口噴砂。8.1.3在含水砂層中鉆進，其砂土會隨壓力水涌出孔口，因此從兩個方面采取措施：采用化學泥漿護壁；在回流旁路上增加背壓力，使鉆孔內保持一定的壓力，維護孔壁的穩定。8.1.4準備相應的預案，采取無泥漿頂管法頂進凍結管，避免地層涌砂冒水。8.2鉆孔偏斜控制措施8.2.1根據施工需要，設置測量基準點和基準線。8.2.2準確定出鉆孔開孔孔位，調整控制在100mm以內。8.2.3鉆機就位使用全站儀定位，一要找好鉆機開孔傾角并考慮鉆桿因受自重的15、作用使鉆孔產生向下的偏移，定位時略較設計傾角上仰0.10.5，以中和鉆孔垂直方向的偏斜。二要控制鉆機的水平方向誤差，以保持鉆機主動鉆桿之軸線與連接通道軸線平行（或與隧道軸線相垂直）。8.2.4在鉆具組合形式上采用滿眼鉆進方式，即鉆頭直徑略大于鉆桿（即凍結管）直徑，以減小鉆孔偏斜。8.2.5鉆孔結束后，要立即進行打壓測斜，如果超出設計規定，則進行補孔。8.3地層凍結過程質量技術措施8.3.1選用無污染、效率高、體積小、重量輕、制冷量大、安裝運輸方便的螺桿冷凍機組作為制冷系統的主機。8.3.2加大鹽水在凍結管內的流量，采用串并聯循環方式，加快凍結管的熱交換。8.3.3嚴格控制凍結管間距及確保凍結管16、施工質量。8.3.4凍結管選用有產品合格證的低碳鋼無縫鋼管，使用前認真檢查凍結管的質量，嚴禁使用彎曲、變形或有質量問題的凍結管。8.3.5采用逐步降溫的過程，防止凍結管由溫度應力造成的開裂。8.3.6在對面隧道內，增設冷凍板，冷凍板排管外設置泡沫保溫材料，以確保對面隧道交接處的完好凍結狀態；在旁通道的左右側各鉆二個89的凍結孔，作為冷凍板鹽水循環的進回液管。8.3.7認真作好凍結站的運轉記錄，嚴格執行各項規章制度和凍結站的崗位責任制。九、 安全施工控制措施“百年大計、質量第一”、“工程建設、安全第一”，安全生產始終是項目管理的頭等大事。9.1各分項工程施工建立健全各種安全責任規章制度。9.2各種機械設備設專人操作，持證上崗。9.3認真落實現場安全帽、安全網、安全帶制度。9.4夜間施工設立燈光示警裝置。9.5現場供電系統設立安全保護接零和安全罩等。9.6吊裝作業制定專門安全措施和操作規則，配備專職信號工、吊裝工進行操作。9.7凍結站房區列為易燃、易爆、有毒及壓力容器車間。車間內配備消防水龍頭及排氣、防毒工具、空間高壓容器和管道涂抹相應顏色注明。9.8為確保工程施工的安全，我們采取實行項目經理負責制，責任到人，從項目經理、班組長到生產工人層層落實。并設立安全小組，制定與監督實施有關安全管理制度，收集合理化建議。建立統一的、權威的、完善的管理機構。