人工冻结法质量管理和控制措施

人工冻结法质量管理和控制措施

龚彬

上海华建工程建设咨询有限公司，上海市 200040

摘要：地下连通道一般采用基坑支护、土体加固、明挖和等施工方法，但是当遇到复杂周边条件或者穿越富水地层时，则可以采用特殊施工方法——冻结法来完成不良土层的加固，实现围岩的稳定。冻结法表现出凝固均匀、防水性佳、地层适应力强、污染少等优势，现已用于地铁区间横通道或是端部加固工程。该研究主要采用拟开挖区域下方形成“L”型冻结壁，配合上部混凝土顶板以及地铁出入口形成封闭冻结体。提升了施工效率，减少开挖对周围管线、地铁结构产生的影响。解决了以往存在的问题，具有较好的应用价值。

关键词：人工冻结法；质量管理；控制措施

1冻结法施工技术的优势

（1）冻结施工技术可用于含水量超过10％的松散、不稳定的地层，可以有效分离地下水。

（2）结合施工环境，可以对冻土帷幕的形状、强度做出调整。地质条件相对较为灵活，强度接近于5~10 MPa，有助于提高效率。

（3）冻结法不污染周围环境，具有环保性，异物引起的噪声较少。结束后，土壤墙一旦冻结也会慢慢融化，对建筑的地下结构几乎没有影响。

（4）将冻结法运用到桩基础施工以及各道工序中来，从而减少施工周期。

2工程简述

上海某地下通道为地下一层箱形结构，结构净宽约6.5~12.2m，结构净高约3.94~4.6m，地下通道总长度约64m，基坑开挖深度约7.1~7.64m。该基坑东侧部分区域与既有地铁出入口连接，且存在较长的共墙段结构，长度为29.98m，该共墙段结构部分穿越②31潜水含水层，存在施工风险，因此采用冻结法施工、矿山暗挖法进行构筑。冻结加固范围为拟开挖区域非混凝土墙段以及开挖基坑下部区域，最终在拟开挖区域下方形成“L”型冻结壁，配合上部混凝土顶板以及地铁出入口形成封闭冻结体。在冻结段顶板以上采用明挖法施工。

3冻结加固设计

3.1冻结壁设计

1、冻土强度：单轴抗压3.6MPa，抗折2.0MPa，抗剪1.5MPa。

2、冻结壁的最佳厚度：≥1.6m，设计均温＜-10℃。

3.2冻结孔布置原则

整个冻结区域分割成4个分区，底板冻结孔两排，主排孔42个，辅排孔41个，隔墙冻结孔20个，冻结孔开孔间距为800mm，测温孔12个，泄压孔17个。在冻结孔处，它的开孔位置误差应≤50mm，成孔最大间距也要＜1100mm。

3.3测温孔布置及探孔设置

为了把控好冻结的温度波动，本次共预留了20个测温孔，以测量冻结壁的平均温度还有厚度。结合现场实情，对测温孔数量、角度加以调整。

4冻结施工

4.1冻结施工流程见图1.

图1施工流程

4.2冻结孔质量要求

根据施工基准点，按冻结孔施工图布置冻结孔。正常冻结孔开孔位置偏差不应大于50mm，遇特殊结构处开孔位置误差不大于100 mm，开孔间距误差不大于150mm；冻结孔钻进至设计深度。

冻结孔偏斜值≤130mm，以灯光测斜法进行辅助检测。将防水手电固定在镀锌管的端部，将镀锌管插入冻结孔的底部，通过经纬仪目镜观察手电灯芯，待灯芯和经纬仪目镜内的十字准星重合时读出经纬仪的垂直读数，和冻结孔设计的竖直角度进行比较，算出冻结管成孔的竖直偏差。然后将经纬仪底座固定，将目镜旋转180°，找出成孔后视点，和设计的后视点比较，计算出冻结孔成孔的水平偏差。通过水平及垂直偏差计算出冻结孔成孔的偏差。

4.3保证冻结壁质量的技术措施

(1)钻孔施工严格控制冻结孔开挖区外围的冻结孔间距。

(2)在与冻结壁交接的预留地连墙内侧敷设保温层，以确保冻结壁不存在影响安全的薄弱环节。除按常规对冻结管路做好保温工作，对靠近冻结壁附近的地铁结构、分区冻结壁表面必须加强保温。保温采用聚氨酯发泡材料，其隔热性和密闭性好，并且阻燃。同时，尽可能减少开挖区域及冻结表面内空气对流。

(3)注重冻结过程的监控。要对各冻结孔在不同时点上的盐水流量、温度进行监测、记录，使冻结壁得到的快速的发展。在施工过程中，密切监测冻结壁温度、冻结壁变形、冻结壁内孔隙水压和地面变形等，并根据监测结果判断冻结壁质量是否满足设计要求。若有必要，还应当调整冻结时间、盐水温度，并控制好实际的盐水流量。

5施工过程质量控制

5.1冻结孔质量控制

1)定位开孔及孔口管安装

以施工基准点为中心，按施工图来对冻结孔位进行复核，孔位偏差＜50mm，最大的成孔间距＜1.0m。当开孔深度=300mm，需要装上一个孔口管，加工材料为∅121 X6mm无缝钢管。全过程追踪，如开孔过程中地层内水砂流量大，要督促施工单位及时关闭防护门。

2)孔口装置安装

打开第1个孔后，未见涌水涌砂，那么剩下的其他孔均无需装孔口装置；如果涌水涌砂十分严重，需引导施工单位往孔内注射水泥浆（也可以是双液浆），用于止水。

3)钻孔

施工单位应按冻结孔设计方位调整好钻机位置。为保证钻孔精度，要求施工单位每钻进2m测量一次偏斜，如偏斜不符合设计要求，则立即采取调整钻孔角度及钻进参数等措施进行纠偏。成孔后及时复核冻结孔偏斜率，偏斜率不大于1%。

4)封闭孔底部

下冻结管，同时对管长度、偏斜进行复核，达标后方才能安装密封。

5)打压试验

封孔后，施工单位需要借助手压泵来完成打压试漏，同时将试漏压力介于0.7~1.0MPa，稳定30min压力未见变化者，代表试压合格。

5.2冻结系统控制

1)在冻结过程中每日检测去、回路干管盐水温度、冻结器回路盐水温度、盐水箱液位变化、冷却水温度，观察冻结器头部结霜是否异常融化。冻结运转初期，检查各冻结器的盐水流量、盐水比重，如发现流量小于设计要求小于设计要求，及时进行调节，或加大盐水泵泵量。

2)冻结系统监测

为了了解冻结壁发展状况及冻结站的运行状态，保障施工安全。采用信息化技术对温度、盐水流量、冻结机组参数、盐水箱水位四大系统参数进行监测。

3）要求管理人员进入现场后要仔细研究地质勘察报告及施工图纸，了解规范、施工合同，参透技术、质量方面的要求，保证施工的有序推进。

5.3坚持质量标准，开展质量预测

根据质量标准要求，按照相关管控要点，设定质量控制点，开展质量预测，防患于未然。

5.4实施过程监控，加强巡视检查力度

加强过程监控，做到“全过程、全天候”。对关键工序或是部分隐蔽工程，应当加强旁站，防止耽误施工进度。

5.5协助施工单位完善施工方案

对施工方案做好审查，除技术水平、经济性能以及工艺要求外，还应有应急预案，以解决如钻孔突水、涌砂，开挖中停电及冻胀融沉等施工中可能突发的问题。

5.6加强监测冻胀融沉

地铁一号口及运营车站变形要求比较苛刻。施工过程中，很可能出现冻胀和融沉，因此监测尤为重要。地道从开工到冻结沉降、收敛，周边建筑物和上部地表沉降较小，均在警戒值范围内。冻胀原因使出入口结构出现抬升现象，现场经过释放泄压孔和抬高盐水温度控制冻胀量对地铁影响，取得效果，抬升缓和。通过底部MJS土体加固，结构底部融沉双液注浆。通过监测地道收敛变形，结合监测数据，按照少注多次的原则，逐步控制沉降趋于稳定。

6注意事项

（1）设备运转：设备定期保养维护，保证备用机组正常使用，认真分析冻结系统运转数据，发现异常及时处理。（2）土层测温：根据每日测温数据，结合测温孔的位置判断测点温度数据是否有异常，如有异常立即排查。（3）人员巡视：实行24 h站内值班，对冻结施工面进行巡查巡视，发现异常立即要求整改。（4）安全文明施工：每日施工前，用专用仪器检查作业空间空气进行检查，确保合格后，方能进入作业。施工现场保证现场施工达到安全文明标准化施工条件。

7结语

本文通过工程实例阐述冻结法技术在地下连通道建造过程中的应用，冻土帷幕均匀性好，加固止水效果好，施工安全可靠，能有效控制土层动融引起变形，在周边复杂地质及周边环境复杂条件采用冻结法具有可行性。

参考文献

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