前摇
摇
言
本标准根据河南省住房和城乡建设厅 2019 年第二批工程建
设标准编制计划豫建科[2019]372 号文的要求,由郑州地铁集团有
限公司、郑州大学、河南启翔冻结工程有限公司等单位编制。 编制
组经过深入调查研究,认真总结实践经验,参考国内相关标准和规
范,并在广泛征求意见的基础上,制定了本标准。
本标准主要内容包括总则,术语和符号,基本规定,勘察和试
验,冻结设计,冻结施工,盾构始发(接收)与冻结配合,施工监测,
工程质量验收,应急预案,附录,条文说明。
本标准由河南省住房和城乡建设厅负责管理,由主编单位负
责具体技术内容的解释。
在本标准执行过程中,如有意见或建议,请寄送河南启翔冻结
工程有限公司,地址:河南省郑州市金水区任砦北街 1 号联盛大厦
A 座 1103 室;电话:13938288827;邮箱:29983666@ qq. com。
主 编 单 位摇 郑州地铁集团有限公司
参 编 单 位摇 郑州大学
河南启翔冻结工程有限公司
中铁七局集团有限公司
中铁十局集团有限公司
中铁十一局集团有限公司
上海隧道工程有限公司
黄河勘测规划设计研究院有限公司
主要起草人员摇 方宏远摇 邓摇 楠摇 何摇 伟摇 张摇 超摇 李一玮
田国立摇 赵摇 晗摇 宁摇 璇摇 林佳瑞摇 杨摇 勇
段超杰摇 王保贵摇 李一玫摇 朱摇 立摇 何冲冲
郑怀宇摇 张方元摇 赵摇 阳摇 李恒杰摇 王化虎
·1·
王鹏坤摇 吴祖伟摇 常摇 珍摇 张占勇摇 宋岳欢
王金涛摇 夏占营摇 李金昌摇 张摇 翔摇 陆达鹏
韩延波摇 朱朋佳摇 王摇 鹏摇 陈振鹏摇 钱晓华
田瑞端摇 杨摇 虎摇 冀留涛摇 姚顺飞摇 周摇 鹏
聂承庆摇 叶摇 青摇 孟旭央摇 杨摇 捷摇 宋亚雄
主要审查人员摇 樊振东摇 王摇 雨摇 路建民摇 耿摇 坤摇 苗建雨
欧菊兰摇 苏琼书
·2·
目摇 摇 次
1摇 总则
1
……………………………………………………………
2摇 术语和符号
2
……………………………………………………
摇 摇 2. 1摇 术语
2
……………………………………………………
摇 摇 2. 2摇 符号
5
……………………………………………………
3摇 基本规定
8
………………………………………………………
4摇 勘察和试验
10
……………………………………………………
摇 摇 4. 1摇 一般规定
10
………………………………………………
摇 摇 4. 2摇 冻土试验
10
………………………………………………
5摇 冻结设计
12
………………………………………………………
摇 摇 5. 1摇 一般规定
12
………………………………………………
摇 摇 5. 2摇 冻结壁设计
14
……………………………………………
摇 摇 5. 3摇 冻结孔和冻结管设计
23
…………………………………
摇 摇 5. 4摇 测温孔设计
27
……………………………………………
摇 摇 5. 5摇 冻结参数设计
27
…………………………………………
摇 摇 5. 6摇 洞门保温设计
29
…………………………………………
摇 摇 5. 7摇 冷冻站设计
30
……………………………………………
摇 摇 5. 8摇 冻胀和融沉控制设计
34
…………………………………
6摇 冻结施工
35
………………………………………………………
摇 摇 6. 1摇 现场准备
35
………………………………………………
摇 摇 6. 2摇 冻结孔施工
35
……………………………………………
摇 摇 6. 3摇 冻结管安装
38
……………………………………………
摇 摇 6. 4摇 供液管安装
38
……………………………………………
·1·
摇 摇 6. 5摇 测温系统安装
39
…………………………………………
摇 摇 6. 6摇 冷冻站安装
40
……………………………………………
摇 摇 6. 7摇 冷冻站运转和积极冻结
41
………………………………
摇 摇 6. 8摇 冻结壁检测与判断
43
……………………………………
摇 摇 6. 9摇 洞门凿除
44
………………………………………………
摇 摇 6. 10摇 冻结管拔除和封堵
44
…………………………………
摇 摇 6. 11摇 冻结管的割除和封堵
45
………………………………
摇 摇 6. 12摇 冷冻站停冻与拆除
45
…………………………………
摇 摇 6. 13摇 冻胀和融沉控制
46
……………………………………
7摇 盾构始发(接收)与冻结配合
47
…………………………………
摇 摇 7. 1摇 一般规定
47
………………………………………………
摇 摇 7. 2摇 盾构接收
47
………………………………………………
摇 摇 7. 3摇 盾构始发
49
………………………………………………
摇 摇 7. 4摇 洞门空隙封堵
49
…………………………………………
8摇 施工监测
51
………………………………………………………
摇 摇 8. 1摇 一般规定
51
………………………………………………
摇 摇 8. 2摇 沉降和变形监测
51
………………………………………
摇 摇 8. 3摇 冻结加固土体监测
54
……………………………………
摇 摇 8. 4摇 冻结系统监测
54
…………………………………………
9摇 工程质量验收
56
…………………………………………………
摇 摇 9. 1摇 一般规定
56
………………………………………………
摇 摇 9. 2摇 冻结孔验收
56
……………………………………………
摇 摇 9. 3摇 孔口管验收
57
……………………………………………
摇 摇 9. 4摇 冻结器验收
58
……………………………………………
摇 摇 9. 5摇 测温系统验收
59
…………………………………………
摇 摇 9. 6摇 开始冻结前验收
60
………………………………………
摇 摇 9. 7摇 始发(接收)条件核查
61
…………………………………
摇 摇 9. 8摇 融沉注浆验收
62
…………………………………………
·2·
10摇 应急管理
64
……………………………………………………
摇 摇 10. 1摇 一般规定
64
……………………………………………
摇 摇 10. 2摇 应急措施
64
……………………………………………
摇 摇 10. 3摇 应急设备和物资
65
……………………………………
摇 摇 10. 4摇 其他应急条件
65
………………………………………
附录 A摇 洞门板块冻结壁厚度计算和校验解析法计算方法
67
…
附录 B摇 冻结孔检验批质量验收
70
…………………………………
附录 C摇 冻结器检验批质量验收
73
…………………………………
附录 D摇 测温装置检验批质量验收
74
……………………………
附录 E摇 开始冻结前检验批质量验收
75
……………………………
附录 F摇 盾构始发(接收)前检验批质量验收
76
…………………
附录 G摇 融沉注浆检验批质量验收
78
……………………………
本标准用词说明
79
…………………………………………………
引用标准名录
80
……………………………………………………
条文说明
81
…………………………………………………………
·3·
1摇 总摇 摇 则
1. 0. 1摇 为加强轨道交通工程盾构始发与接收冻结法端头加固工
程质量管理,促进技术进步,做到安全可靠、经济合理,特制定本
标准。
1. 0. 2摇 本标准适用于河南省轨道交通工程盾构机始发和接收端
头采用盐水制冷系统的冻结法加固的勘察、设计、施工、验收。
1. 0. 3摇 盾构机始发与接收采用冻结法端头加固施工应推广应用
新技术、新工艺、新设备、新材料。
1. 0. 4摇 盾构机始发与接收段加固工程采用冻结法施工,除应符合
本标准外,尚应符合国家和河南省现行有关标准。
·1·
2摇 术语和符号
2. 1摇 术摇 摇 语
2. 1. 1摇 冻结法摇 摇 freezing method
在不稳定含水地层中修建地下工程时,用人工制冷手段暂时
加固地层和隔断地下水的一种特殊施工方法。
2. 1. 2摇 盾构始发摇 摇 shield launching
盾构自始发工作井内盾构基座上开始掘进,到完成初始掘进
止,划分为洞口土体加固段掘进、初始掘进两个阶段。 本标准主要
指洞口土体加固段掘进。
2. 1. 3摇 盾构接收摇 摇 shield receiving
盾构自距接收工作井一定距离掘进、空推到盾构落到工作井
内接收基座上止,划分为到达掘进、接收两个阶段。
2. 1. 4摇 洞门摇 摇 tunnel portal
盾构始发或接收工程中为盾构掘进在围护结构中预留的洞
口,一般会在内衬结构墙上镶嵌一个直径大于盾构外径的钢圈,也
称洞门圈。
2. 1. 5摇 盐水制冷系统摇 摇 brine refrigeration system
以氯化钙水溶液为冷媒剂的间接制冷系统。
2. 1. 6摇 液氮制冷系统摇 摇 liquid nitrogen refrigeration system
以液氮灌入冻结管路气化的直接制冷冻结系统。
2. 1. 7摇 垂直冻结摇 摇 vertical frozen
在加固区地面施作垂直冻结孔并安装冻结管,对加固区进行
竖向冻结。
2. 1. 8摇 水平冻结摇 摇 horizontal frozen
在围护结构内部施作水平单圈或多圈冻结孔并安装冻结管,
·2·
对加固区进行水平冻结。
2. 1. 9摇 冻结壁摇 摇 frozen wall
用冻结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。
2. 1. 10摇 水平杯式冻结壁摇 摇 horizontal cup-shaped frozen wall
通过工作井内向地层打设水平冻结孔,洞门圈内部短、外部
长,通过冻结形成类似“玻璃杯冶 形状的冻结壁,包括杯底和杯壁。
外圈杯壁高出杯底长度大于杯底厚度的为长杯壁冻结壁;小于杯
底厚度的为短杯壁冻结壁;外圈杯壁长度与杯底厚度相同的为圆
板式冻结壁;仅有外圈杯壁部分,没有杯底的为圆筒形冻结壁。
2. 1. 11摇 冻结壁厚度摇 摇 thickness of frozen wall
冻结壁壁面上任一点与另一壁面之间的最小距离。 自然冻结
壁厚度是指自然形成的冻土厚度。 有效冻结壁厚度是指开挖面外
侧冻土厚度。
2. 1. 12摇 冻结壁等效平均温度摇 摇 equivalentmean temperature of
frozen wall
平均温度为冻结壁冻结范围内温度分布的平均值。 冻结壁的
体平均温度为冻结壁整体的平均温度;冻结壁的面平均温度是冻
结壁横截面平均温度,为指定冻结管深度位置横截面上冻结壁的
平均温度;等效平均温度为相应计算和测算时对应的平均温度
取值。
2. 1. 13摇 冻结壁交圈摇 摇 closure of freezing wall
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
的冻结器所形成的冻土圆柱按设计要求完全相交。
2. 1. 14摇 积极冻结摇 摇 active freezing
从地层冻结开始至冻结壁形成并达到设计要求。
·3·
2. 1. 15摇 维护冻结摇 摇 maintained freezing
冻结壁形成达到设计要求后,为了维持其功能要求,继续向冻
结器输送冷量,以维持冻结壁满足设计要求。
2. 1. 16摇 冷冻站摇 摇 refrigeration plant
集中安设制冷设备和设施的场所。 冷冻站主要由制冷剂(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
电配系统构成。
2. 1. 17摇 冻结孔摇 摇 freezing hole
按设计在地层中钻孔用于安装冻结管的钻孔,分为垂直孔、水
平孔、倾斜孔。
2. 1. 18摇 冻结管摇 摇 freezing tube
安装于冻结孔内,漏出冻结孔的端头安装冻结器,用于冷媒循
环,直接接触地层进行热交换。
2. 1. 19摇 冻结器摇 摇 freezing apparatus
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、回液管、与主管路
连接装置等组成。
2. 1. 20摇 孔口管摇 摇 borehole orifice pipe
洞门正常钻孔前,在钻孔位置埋设一段带有法兰的钢管,为钻
孔定位并作为安装其他装置的基础,这段钢管即为孔口管。
2. 1. 21摇 孔口防喷装置摇 摇 blowout preventer
洞门正常钻孔前,在孔口管上安装的用于防止钻孔时泥水或
砂喷涌的密封控制装置,又称孔口压紧装置、密封盒。
2. 1. 22摇 集配液圈摇 摇 distribution and collecting pipe
冷媒汇集或分配装置,一端连接到主干管,一端连接到各组冻
结器,通过阀门调节各组冻结器流量。
2. 1. 23摇 测温孔摇 摇 temperature measurement hole
布置在冻结壁及冻结降温区内用于安装温度传感器监测地层
·4·
温度分布状况的钻孔。
2. 1. 24摇 探孔摇 摇 inspection hole
用以检查土体冻结效果的检验孔。
2. 1. 25摇 测斜摇 摇 deviation measurement
检查冻结孔、测温孔、泄压孔在不同深度上的偏斜值和偏斜方
位的工作。
2. 1. 26摇 测深摇 摇 depth measurement
检查冻结孔、测温孔、泄压孔的实际深度。
2. 1. 27摇 冻结孔间距摇 摇 adjacent freeze hole spacing
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. 1. 28摇 融沉摇 摇 thawing settlement
冻土融化时的下沉现象。 包括与外荷载无关的融化沉降和与
外荷载直接有关的压密沉降。
2. 1. 29摇 冻胀摇 摇 frost heave
土在冻结过程中体积膨胀的性状。
2. 1. 30摇 端部效应摇 摇 end effect
在冻结管端头,冻土沿径向发展多,沿轴向发展少,实际冻结
管端部冻结壁只能发展成近似半圆弧形状。
2. 2摇 符摇 摇 号
A———冻结管表面积
c———盐水比热
D———洞门直径
Esj———设计冻结壁厚度
G———氯化钙用量
g———单位盐水体积固体氯化钙含量
·5·
h———冻结壁厚度
H———埋深
K———安全系数
K0———侧压力系数
k———计算安全系数
kl———抗弯折安全系数
kj———抗剪安全系数
Lz———主干管单向长度
m———冷量损失系数
mg———工况调整系数
mz———主干管长度调整系数
P———洞门中心处的水土压力之和
Ps———侧向土压力
Pt———计算点的垂直土压力
Qg———冻结管吸热能力
Qz———冷冻站制冷量
q———冻结管吸热系数
R———冻土的强度指标
R2———冻结孔布置半径
驻T———去、回路盐水温差
t———冻结时间
V1———冻结器内盐水体积
V2———干管及集配液圈内盐水体积
V3———蒸发器和盐水箱内盐水体积
Vdp———冻结壁平均单侧扩展速度
W———盐水循环总流量
茁———计算系数
酌———盐水密度
·6·
滋 ———冻土泊松比
籽———固体氯化钙纯度
滓———冻结壁应力
滓t ———冻土抗弯折强度
子C ———冻土抗剪强度
·7·
3摇 基 本 规 定
3. 0. 1摇 盾构机始发与接收冻结法端头加固应结合工程实际情况
和周围环境,通过合理筹划、精心设计、精心施工、各方协作、制定
预案措施等手段,严格控制风险,预防各类事故发生,保证工程
质量。
3. 0. 2摇 盾构机始发与接收端头加固可单独采用冻结法,亦可以与
水泥系加固配合使用,采用冻结与水泥系复合加固时,冻结加固滞
后水泥系加固不宜小于 28 天。 当工程风险较大时,应增加其他措
施,做到本质安全。
3. 0. 3摇 采用冻结法加固时,应充分考虑冻结加固与边界条件的相
互影响。 应避免降水、停电等因素对冻结的影响,应减小冻胀和融
沉对周围环境的影响。
3. 0. 4摇 采用水平冻结法加固,端头工作井建筑设计应为水平钻孔
预留位置和操作空间。
3. 0. 5摇 盾构机始发与接收采用冻结法端头加固,从设计到施工的
全过程应采用节能和环保措施;保温材料、泥浆、盐水和废弃物应
进行回收和无害化处理。
3. 0. 6摇 盾构始发与接收冻结法端头加固应委托具备相应能力的
设计单位进行专项设计,并由具备相应能力的专业施工单位进行
施工。
3. 0. 7摇 盾构始发与接收端头冻结法加固应编制技术文件。 技术
文件应包含冻结加固和冻土段盾构掘进内容,并相互协调。
3. 0. 8摇 冻结法端头加固工程应进行冻结班组和盾构班组共同技
术交底,并全程由项目经理统一管理。 冻结达到设计效果后,盾构
掘进作业时应建立盾构技术负责人和冻结技术负责人共同值班
制度。
·8·
3. 0. 9摇 冻结施工技术负责人应具备相应的技术能力和施工经验。
3. 0. 10摇 施工现场管理应具备健全的安全和质量管理体系。 施工
过程应建立技术档案。 工程竣工时应整理竣工资料并存档,竣工
资料应真实、准确、完整。
3. 0. 11摇 施工现场应具备水、电、通讯、监控、交通等条件。
·9·
4摇 勘察和试验
4. 1摇 一 般 规 定
4. 1. 1摇 冻结设计可采用已有的勘察资料。 对于不满足冻结设计
需求部分,应按现行国家标准《城市轨道交通岩土工程勘察规范》
GB 50307 中第 8. 0. 3 条第 7 款、9. 6. 1 条的规定进行施工专项勘
察,补充相应的岩土工程资料,冻结法的工法勘察内容和要求按照
第 9. 6. 4 条的规定进行。
4. 1. 2 摇
当洞门附近含水层地下水活动频繁、地下水流速超过
5 m/ d时,施工专项勘察应提供地下水流向、流速等资料。
4. 1. 3摇 施工专项勘察应对洞门附近的水源井、降水井进行调查,
查明用途、数量、方位、距离、深度、抽水层位、抽水时间、日抽水量
以及抽水影响半径等。
4. 1. 4摇 施工专项或工法勘察应查明围护结构形式,围护结构外土
体是否采用过其他加固方式,是否进行过注浆以及浆液形式和范
围;端头工作井原施工过程是否出现地层扰动或存在回填土、地下
埋藏物、胶质化学品等的类型和分布情况。
4. 2摇 冻 土 试 验
4. 2. 1摇 人工冻土物理力学性能指标宜通过冻土试验获取资料。
冻土的物理力学特性指标应按照《人工冻土物理力学性能试验》
MT/ T 593. 1 ~ 8 的规定测定,试验项目和试验内容可按表 4. 2. 1
确定。
·10·
表 4. 2. 1摇 冻土物理力学特性试验一览表
序号
试验项目
实验内容
1
单轴抗压强度试验
-15 ~ -5 益 选 3 种不同温度(应包含
-10 益 )
2
三轴剪切强度试验
-15 ~ -5 益 选 3 种不同温度(应包含
-10 益 )
3
抗弯折试验
-15 ~ -5 益 选 3 种不同温度(应包含
-10 益 )
4
冻胀试验
-15 ~ -5 益 选 3 种不同温度(应包含
-10 益 )
5
单轴蠕变试验
-15 ~ -5 益 选 3 种不同温度(应包含
-10 益 )
6
三轴蠕变试验
-15 ~ -5 益 选 3 种不同温度(应包含
-10 益 )
4. 2. 2摇 特殊地区需对地下水进行化验,提供地下水含盐量、结冰
温度等指标。
4. 2. 3摇 对未进行冻土试验的项目应采用可靠的工程类比方法对
冻结法设计的安全性进行评估,类比对象应有相似性,应详细说明
土的类别和一般物理参数的差异。
·11·
5摇 冻 结 设 计
5. 1摇 一 般 规 定
5. 1. 1摇 冻结加固中冻结壁形式的选择、冻结孔布置和冻结参数应
根据工程特征及水文地质条件、盾构始发(接收)工艺、盾构机外形
参数、工作井结构、周边环境等确定。
5. 1. 2摇 冻结加固形式可采用水平冻结或垂直冻结,或采用两种方
式组合,或根据工程特点设计更有针对性的冻结加固形式。 端头
加固如采用复合加固方式或配合其他安全措施使用,应在设计时
一并考虑。 冻结设计应考虑其他措施对冻结的影响。
5. 1. 3摇 在满足冻结壁强度、变形和构造要求的前提下,宜减小冻
结壁体积。
5. 1. 4摇 端头加固冻结设计应包含以下内容:
1摇
冻结壁设计应包括冻结壁形式方案比选、厚度、承载力和
变形计算、预估发展速度、等效平均温度、冻土强度等;
2摇 冻结孔、测温孔的布置;
3摇 冻结制冷系统技术要求;