旁通道冻结法技术规程

上海市工程建设规范15776535735121上海市工程建设规范旁通道冻结法技术规范TechnicalcodeforcrosspassageFreezingmethodDG/TJ08-902-2006J10851-2006主编单位：上海申通轨道交通研究咨询有限公司批准部门：上海市建设和交通委员会施行日期：2006年10月1日2006年上海上海市工程建设规范157765357351221.总则1.0.1为了贯彻执行工程建设的方针，政策，推广应用在设计，施工中的各项行之有效的科研成果和经验，保证地铁建设工程冻结法施工质量，促进技术进步，做到经济合理，安全可靠，特指定本规程。1.0.2本规程适用于上海地铁建设中圆隧道旁通道应用盐水制冷系统的冻结法技术的工程勘察，地层冻结设计，冻结壁形成及其检测，冻结孔施工与冻结管质量，冷冻站制冷系统，掘砌及监控德望能够方面。在设计及施工时，应严格执行本规程的规定。1.0.3在旁通道地层冻结设计和掘砌施工中，应因地制宜，因时制宜，合理设计，精心施工，严格监控，。在地层冻结设计时，应综合考虑工程特征，周边环境和工程地质条件及水位地质条件，选择合理的冻结壁结构和冻结工艺。在旁通道掘砌施工中应做到地层冻结与掘砌的协调配合，确保施工安全。1.0.4采用冻结法施工的盾构进出洞加固，建筑基坑维护，隧道地基土加固和其他隧道旁通道施工等工程，可根据工程的特性和工程地质及水文地质条件，参考应用本规程。1.0.5采用冻结法施工的旁通道工程，除应符合本规程的规定外，还应符合国家和本市现行的有关标准，规范和规程。上海市工程建设规范157765357351232术语2.0.1冻结法groundfreezingmethod在施工地下构筑物之前，用人工制冷的方法，将构筑物周围含水地层进行冻结，形成具有临时承载和隔水作用并满足工程施工安全需要的冻结壁，然后在冻结壁的保护下进行构筑物掘砌作业的一种施工工法。2.0.2盐水制冷系统brinerefrigerationsystem以氯化钙等盐溶液为冷媒剂的间接制冷系统。采用盐水制冷系统的冻结法施工技术简称盐水冻结。2.0.3表土层soillayer覆盖于基岩露头之上的第三纪，第四纪地层。冻结法一般用于含水表土层的加固。2.0.4冻土圆柱frozensoilcolumn冻结器与周围含水地层发生热交换并使周围含水地层冻结所形成的近似圆柱的冻土柱。2.0.5冻结壁frozensoilwall用制冷技术在构筑物周围地层所形成的具有一定厚度和强度的连续冻结岩土体，又称冻土帷幕或冻土墙。冻结壁由两两相交的冻土圆柱组成，相邻冻土圆柱的交界面称冻结壁界面。2.0.6冻结壁厚度frozensoilwallthickness冻结壁壁面上任一点与另一壁面之间的最短距离。冻结壁厚度上海市工程建设规范15776535735124设计值在一般指在拟建构筑物开挖面外侧冻结壁所要达到的最小厚度。2.0.7冻结壁平均温度averagetemperatureoffrozensoilwall冻结壁任一截面温度分布的平均值。冻结壁平均温度设计值一般指拟建构筑物开挖面外围冻结壁界面处所要达到的平均温度。2.0.8冻结壁交圈时间frozensoilwallclosingtime从地层冻结开始至构筑物周围主要冻结器布置圈上所有相邻的冻结器多形成的冻土圆柱按设计要求完全相交所需要的时间。2.0.9冻结壁形成期formableperiodoffrozensoilwall从地层冻结开始至冻结壁形成达到设计要求所需的时间，也称积极冻结期。2.0.10冻结壁维护期maintainableperiodoffrozensoilwall冻结壁形成达到设计要求后，为了保证构筑物掘砌过程中的安全，继续向冻结器输送冷量，以维持冻结壁满足设计要求的一段期间。也称维护冻结期。2.0.11人工冻土artificialfrozenground用人工制冷技术使含水地层降温冻结所形成的冻土。2.0.12冻结站refrigerationplant在拟建构筑物附近集中安设制冷设备和设施的场所。冻结站主要有制冷剂（氟利昂等）循环系统，冷媒（盐水等）循环系统，冷却水循环系统及供电系统。上海市工程建设规范157765357351252.0.13冻结孔freezehole按设计要求布置在构筑物周围用于安装冻结器的钻孔，有垂直孔，水平孔，倾斜孔之分。冻结孔有时也泛指冻结器。冻结孔一般沿围绕构筑物的环线布置，该环线称冻结孔布置圈。2.0.14冻结器freezingapparatus安设在冻结孔内，用以循环冷媒剂并与地层进行热交换的装置。冻结器由冻结管和置于冻结管内的供液管等组成，冻结管要求导热性好，不渗漏，一般采用无缝钢管。2.0.15泄压孔pressurereleasehole用来观测和释放土层水压力的孔（管）。可以通过观测冻结壁围护结构内泄压孔水压变化来判断冻结壁是否交圈，通过泄压孔泄水，排泥来缓减土层冻胀对周围环境的影响。2.0.16温度观测孔temperaturemeasurementhole布置在冻结壁及冻结降温区内，用于安装温度传感器监测不同时期地层温度分布情况的钻孔。测温数据用来计算冻结壁扩展速度，冻结壁厚度和冻结壁平均温度等冻结壁形成特性参数。2.0.17冻结孔间距aspacebetweentwoadjacentfreezeholes相邻两冻结孔之间的距离。冻结孔不同深度处的冻结孔间距一般也是不同的。相邻冻结孔孔口之间的距离称冻结孔开孔间距。实际施工完成的冻结孔间距称冻结孔成孔间距。2.0.18测斜deviationalmeasurement检查冻结孔，温度检测孔，水位观测孔在不同深度上的偏斜上海市工程建设规范15776535735126值和偏斜方位的工作。测斜应在钻进施工中进行，并于成孔后再进行最终测量。2.0.19掘进步距（段长）drivagestepsize掘砌施工过程中，每个开挖与支护循环作业的掘进长度。2.0.20冻土压力frozengroundpressure冻结壁作用于支护上的法向压力的统称，亦称冻结压力。冻结压力为临时荷载。2.0.21旁通道bypass地铁隧道旁用于联络两条地铁隧道或安设隧道泵站的短隧道和硐室。旁通道一般有水平通道，集水井和水平通道与地铁隧道连接的喇叭口三部分组成。3基础资料3.1勘察资料3.1.1周围地面环境及地下管线资料。主要应包括周边地面及地下的建筑物结构，设备，管线特征及其与拟建旁通道的位置关系，建筑物，设备和管线等特殊保护要求等。3.1.2勘察孔地质柱状图及相关描述。应包括勘察孔位置，深度，勘上海市工程建设规范15776535735127察孔主要施工工艺及主要施工过程，勘察孔全深范围内的土层分布图，土层名称，层顶标高，层厚，取样点位置，土体性状，包含物及物理特征等。勘察孔深度应不小于旁通道结构埋深的2.3倍。3.1.3含水层及地下水活动特征。应包括含水层埋深，厚度，渗透系数，地下水水位及其变化幅度，以及含水层与地表水体的水力联系等。当旁通道附近含水层地下水活动频繁，地下水流速有可能超过5m/d时，还应提供该含水层的地下水流向，流速等资料。3.1.4土层的常规物理力学特征指标。主要包括土层的密度，含水量，塑性指标，颗粒组成，内摩擦角和粘结力，膨胀量和承载力等。3.2冻土试验资料3.2.1土层的热物理特性指标。主要应包括原始地温，结冰温度，导热系数，比热和冻胀率等。3.2.2冻土的物理力学特性指标。主要包括抗压强度，剪切强度，抗折强度，蠕变参数和融沉率等。3.3其他资料3.3.1旁通道结构施工图。3.3.2其他与旁通道冻结法设计，施工有关资料。如：拟建旁通道附近隧道施工的有关情况，隧道内及端头井附近的交通及场地条件，地上海市工程建设规范15776535735128区气象资料等。4地层冻结设计4.1一般规定4.1.1地层冻结加固应在设计的时间内保证土方开挖和结构施工的安全，并使周围环境和建筑物不受损害。4.1.2冻结壁宜作为临时承载结构。当要求承载时间较长时，宜设立初期支护形成复合承载体系。4.1.3地层冻结设计应包括以下内容。1.冻结壁结构方案比较与选择。2.冻结壁的承载力和变形验算（1类冻结壁除外）。3.冻结孔布置图。4.冻结壁形成验算。5.冻结制冷系统设计。6.对冻结壁的监测与保护要求。7.可能对周围环境和建筑物产生影响的分析。8.对周围环境和建筑物的影响监测与保护要求。4.1.4在地层冻结区域内有以下情况时，设计中应进行深入分析并采取针对性措施：1.地下水流速大于5m/d，有集中水流或地下水水位有明显（≥上海市工程建设规范157765357351292m/d）波动；2.土层结冰温度低于－2ºC或有地下热源可能影响土体冻结；3.土层含水量低可能影响土体冻结强度；4.用其他施工方法扰动过的地层；5.有其他可能影响地层冻结或地层冻结可能严重影响周围环境的情况。4.1.5当冻结壁表面直接与大气接触，或通过导热物体与大气产生热交换时，应在冻结壁或导热物体表面采取保温措施。4.1.6在冻结壁形成期间，冻结壁内或冻结壁外200m区域内的透水砂层中不宜采取降水措施。必须降水施工时，冻结设计应充分考虑降水产生的不利影响。4.1.7冻结壁的荷载计算1.冻结壁的荷载应包括下列各项。（1）土压力（2）水压力（3）土方开挖影响范围以内地面建筑物荷载，地面超载及其他临时荷载。2.土压力和水压力对砂性土宜按水土分算的原则计算：对粘性土宜按水土合算的原则计算，也可按经验公式计算。3.垂直土压力按计算点以上覆土重量及地面建筑物荷载，地面超载计算；侧向土压力按主动土压力计算，可采用郎肯土压力理论计算；基底土反力可按主动土压力计算，也可按上海市工程建设规范157765357351210静力平衡计算。4.侧向土压力计算的经验公式为Ps=KPt公式中Ps―――为侧向土压力，kpaPt―――为计算点的垂直土压力，kpaK―――为侧压系数，一般取K=0.74.2冻结壁设计4.2.1冻结壁结构形式选择1.冻结壁按其功能与要求分为三类，间表4.2.1。应根据冻结壁功能要求分类选择不同形式和安全性能的冻结壁结构。表4.2.1冻结壁功能分类表类别功能与要求说明Ⅰ仅用于止水而无承载要求如岩石裂隙和混凝土界面缝隙止水Ⅱ仅用于承载而无止水要求如不透水粘性土层的加固Ⅲ既要求承载又要求止水如含水砂土层的加固与止水2.冻结壁结构形式选择原则（1）冻结壁宜按受压结构设计。（2）在含水砂性土层中应采用密封的冻结壁结构形式。（3）冻结壁的几何形状宜与拟建地下结构的轮廓接近，并易于冻结孔布置上海市工程建设规范157765357351211（4）冻结壁结构形式选择应有利于控制土层冻胀与融沉对周围环境的影响（5）对冻结壁有严格变形控制要求时，可采用“冻实”的冻结壁形式3.旁通道的通道部分可采用直墙圆拱冻结壁，集水井可采取满堂加固或采用“V”字形冻结壁。4.开挖后冻结壁应设初期支护或内支撑，但冻结壁承载力设计仍按承受全部荷载计算。4.2.2冻结设计基础参数确定1.冻结壁平均度温冻结壁平均温度应根据冻结壁承受荷载大小（或开挖深度），冻胀融沉可能对环境造成的影响及工艺合理性确定，在一般情况下可按表4.2.2－1选取。冻结壁承受荷载大，安全要求高的工程宜取较低的冻结壁平均温度。表4.2.2－1冻结壁平均温度设计参考值开挖深度Hjm1212～3030冻结壁平均温度Tp°C－6～－8－8～－10≤－102.盐水温度与盐水流量上海市工程建设规范157765357351212（1）盐水温度与盐水流量应满足在设计的时间内使冻结壁厚度和平均温度达到设计值的要求。（2）最低盐水温度确定应根据设计冻结壁平均温度，地层环境及气候条件确定，在一般情况下可按表4.2.2－2选取。设计冻结壁平均温度低，地温高，气温低时宜取较低的盐水温度。冻结壁平均温度Tp°C－6～－8－8～－10≤－10最低盐水温度Ty°C－26～－28－28～－30－30～－32（3）按下列要求控制盐水温度：积极冻结7天盐水降至－18°C