冻结造孔施工技术要点

代婧瑜 李 林

(1.中国建筑西南勘察设计研究院有限公司重庆分公司，重庆 400000;2.天地科技股份有限公司建井研究院，北京 100013)

人工冻结法是利用冷媒传递冷量给地层使含水地层降温冻结，依靠冻土的强度达到承受地压和防止涌水的目的，使开挖和衬砌工作处于冻土保护之下安全进行［1，2］。人工冻结法作为地下工程处理地下水的主要方法［3］近年来在越江隧道盾构进出洞［4］、城市地铁旁通道［5，6］、矿山竖斜井穿越富水地层等工程中被广泛应用，冻结造孔是人工冻结法的关键工序，是关系到冻结壁发展速度、人工冻结法整体工期的主要部分。其工期约占人工冻结法总工期的20%～30%。冻结造孔能否优质、按期完成直接影响到整个冻结工程的成败，直接制约着地下工程的早日投产运营。

人工冻结法的冻结造孔主要包括进场准备、冻结造孔工程构筑物施工、冻结造孔设备进场安装、冻结孔钻进、终孔复压复测、钻机撤场等几个组成部分。下面结合施工经验对各部分的主要环节及注意事项分别说明:

1)进场准备。因前期人员配置较少，事务较多，冻结造孔的进场准备常得不到足够的重视，为日后的顺利生产埋下了隐患。进场准备主要包括水电和场地四个方面。

关于水，要确定前期灰土盘施工用水及造孔用水水量是否能够满足，对甲方所提供水的水质存在质疑时，应通知监理并进行见证取样送检，落实施工人员的生活用水水源，保证其水质符合现行国家标准GB 5749生活饮用水卫生标准。

关于电，如在招标文件中甲方提供生产用电，要依据相关招标文件核实甲方电力提供情况，具体包括送电时间，电压及功率，上一级变电所各类过载超载保护的整定值。依据实际情况确定冻结法施工单位所配备变压设备是否满足生产要求，并保留必要的余量，确保生产。

对于场，要求甲方提供详实可靠的场地平面图、高程图。办理相关高程控制点及坐标控制点的技术交底手续，并由专业测量人员对移交点位进行复测。

2)冻结造孔工程构筑物施工。冻结造孔工程构筑物主要包括灰土盘、泥浆池、泥浆泵基础设计及施工。设计前需切实了解井口土层原始地质状况，确定是否为回填土，是否为超固结土或欠固结土。

灰土盘作为钻机的工作平台，是冻结造孔工程构筑物的主要组成部分。确定灰土盘标高，对场地进行精平。在各冻结孔、水文孔中心处打桩(见图1)。依设计图进行模板支设。

混凝土浇筑宜优先采用商品混凝土，以保证混凝土强度和均匀性，提高施工速度。混凝土型号应依设计确定，但不宜低于C20。浇筑前2 h～3 h复核模板尺寸，并对地基土洒水润湿。准备移动接线辊，确保电线长度满足施工要求。检查振动棒工作情况并试运转。因灰土盘厚度多大于30 cm，宜采用插入式振动棒。浇筑时如面积过大宜结合伸缩缝位置分段施工，并做好施工缝处理。泥浆沟槽及泥浆池抹面砂浆宜采用1∶2.5水泥砂浆，掺水泥重量的3% ～5%的防水粉或108胶。水灰比0.6～0.65。抹面砂浆厚度5 mm～10 mm。砂浆应随拌随用。时间不超过60 min。泥浆置换池外围20 cm宜设置高度不小于10 cm的防水围堰或土坎。以防雨水对泥浆池后原状土造成冲刷，致使泥浆池开裂下沉。冻结造孔工程构筑物整体见图2。

图1 灰土盘砖模施工

图2 冻结造孔工程构筑物

3)冻结造孔设备进场安装。确定各钻机施工进度计划，确定各钻机安装位置及泥浆沟槽使用情况。采用汽车吊时，应有专职信号工和安全员。

4)冻结孔钻进。开钻前要对钻机及泥浆泵进行试运转。各运转部件要有必要的保护罩及安全网。

特殊工种作业人员须持有在有效期内的相应操作证。对全体人员进行安全技术交底。在开钻后应提前组织人员进行地面打压试验。打压试验至少应包括底锥与冻结管焊接、不同规格冻结管对焊，冻结管与焖板焊接。并提前通知监理，在试验合格后及时填写地面打压记录并报审。

钻进过程中，对砂及砂岩，应加大泥浆稠度，以提高泥浆夹砂量［7］。对泥岩，应提高泵压，适当降低钻速，以防包裹钻头。对砾岩，应采用牙轮钻头钻进，并通过减小钻压、适当提高泥浆泵排量等措施加快钻进速度，保证钻进质量。图3为当前世界冻结深度最深(冻结深度956 m)的甘肃核桃峪煤矿副立井冻结工程六台“水—2000”型钻机同时进行冻结孔钻进。

当冻结孔钻进临近设计深度时，要提前准备终孔资料。主要包括四项内容:终孔测斜原始记录及复印件、泥浆置换记录、配管下管记录、终孔复压记录表。相应在终孔测斜、泥浆置换、下管、打压稳压环节应提前通知监理到场。钻孔达到设计深度后，宜多钻0.5 m～1 m作为沉砂段。各钻机首个冻结孔复压完成后，应组织经理、技术负责人、机长交流总结地层特点。对地质柱状图中所描述岩石性状和埋深与实际开钻后地层情况不符的，要汇总其他钻机在该层位的实际情况进行判断。水文孔钻进宜安排在打钻的最后阶段，所有冻结孔，测温孔施工均完成后进行。

图3 核桃峪副井冻结工程冻结孔钻进

5)终孔复压复测。宜先测斜后测压，测压后应将管口封好，以防泥浆进入管内。终孔复测时要做好记录，测斜后应将管口用焖板焊牢。

6)钻机撤场。注意拆除安全，拆除时要划出安全区域，禁止无关人员进入。拆除钻架多与复压复测，下放供液管交叉作业，要互相协调配合，预防安全事故。拆除钻机前应先切断电源并拆除所有电缆，以防在拆除工程中发生触电事故或损坏电缆。

冻结造孔工程涉及三通一平、构筑物施工、设备迁移安装、冻结造孔、设备拆除多个工序，工期时间短，钻孔偏斜率要求高，使得冻结造孔直接影响人工冻结法的成本和工期，始终位于人工冻结法的关键路线。通过上述分析，并结合多年施工经验，对冻结造孔过程中各关键工序施工技术要点进行了系统全面的总结。为进一步加快冻结造孔安全高效施工应用提供了有益参考。

［1］王梦恕.厦门海底隧道设计、施工、运营安全风险分析［J］.施工技术，2005(S1):1.

［2］中国矿业学院.特殊凿井［M］.北京:煤炭工业出版社，1981.

［3］张希黔.我国地下工程施工新技术综述［J］.施工技术，2006，35(7):12.

［4］杨永新.大直径盾构出洞冻结法技术研究［J］.施工技术，2006，35(11):67.

［5］涂 川.地铁冻结法施工地表融沉位移影响研究［D］.西安:西安理工大学，2010.

［6］朱桂荣，赵根全.上体场穿越段工程的安全施工［J］.施工技术，2006，35(2):65.

［7］胡宝铜.胡家河矿副立井井筒冻结法施工技术研究［J］.陕西煤炭，2010(4):40.