冻结法在水利工程施工中的应用

　　冻结法施工是一种水利施工技术，本文以云南省玉溪市星云湖、抚仙湖出流改道工程为例，研究了冻结法施工技术的具体应用。

　　《水利信息化》(双月刊)创刊于1983年，由水利部南京水利水文自动化研究所主办。杂志以服务水利行业信息化建设为宗旨，紧紧围绕水利信息化建设的主要任务，权威发布水利信息化建设政策、法规和标准，及时介绍水利信息化建设的经验和成果。

　　国家级重点工程--云南省玉溪市星云湖、抚仙湖出流改道工程K11+002.265～K11+120.265段因出现了严重的涌水涌砂而导致工程停工。在历经一年多时间、先后采用过注浆法、高压旋喷法、顶管法、降水法等多种工法均无果的情况下，最终选择冻结法施工并获得圆满成功。本文通过总结工程特点难点、冻结技术设计和与立井冻结区别的分析，为今后深埋进水平硐室或斜井的多排垂直孔冻结方案设计提供借鉴。

　　1 工程概况

　　1.1 工程概况

　　星云湖、抚仙湖是云南九大高原湖泊中的两个姊妹湖，地处云南省中部，居滇中湖盆中心，跨澄江、江川、华宁三县，西北距昆明市69 Km。星云湖、抚仙湖出流改道工程是经国务院批准并纳入国家发改委2005年度基本建设项目计划内的国家级重点水利建设工程，采用明渠和暗渠两种施工形式并举施工的一条隧道，全长25.8km，饮水工程段长12.8km，其中引水工程部分位于云南省玉溪市江川县九溪镇境内，是整个工程施工难度最大的部分。该隧洞设计开挖尺寸为高3.6m、宽3.3m、长120m的城门洞形断面，为一穿山隧洞，上覆土层厚50m～60m，隧洞设计底板高程1705.21m～1703.32m。2005年11月九溪段隧道施工至K11+02.265和K11+120.265两处位置时均出现严重的涌水涌砂现象，其中K11+02.265端涌砂量在700m3左右，K11+120.265端涌砂量在4000m3以上，造成该段地表塌陷和沉降，原施工好的隧洞部分垮裂。问题出现后，先后采用了注浆封堵法、高压旋喷法、顶管法、降水法等工法进行施工均未能取得成功，工程被迫停工至2006年底。经建设单位多方考察和研究，最终选择采用针对该工程地质特征最为有效的冻结法进行施工。

　　1.2 工程地质概况及难点

　　1.2.1 工程地质概况

　　工程所在位置的地层主要为上第三系(N)粉砂岩夹粉砂质泥岩、炭质粉砂质泥岩，炭质似成层褐煤，多为互层，单层厚 1～2.0m，呈半成岩状。可掰碎，也可捏成砂粒状。泥岩泡水似土状，干时坚硬。上覆岩体厚50m～60m，岩体完整性系数0.08～0.21，破碎，定为Ⅴ类围岩。岩层孔内注水试验渗透系数k=2.8×10-5cm/s，隧洞水流方向为从东往西，地下水位高程1718.0m～1751.0m。隧洞底高程1703m左右，但随着地形下降和两侧冲沟切割，地下水位随之下降。泥岩、粉砂质泥岩、含炭质泥岩为相对隔水层。

　　1.2.2 工程难点

　　⑴地层已严重挠动：冻结区段已完成大量勘探孔、超前固结灌浆孔、高压旋喷和管棚施工段。

　　⑵鉴于冻结段区域内涌砂量过多、施工场地小、甲方提供的冻结站位置离冻结区域很近，冻结施工过程有地面不均匀沉降的隐患。

　　⑶水文勘探孔施工时自管口21m以下不返水。

　　⑷K11+006.5(1#孔)水文勘探孔测量结果是：冻结顶板附近地下水流速高达7m/d，冻结范围内超过5m/d的有3个测点，孔底(弱风化泥岩)相对流速较小;水流方向以50m为界方向改变。2#孔(K11+100m)水流速度很小，方向稳定。这表明K11+02.265m端地下水流速较大、水力联系极为复杂。

　　2 冻结技术设计

　　2.2 冻结方式

　　因为加固区域长度近120米，为有效节约制冷量，采取分期、分段冻结方式，第一期冻结区域为靠两端封堵墙侧30米，第二期冻结区为中部60米。

　　2.3 冻结制冷设备选型

　　根据冻结最大需冷量及现场施工工况，冻结站采用双级压缩制冷，低压机选用HJLG25ⅢTA250螺杆压缩机2台、高压机选用HLG20ⅢDA185螺杆压缩机2台。其总工况制冷量可达到11.2×105Kcal/h。

　　3 冻结施工

　　3.1 冻结钻孔施工

　　3.1.1钻

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