第一篇：冻结施工在地铁中的应用
土体冻结加固技术在地铁施工中的应用
闫 磊
关键词：在地下工程施工中，面对软土和含水率高的土质，土体冻结加固技术作为一种封水性好、强度高、复原性好的环保型施工技术在工程中的应用逐渐增加，特别是在煤矿矿井建设中大量应用。目前，在地铁施工领域也大量应用了冻结加固技术。
摘 要：冻结技术 地铁施工 应用
一 技术现状
地层冻结加固技术是一种封水性好、强度高、复原性好的环保型施工技术，在我国矿山凿井领域得到广泛应用。近几年也因为其加固效果好、对地面影响小被城市地下工程广泛接受。随着冻结技术工艺的改进，地层冻结工法在地下工程中逐渐显现竞争力，是解决城市水资源浪费、环境污染和交通干扰的一种新技术，它将对城市地下工程设计和施工带来进步。
盾构法施工已经成为地铁隧道施工的主要工法，盾构法适合长距离、单一断面结构的隧道施工，对地面交通和环境影响小。但盾构法也离不开其他工法的辅助。例如盾构进出洞的工作井、区间联络通道等都需要研究配套的辅助工法施工。
上海地铁2号线的4个旁通道均采用地层水平冻结和暗挖施工，解决了重要建筑物、交通要道和黄浦江下连通道暗挖施工的技术难题。2001年广州地铁纪越区间隧道采用水平冻结施工通过断层带，冻结长度61ｍ也相继成功。目前正在建设中的上海地铁2 号线西延伸段，绝大多数的旁通道地层加固均采用冻结法。地层冻结加固技术为我国的城市隧道施工开创了新的途径。下面分析一下地层冻结应用的技术形式。
二 地层冻结的几种运用形式
2.1工作井垂直孔冻结
垂直孔冻结在矿山竖井施工中是相当成熟的特殊施工技术，既能适合松软流动表土的封水和加固，又能用于风化含水岩层的封水，国内最深的表土冻结深度达到383ｍ。垂直孔地层冻结施工可移植到城市工作竖井施工中，该技术在日本和西欧等发达国家的市政工程应用得较为广泛。其特点是加固强度高，能适应各种复杂的和大直径的竖井或深基坑维护，占用场地小，而且能恢复地层结构。图1是日本某工程的盾构工作井的冻结施工，采用垂直孔冻结施工工作井。在中粉细砂等流动较多地层中，降水、注浆的难度大，采用冻结法较为可靠。工作井采用垂直孔冻结值得推广应用。
图1 日本东京某供水隧道工作井、盾构进出洞垂直孔及水平孔冻结加固
2.2 重要地段和建筑下的水平孔冻结
由于城市交通的繁忙，建筑的拥挤，在地面对隧道采用垂直孔冻结行不通，为此需要在隧道内沿隧道纵向在隧道四周布设近似水平的冻结器。例如1998年在北京地铁“复八线”国贸桥下开展了暗挖隧道水平孔冻结施工技术研究，解决了国贸桥下南隧道拱顶粉细砂层冒顶的技术难题，有效保护了地面国贸立交桥的安全，在隧道一端一次冻结水平长度45ｍ，见照片1和图2。
照片1 北京地铁“复八线”国贸桥下隧道拱顶水平冻结
图2 北京地铁“复八线”国贸桥下隧道拱顶水平冻结 图3是瑞士苏黎世在建筑群下施工隧道，覆盖土层厚度小至6ｍ，在拱顶采用分段的地层冻结加固，确保了在隧道施工期间地面建筑的安全。
图3瑞士苏黎世Ｍｉｌｃｈｂｕｃｋ隧道在建筑群区下隧道拱顶冻结加固
2.3 隧道内的局部冻结施工
目前在地下水位较高的地区，有些隧道设计在地下水的水位。暗挖隧道主要涉及滞水和潜水的处理。对于这种条件，可以先对隧道的上半部分采取普通法施工，利用上半部分隧道的空间对下部采取分段分期局部冻结，多工作面施工。具体工法示意图见图4。
图4 隧道内局部冻结示意图
2.4 车站暗作冻土帷幕施工
在我国，该技术主要应用在北京的一些地铁车站施工，例如在王府井车站。在导洞内施工冻结帷幕墙，利用地表下的粘土隔水层，形成封闭隔水机构，在高强度的冻土结构保护下，进行大跨度的地下车站暗挖施工(图5)。在类似的浅表地层中含有多层隔水层的地区，通过技术创新，可充分发挥冻结法施工自身优势来提高施工技术经济效益。2.5 地下环境的保护
一些辅助工法如注浆和地下连续墙等，在城市地下工事的建设中往往会改变了原始地层和水力分布体系，对环境和水资源造成不利影响，例如造成河断流、泉断涌、区域地层不均匀沉降问题等。由于冻结地层具有复原性能，如在特定地段，采用冻土帷幕，能确保工程施工后地层的恢复，有效保护地下环境。图6是德国Ｄｕｉｓｂｅｒｇ市地铁隧道施工采用地层冻结来保护地层生态环境的施工示意图。
图5 车站导洞暗作冻土帷幕施工方案示意图
图6 冻土和连续墙结合确保地层水流通道示意图
三 在上海盾构隧道施工中的应用实例
盾构法施工隧道能减少对地面干扰，保护水资源，是城市隧道施工主体工法之一。但在盾构进出洞时，往往需要特殊的洞口加固，这是因为进出洞处地层受力复杂、扰动大，此时在盾构的进出洞处5～10ｍ范围内采用冻结加固是适宜的，根据具体条件，既可以采取地面垂直孔冻结（上海轨道交通2号线西延伸段与既有线在中山公园连接，此处的盾构进出洞土体加固即采用了冻结法），又可采取在工作井内的水平冻结，见图1。
盾构隧道施工适合长距离施工。通常在隧道之间设置各种用途的联络通道，由于工程量小，只能采取非盾构方式施工。因此从盾构隧道的系统性来考虑，地层冻结是不可缺少的辅助工法。图7是在上海地铁2号线，在隧道内进行地层冻结加固和暗挖施工。这里举出上海轨道交通2号线西延伸工程V标区间隧道旁通道施工的实例进行说明。
图7 上海地铁2号线旁通道冻结施工布置图
3.1 工程概况
间隧道旁通道位于隧道下行线里程XK4+288.933处，上行线里程SK4+288.892处，旁通道及泵站采取合并建造模式，其结构底部埋深约22.6m。其结构由与隧道管片相接的喇叭口、直墙圆弧拱结构的水平通道及中部矩形集水井三个部分组成。
旁通道所处地层均为第④层灰色淤泥质粘土。该土层具有高压缩性、低强度、灵敏度高、透水性强等特点，在动力作用下易产生流变现象，土体内聚力小、承载力低，无法自稳。考虑地面为道路车流量大，无施工场地。而冻结法加固可以在隧道内钻水平冻结孔进行土体加固，且用冻结法加固土体具有强度高，封水性好，安全可靠。因此决定，采用冻结法在隧道内进行土体加固。3.2 冻结施工 3.2.1 冻结孔施工
根据上海市旁通道冻结孔施工的成功经验，用金刚石取芯钻开孔，跟管钻进法下冻结管。冻结孔开孔前，在布孔范围内打小孔径探孔，探测地层稳定情况。如发现有严重漏水冒泥现象，先进行水泥—水玻璃双液壁后注浆，以提高孔口附近地层稳定性，然后再钻进冻结孔。每个钻孔都设有孔口管，并安装钻孔密封装置，以防钻进时大量出泥、出水。
针对施工冻结孔时容易产生涌砂涌水现象，应当采用强力水平钻机，尽量实现无泥浆钻进。如发现钻孔泥水流失，及时进行补浆。钻进过程中，应当避开管片的钢筋，不损坏管片结构强度。3.2.2 冻结加固
在施工中冻结过程分为积极冻结和维护冻结两个阶段，积极冻结指开挖前对土体进行强力冻结加固的阶段；维护冻结指在开挖过程中对冻土帷幕进行维护的阶段，以保证施工安全。
在冻结设备安装完毕后应进行调试和试运转。检测盐水温度、测温孔温度和冻土帷幕扩展情况，必要时调整冻结系统运行参数。冻结系统运转正常后进入积极冻结。在积极冻结过程中，要根据实测温度资料判断冻土帷幕是否交圈和达到设计厚度，同时要监测冻土帷幕与隧道的胶结情况，测温判断冻土帷幕交圈并达到设计厚度且与隧道完全胶结后再进行探孔试挖，确认冻土帷幕内土层基本无压力后再进行正式开挖。
由于混凝土和钢管片相对于土层要容易散热得多，会影响隧道管片附近土层的冻结速度，从而影响冻土帷幕的整体稳定性和封水性。特别是要保证旁通道喇叭口部位冻土帷幕的厚度和强度及与管片的完全胶结，在冻结孔施工端喇叭口部位布置三排孔加强冻结,在对侧隧道布置冷冻板。所有的钢管片的格栅要用砼充填密实，同时管片外面采用PEF板隔热保温，以减少冷量损失，在冻土墙与管片胶结处放置测温点，以加强对冻土墙与管片胶结状况的检测。3.3 开挖
经探孔确认可以进行正式开挖后，打开钢管片，然后采用矿山法进行暗挖施工。根据工程结构特点，旁通道开挖掘进采取分区分层方式进行，其施工顺序如图8所示。
图8旁通道开挖顺序图
由于土体采用冻结法加固，冻土强度较高，冻结帷幕承载能力大，因而开挖时（除喇叭口处侧墙和拱顶外）可以采用全断面一次开挖，开挖步距为0.3m～0.5m，通道、集水井开挖步距为0.5m。两端喇叭口处断面较大，为减轻开挖对隧道变形的影响，开挖步距控制为0.3m。3.4 冻结效果
冻结41天后进行开挖，由于冻结管布置合理，形成的冻结帷幕将整个施工区域全部包括。在开挖过程中，由于冻结帷幕的保护，施工能够安全的进行。根据土体开挖过程中的实际观测，在距冻结管2.3米处，土体即成胶状，温度4~6℃，自立性很好。在距冻结管1~1.5米处，土体温度即可达到零下，强度很高，需要用风枪开凿。
四 应用前景分析
每一种工法都有其技术优势和局限。地层冻结法也不例外。推广地层冻结施工不仅需要结合具体条件，而且还应有创造性地开发和利用。
4.1 适应性
将地层冻结作为浅埋暗挖施工的辅助工法，和管棚、小导管注浆等其他配套技术相比，它的优点是施工安全，工期可靠、适应性强,加固强度高、封水性能好,地表的位移小。不足之处是需要扩大面，准备期较长，价格相对较高。
盾构法施工也是地铁区间隧道施工的发展趋势。大规模的盾构施工不但不会削弱地层冻结技术应用优势，相反为地层冻结创造更多机会。因为盾构的进出洞以及区间隧道之间的联络通道是地层冻结的用武之地。和降水、连续墙帷幕相比,它的环保性能好，保护水资源和地层结构,成本也相对较低。
随着地下隧道网络的加密，隧道和隧道的立交、隧道和地面重要建筑、交通要道之间的交叉等问题相继会出现，地层冻结将以其高强度、高安全性等优势,赢得市场份额。4.2 技术持续改进
(1)冻结施工有一整套工序，它包括打钻、安装、积极冻结、维护冻结等,这些工序应有机地纳入地下工事系统中，提高平行作业率，增加作业面，有利于发挥地层冻结的技术优势。
(2)开发适合于地下狭小环境下冻结孔快速施工的全方位钻机，能更有效地布置冻结孔。进一步研究长距离水平孔钻进，提高冻结器铺设的精度和施工速度，有利于大规模、高效能地发挥地层冻结的综合优势。
(3)冻结加固后的隧道有了稳定安全的施工条件，应提高机械化掘衬施工水平，即配套土体和周边冻土的开挖、装运和衬砌施工的机械设备，提高施工速度，有利于降低冻结和掘衬成本。
第二篇：地铁施工旁通道冻结法施工工艺
地铁施工旁通道冻结法施工工艺
一 前言
作为一种成熟的施工方法，冻结法施工技术在国际上被广泛应用于城市建设和煤矿建设中，已有100多年的历史，我国采用冻结法施工技术至今也已有40多年的历史，主要用于煤矿井筒开挖施工，其中冻结最大深度达435m，冻结表土层最大厚度达375m.自1992年起，冻结法工艺被广泛应用于上海、北京、深圳、南京等城市地铁工程施工中。公司在上海地铁隧道旁通道工程施工中，采用了冻结法加固的施工方法，通过对施工工艺的归纳总结，以及参考有关施工技术资料，形成本工法。
二、特点
冻结法适用于各类地层尤其适合在城市地下管线密布施工条件困难地段的施工，经过多年来国内外施工的实践经验证明冻结法施工有以下特点：
1、可有效隔绝地下水，其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的，对于含水量大于10%的任何含水、松散，不稳定地层均可采用冻结法施工技术；
2、冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，冻土强度可达5-10Mpa，能有效提高工效；
3、冻结法是一种环保型工法，对周围环境无污染，无异物进入土壤，噪音小，冻结结束后，冻土墙融化，不影响建筑物周围地下结构；
4、冻结施工用于桩基施工或其它工艺平行作业，能有效缩短施工工期。
三、使用范围
冻结法适用于各类地层，主要用于煤矿井筒开挖施工。目前在地铁盾构隧道掘进施工、双线区间隧道旁通道和泵房井施工、顶管进出洞施工、地下工程堵漏抢救施工等方面也得到了广泛的应用。
四、工艺原理
冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，将松散含水岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水，以便在冻结壁的保护下，进行地下工程掘砌作业。它是土层的物理加固方法，是一种临时加固技术，当工程需要时冻土可具有岩石般的强度，如不需要加固强度时，又可采取强制解冻技术使其融化。
五、工艺流程冻结法
六、施工操作要点施工时，应不断对每个施工工序进行管理。控制冻结孔施工、冻结管安装、冻结站安装、冻结过程检测的质量。
1、冻结孔施工
1.1开孔间距误差控制在±20mm内。在打钻设备就位前，用仪器精确确定开孔孔位，以提高定位精度。
1.2准确丈量钻杆尺寸，控制钻进深度。
1.3按要求钻进、用灯光测斜，偏斜过大则进行纠偏。钻进3m时，测斜一次，如果偏斜不符合设计要求，立即采取调整钻孔角度及钻进参数等措施进行纠偏，如果钻孔仍然超出设计规定，则进行补孔。
2、冻结管试漏与安装
2.1选择φ63×4mm无缝钢管，在断管中下套管，恢复盐水循环。
2.2冻结管（含测温管）采用丝扣联接加焊接。管子端部采用底盖板和底锥密封。冻结管安装完，进行水压试漏，初压力0.8MPa，经30分钟观察，降压≤0．05MPa，再延长15分钟压力不降为合格，否就近重新钻孔下管。
2.3冷冻站安装完成后要按《矿山井巷工程施工及验收规范》要求进行试漏和抽真空，确保安装质量符合设计要求。
3、冻结系统安装与调试
3.1按1.5倍制冷系数选配制冷设备。
3.2为确保冻结施工顺利进行，冷冻站安装足够的备用制冷机组。冷冻站运转期间，要有两套的配件，备用设备完好，确保冷冻机运转正常，提高制冷效率。
3.3管路用法兰连接，在盐水管路和冷却水循环管路上要设置伸缩接头、阀门和测温仪、压力表、流量计等测试元件。盐水管路经试漏、清洗后用聚苯乙烯泡沫塑料保温，保温厚度为50mm，保温层的外面用塑料薄膜包扎。集配液圈与冻结管的连接用高压胶管，每根冻结管的进出口各装阀门一个，以便控制流量。
3.4冷冻机组的蒸发器及低温管路用棉絮保温，盐水箱和盐水干管用50mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料板保温。
3.5机组充氟和冷冻机加油按照设备使用说明书的要求进行。首先进行制冷系统的检漏和氮气冲洗，在确保系统无渗漏后，再充氟加油。
3.6设备安装完毕后进行调试和试运转。在试运转时，要随时调节压力、温度等各状态参数，使机组在有关工艺规程和设备要求的技术参数条件下运行。
4、积极冻结阶段在冻结试运转过程中，定时检测盐水温度、盐水流量和冻土帷幕扩展情况，必要时调整冻结系统运行参数。冻结系统运转正常后进入积极冻结。
积极冻结，就是充分利用设备的全部能力，尽快加速冻土发展，在设计时间内把盐水温度降到设计温度。旁通道积极冻结盐水温度一般控制在-25～-28℃之间。
积极冻结的时间主要由设备能力、土质、环境等决定的，上海地区旁通道施工积极冻结时间基本在35天左右。
5、维护冻结阶段在积极冻结过程中，要根据实测温度数据判断冻土帷幕是否交圈和达到设计厚度，测温判断冻土帷幕交圈并达到设计厚度后再进行探孔试 挖，确认冻土帷幕内土层无流动水后（饱和水除外）再进行正式开挖。正式开挖后，根据冻土帷幕的稳定性，提高盐水温度，从而进入维护冻结阶段。
维护冻结，就是通过对冻结系统运行参数的调整，提高或保持盐水温度，降低或停止冻土的继续发展，维持结构施工的要求。旁通道维持冻结盐水温度一般控制在-22～-25℃之间。维护冻结时间由结构施工的时间决定。
6、工程监测6.1工程监测的目的工程量测作为该工法的一项重要施工内容。其目的就是根据量测结果，掌握地层及隧道的变形量及变形规律，以指导施工。由于旁通道施工位于地下十多米处，为防止施工时对地面周边建筑、地下管线、民用及公共设施带来不良影响，甚至严重破坏。对施工过程必须有完善的监测。
6.2工程监测的内容工程监测贯穿整个施工过程，其主要监测内容为：地表沉降监测，隧道变形监视，通道收敛变形监测，冻土压力监测。
6.1.1冻结孔施工监测内容为：冻结管钻进深度；冻结管偏斜率；冻结耐压度；供液管铺设长度。
6.1.2冻结系统监测内容为：冻结孔去回路温度；冷却循环水进出水温度；盐水泵工作压力；冷冻机吸排气温度；制冷系统冷凝压力；冷冻机吸排气压力；制冷系统汽化压力。
6.1.3冻结帷幕监测内容为：冻结壁温度场；冻结壁与隧道胶结；开挖后冻结壁暴露时间内冻结壁表面位移；开挖后冻结壁表面温度。
6.1.4周围环境和隧道土体进行变行监测内容为：地表沉降监测；隧道的沉降位移监测；隧道的水平及垂直方向的收敛变形监测；地面建筑物沉降监测。
七、机具设备
1、冻结法施工旁通道所用设备见表1表1
旁通道冻结施工主要机械设备表序号 设备名称 规格、型号 数量 额定功率 能力 螺杆冷冻机组 JYSGF300II 2台 110KW 87500Kcal/h 盐水泵 IS125-100-200 2台 45KW 200m3/h
冷却水泵 IS125-100-200C 4台 15KW 120m3/h
冷却塔 NBL-50 4台 15m3/h 钻机 MK-50 1台
电焊机 BS-40 2台
抽氟机 1台
说明：以上1-4项冻结设备均备用一台。冻结设备详见附图
2、冻结法施工旁通道所用量测设备见表2表2
旁通道冻结施工主要量测设备表序号 设备名称 规格、型号 数量 备注 经纬仪 J2 1台
测温仪 GDM8145 1台 测量冻土温度 3 精密水准仪 1台 打压机 20MPa 1台 冻结器打压试漏 5 收敛仪 1台 冻土帷幕收敛 6 钢卷尺 20m 1把
八、质量标准
由于冻结法施工工程技术难度高，施工风险大，工程中不可预测因素多，故此对质量要求极高。目前主要参照煤炭行业《煤矿井巷工程施工及验收规范•GBJ213-90》、《煤矿井巷工程质量检验评定标准•MT5009-94》标准要求进行施工。除了参照国家有关标准外，还应着重注意以下几点：
1、冻结帷幕设计时应选择比较安全的计算模型，要有足够的安全系数；
2、冷冻机组制冷量在设计时，取较大的备用系数；
3、钻孔的偏斜应控制在1%以内；
4、终孔间距不大于1.0m；
5、在冻土帷幕关键部位，多布置测温孔，监测冻土帷幕的形成过程和形成状况。
九、劳动力组织
冻结法施工技术要求高，专业性强，且由于其特殊性，现场需配备土建工程师、机械工程师、电气工程师和测量工程师。
作业人员配备人员见表3：
表3 作业人员配备人员
工 作 项 目 工 种 人 数 备 注
冻结孔施工 打钻工 15人 进入冻结阶段可转为普通工冻结管安装
冻安工 9人 进入冻结阶段可转为普通工机械维修
机修工 3人电气维修
电工 2人（包括设备数据采集）
电焊 电焊工 2人
冻结管焊接工程监测 测量工 3人
环境变化监测测温
技术员 1人 测温孔测温辅助施工 普通工 4人 当班负责 施工员 2人 总计 41人
十、安全环境保护
1、设计要考虑各种最不利条件，保证方案安全可靠：
2、设计计算的各种最不利条件，在施工组织设计及施工中，做到重点防范，采取切实可行、有效的措施加以控制。
3、选用无污染、效率高、体积小、重量轻、制冷量大、安装运输方便的螺杆冷冻机组作为制冷系统的主机。以适应地铁施工场地小、工期紧的需要。
4、采用通讯系统和视频系统有效的监控施工现场，对施工中发现的问题及时汇报处理，杜绝一切不安全的施工现象和违章的操作，把事故制止在萌芽状态。
5、旁通道设安全防水门，以备发现险情关闭防水门，保护隧道之用。
6、在对面隧道内，增设冷冻板，冷冻板排管外设置泡沫保温材料，以确保对面隧道交接处的完好冻结状态；在旁通道的左右侧各钻一个Φ89的冻结孔，作为冷冻板盐水循环的进回液管。
7、在管线交底后也可对地下管线和隧道进行必要的支撑。对离冻结区较近的管线与建筑物进行暴露或保温，防止冻坏。
8、旁通道开挖期间项目管理人员采用二十四小时值班制，对施工的各个环节要起到及时的检查和督促作用，在施工现场准备足够的备用设备和物资，以备应急之用。
9、为预防开挖中停电等导致停工，甚至出现冒顶、涌砂事故，采取以下预案：在旁通道开挖期间，通道内准备3米长16#槽钢（或钢管）6根，粘土2.0t和足够的砂袋，以在必要时堆粘土和砂袋封闭通道，预防淹隧道。
10、冻结加固中打设的冻结孔将穿越④、⑤号土层，该土层局部夹有粉砂薄层，有钻孔突水、涌砂的可能。A、加大钻具推力，强行顶入套管B、利用原钻具系统注浆，浆液选用水泥—水玻璃或丙烯酸盐类浆液。C、必要时压紧孔口管密封装置，封闭该孔。
11、采取必要的措施，防止打冻结孔时水土流失；在钻孔施工期间加强沉降的监测，发现跑泥漏沙水土流失严重引起的沉降，影响到建筑物和地下管线，应立即停止施工，立即注浆，防止沉降影响周围建筑物和地下管线，到没有沉降为止，待地层较稳定后再施工钻孔。
12、加大盐水在冻结管内的流量，采用串并联循环方式，加快冻结管的热交换。
13、用逐步降温的过程，防止冻结管由温度应力造成的开裂。冻结孔每三个串联供液，并根据流量及去回路温差监控冻结器的盐水流量及均匀性，确保冻结帷幕支护可靠。
14、根据监测的测温孔温度计算的各个剖面冻结壁的平均温度，对温度偏高的部位，调整盐水流量予以调控。实现信息化施工，加强冻结壁的监测监控。根据监测情况调控冻结壁强度和变形。
15、加强冻胀与融沉监测，发现冻胀影响到建筑物和地下管线，通过打的卸压孔减小冻胀或打冻结孔加热循环，进行解冻；预留注浆孔，进行跟踪注浆，防止融沉影响周围建筑物和地下管线。
十一、效益分析
自我国采用冻结法施工技术以来，作为一种特殊的施工方法，其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的。近年来，城市地下工程施工进入了高峰，复杂的施工环境使一些大型的设备往往束手无测，而冻结法这种仅在施工范围内钻孔就可解决问题简易手段正好有了用武之地，本文归纳其有以下优势：
1、可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，可在地下施工，不占用地面土地，虽加固的费用高出水泥搅拌桩约1/3，但远远低于节省交通组织费用。
2、冻结土体强度高，并可根据施工要求调节不同部位的强度，安全性好。
3、阻水效果较其他方法更有效。
4、是一种环保型工法，对周围环境无任何污染。
第三篇：地铁旁通道冻结法施工常见安全
地铁旁通道冻结法施工常见安全
问题的应急处理
据初步统计,我国上海、南京、天津等地用冻结
法施工的地铁隧道旁通道(或联络通道)工程已经超过了70项,冻结法已成为软土中地铁旁通道施工的主要工法。为此,上海市有关主管部门制订颁布 了《旁通道冻结法技术规程》
(J10851-2006)。该规程第1012节明确规定,“旁通道施工前必须编制施工应急预案。”并要求对钻孔喷砂、冻结管断裂、开挖过程中意外停冻和冻结壁“开窗”漏水等施工安全问题和突发事件制订应急预案。因此,有必要全面分析与总结过去在地铁旁通道冻结法施工中所遇到的安全问题和处理经验,以便制定出有效的应急预案,避免旁通道冻结施工重大安全事故的发生。1冻结钻孔漏水喷砂问题
1.1引起冻结钻孔漏水喷砂的原因
在上海地铁旁通道冻结施工中往往会遇到地下水压力较大的含水砂层。在这些地层施工近水平冻结孔发生钻孔漏水喷砂的情况非常频繁,严重时可以引起很大地层沉降,造成隧道管片和地面建筑变形损坏甚至酿成隧道垮塌的灾难性事故。引起钻孔漏水喷砂的原因主要有孔口管松动或脱落、冻结管接头断裂、钻头逆止阀失效和孔口止水装置损坏等。有时在冻结壁解冻后,由于冻结管与隧道管片之间的空隙不能及时有效的封堵，也有发生漏水喷砂的情况。根据过去经验开始施工冻结孔时发生孔口管松动脱落、冻结管断裂、钻头逆止阀失效和孔口止水装置损坏等情况较少也易处理。但在冻结孔施工后期,由于地层扰动加大渗透性提高很容易引起塌孔抱钻使得发生上述情况的可能性及其处理难度显著增加。112 冻结钻孔漏水喷砂的应急处理
如因孔口管松动或脱落引起孔口管与管片之间漏水,应立即停止钻进,在冻结管上安装管卡,用钻机推进冻结管将孔口管顶实,或者用膨胀螺栓等将孔口管固定牢固。然后用棉纱堵塞孔口管与管片之间漏水处,并通过孔口管旁通进行压浆堵漏。注浆材料以采用化学浆液为宜,也可用水泥-水玻璃浆液。在紧急情况下,可直接从冻结管中注入水泥-水玻璃浆液。
当漏水涌砂点在隧道底部时,如遇紧急情况,可以用堆压法处理。采用这种方法时,先应用棉纱等堵塞出水点控制漏水速度,并及时排水。然后,在出水点周边垒一圈砂包,在出水口埋设导水管,并迅速将水泥和水玻璃撒到出水点,边撒边搅拌,使之快速凝固。在堆压体中可埋一些钢筋或型钢,以便将其与隧道管片固定以增加堆压体的稳定性。当堆压体有一定强度和体积后,可逐渐控制导水管的出水量。最后,通过导水管或从附近隧道管片开孔注浆封堵出水点。
如因冻结管接头断裂和钻头逆止阀失效引起漏水喷砂,可直接通过冻结管注浆。在采用钻进法下冻结管时,可先准备一个能与冻结管连接的注浆管接头,这样,一旦发生冻结管漏水喷砂的情况,可以迅速拧上准备好的管接头,进行注浆。在用夯管法下冻结管时,可预备一个止浆塞进行堵水和注浆。如没有止浆塞,可准备一个冻结管木塞和一截带阀门的注浆管,在冻结管漏水时,可用木塞堵塞冻结管(用夯管锤将木塞夯入冻结管),然后在冻结管上焊接注浆管进行注浆处理。
钻孔堵漏时需要注意以下几点:第一,要早发现,早做好应急处理的准备;第二、堵漏速度要快,要把握时机,疏堵结合;第三,要尽快进行补偿注浆控制地层沉降;第四,要加强隧道和地层沉降监测,及时对隧道和地面危险建筑采取加固措施。
对于漏水的冻结管,如下入地层深度已达到设计要求,则可以在冻结管中下入直径较小的冻结管进行冻结,否则,可以移位补打冻结孔。冻结管断裂和盐水漏失问题 2.1 引起冻结管断裂与盐水漏失的原因
在积极冻结和开挖期间均可能发生冻结管断裂和盐水漏失的情况。引起冻结管断裂或渗漏的原因主要有三种情况。一是由于冻结管螺纹连接补焊质量或冻结管端头丝堵安装质量存在缺陷,打压试漏不够严格,从而导致供盐水时冻结管接头或冻结管端头丝堵渗漏;二是由于冻结管接头质量差,开冻后管材发生冷缩,引起冻结管接头焊缝开裂渗漏;三是开挖后冻结壁变形引起冻结管弯曲、拉伸,从而造成冻结管接头断裂。冻结管断裂还与打钻和冻结时引起的地层扰动、隧道沉降等有关。
冻结管断裂和盐水漏失一方面使冻结管不能再正常工作,需要停止冻结;另一方面会融化冻结壁,或使冻土强度降低。因此,冻结管断裂会严重威胁冻结施工的安全。这两种情况在过去工程中均有发生,所幸发现早、处理及时或盐水漏失在粘土层中,从而避免了更为严重后果的发生。
在积极冻结期间发生冻结管断裂和盐水漏失,不会立即对工程安全造成威胁。但是,冻结管裂漏后盐水会渗入地层,即使地层已经冻结也会逐步融化,使地层不能冻结或地层冻结后冻土强度明显降低,这样给以后旁通道开挖带来了很大的安全隐患。特别是一旦有盐水渗入地层,冻结壁的扩展厚度和冻土强度就不能通过测温孔测温来检查,给旁通道开挖带来了极大的风险。
2.2冻结管断裂与盐水漏失的应急处理
在积极冻结期间发现冻结管渗漏盐水,可采用以下方法进行处理。(1)立即切断冻结器盐水供给。
(2)在渗漏的冻结管中下套管恢复冻结,套管与冻结管之间应灌满清水。对于向上倾斜的冻结管,下套管处理会在套管与冻结管之间存在空隙影响导热,所以,应改用液氮冻结。
(3)在紧靠漏管位置打探孔检查漏盐水位置和范围。如漏水位置为透水砂层,可放水降低土层的含盐浓度。
(4)取芯测定漏盐水点附近土体的含盐量或冻土强度。评估冻土强度降低可能冻结壁承载力和稳定性的影响。
5)必要时采用液氮冻结降低冻结壁温度,或延长积极冻结时间和局部补孔冻结增加冻结壁厚度。
在开挖期间遇到冻结管断裂和盐水漏失的情况,应立即切断盐水供给。如果地层为含水砂层,应立即施工初期支护封闭开挖工作面。并应尽快关闭防护门充压气保持开挖区土压平衡,然后在漏盐水的冻结管中用液氮进行冻结,直至取芯检查冻结壁强度达到设计要求后再恢复开挖。如果地层为粘土层,也宜将漏盐水冻结管改用液氮冻结并及时进行支护。在探明开挖面冻结壁稳定性满足施工安全需要的情况下,方可继续进行开挖.3 开挖期间长时间停冻问题 311 开挖期间长时间停冻的原因
开挖期间停冻一般是由于停电或发生严重机电 事故引起的。如果在旁通道开挖期间发生长时间停冻,会使冻冻结壁温度迅速升高,使冻结壁的承载力迅速降低、变形速度加快。特别是停冻后冻结壁与隧道管片交界面很容易解冻引起透水。因此,会给工程安全带来严重威胁。在过去,旁通道开挖时因停电或机电事故停冻的时间一般在几小时内,只要尽快恢复冻结,不会对施工安全带来严重影响。但是,过去往往采用较高的盐水温度进行维护冻结,当快施工完旁通道结构时,又提前停冻或提前关闭部分冻结器,从而引发险情。
312 开挖期间长时间停冻的应急处理
在积极冻结期间,由于停电或发生严重机电事故引起停冻的情况时有发生。此时,只要延长积极冻结时间即可。延长积极冻结工期一般取停冻时间的2倍。
如果在开挖期间发生停冻,根据冻结壁的稳定情况和温度回升情况可以采取以下应对措施。
(1)排除机电故障,尽快恢复冻结。
(2)加强冻结壁收敛和温度变化监测,尤其是要密切监测冻结壁与隧道管片交界面温度的变化,防止冻结壁局部融化透水。
(3)加强冻结壁与隧道管片交界面保温,最好沿交界面敷设管路进行液氮冻结。(4)快速开挖、及时支护。并根据冻结壁和支护层变形情况,增加初期支护的内支撑。
如果停冻时间在3～5天之内,通过采取上述措施,一般是可以继续安全地进行旁通道开挖的。如果停冻时间和旁通道开挖时间需要更长,可以考虑先施工部分混凝土衬砌,并封闭开挖作业面,或者关闭防护门,充上压缩空气,待恢复正常冻结后继续开挖。冻结壁失稳和透水问题 411 冻结壁失稳和透水的原因 在旁通道开挖过程中,一旦发生冻结管盐水漏失、遇到长时间停冻,或者由于开挖冻结壁形成远未达到设计要求,就有可能发生冻结壁承载力不足和严重变形的情况。特别是在冻结壁与隧道管片的交界面附近,由于隧道管片散热,往往存在局部冻结壁温度过高、厚度过小的问题,导致在开挖过程中局部冻结壁严重变形,或者有软土挤出,甚至发生冻结壁透水险情。一旦冻结壁发生严重变形、失稳或透水,将严重威胁工程的安全,必须采取应急措施进行快速、有效的处理.4.2 冻结壁失稳和透水的应急处理
一旦发现冻结壁变形速度迅速增大,表明冻结
壁承载力不足,有失稳破坏的危险。此时必须立即支护,并考虑加强内支撑。如果在开挖集水井时遇到这种情况,也可用土袋迅速进行回填。同时,要加强冻结,降低盐水温度,并检查冻结孔是否有堵塞的情况,确保每个冻结孔的盐水供给正常。然后,暂停开挖,对冻结壁和初期支护表面进行保温,并严密观测冻结壁和初期支护的变形。如检查冻结壁及支护层变形得到了有效控制,可立即施工混凝土衬砌。否则,可关闭防护门,直到冻结壁强度达到安全施工的要求后再行开挖。
冻土遇水冲刷容易融化,水流速度越快,融化速度越快。因此,冻结壁一旦开窗透水,不能硬堵,尤其不能注浆,否则冻结壁“窗口”扩大速度会更快。此外,如果冻结壁透水已成线流,即使采用液氮冻结(在冻土表面喷洒低温氮气)一般也无济于事。因此,冻结壁透水的最好处理方法是立即关闭防护门并向旁通道内充压缩空气,保持开挖区水土压力平衡,使冻结壁不再漏水,这样继续冻结,冻结壁窗口很快就会弥合。在开挖区内水土压力平衡后,可灌水并注入聚氨酯浆液置换压缩空气。
如果在施工完初期支护后发生冻结壁与隧道管片交界面渗水的情况,可先用液氮喷洒出水点附近,并观测渗水量是否有增大趋势。如果渗水小且没有增大趋势,可尽快浇筑混凝土衬砌。
在冻结壁严重变形和漏水时,应检查隧道管片的变形情况,对隧道管片进行支撑加固。同时,应监测地面和建筑物沉降,检查水、电、燃气等管线是否安全。并对建筑物附近地层进行跟踪注浆。注浆应在地面进行,不得离冻结壁太近,以免压坏冻结壁。注浆材料宜采用水泥-水玻璃双液浆。
如冻结壁透水,应立即通知相关部门,尽快疏散附近地面人员.5 地层快速融沉问题 511 地层快速融沉的原因
冻结壁融化时会发生收缩,从而引起地层沉降。
在一般情况下,冻结壁融化的速度较慢,地层沉降更缓慢,因此,只要进行正常的环境监测和跟踪注浆处理,不会给周围建筑物和管线等的安全构成威胁。但是,在一些特殊情况下,如施工冻结孔时地层水土流失严重、旁通道开挖时冻结壁变形大、施工支护和衬砌时与冻结壁之间存在大的空洞且未进行有效的注浆充填等,停止冻结后地层可能发生快速沉降,从而,给周围地面建筑物和管线等造成险情。512 地层快速融沉的应急处理
在旁通道施工期间及停止冻结后,应按照《旁通道冻结法技术规程》的要求对施工影响范围内的隧道管片、地下管线、地面及其建(构)筑物变形等进行监测。一旦监测结果达到了警戒值或者隧道管片、地下管线和建(构)筑物有损坏迹象,地面沉降将影响车辆或行人安全通行,应立即采取以下方法进行应急处理。
(1)对地下管线、地面及其建(构)筑物的安全状况进行评估,如果存在安全隐患或险情,按相关规定对地下管线、地面和建(构)筑物采取保护措施。
(2)观察隧道管片和旁通道结构是否有破坏、渗漏情况,如隧道管片和旁通道结构有破坏或隧道变形超过了规定要求,立即报设计单位,制定技术方案对隧道进行加固处理。如果隧道管片接缝、冻结孔孔口和旁通道结构等有渗水,立即采用注浆方法进行堵漏,注浆材料可以采用化学浆液或水泥-水玻璃浆液。(3)采用注浆方法控制地层沉降。注浆区域应选在地层沉降较大的位置,最好是地面注浆与隧道内注浆相结合。应先注地层沉降大的位置,再注地层沉降较小的位置,先注地层深部,再注地层浅部。注浆应遵循少量、多次、均匀的原则,注浆引起的地面抬升要严格控制在规定范围之内。注浆浆液宜以水泥-水玻璃双液浆为主,单液水泥浆为辅。水泥-水玻璃双液浆配比可为:水泥浆与水玻璃溶液体积比1∶1,其中水泥浆水灰比1∶1,水玻璃溶液可采
第四篇：浅谈混凝土防水在施工中应用
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浅谈混凝土防水在施工中应用
浅谈混凝土防水在施工中应用
【摘要】：高层建筑在城市中已经占到了主导地位，防水问题不断出现在生产、生活和工作中。工业防水、高层防水已经是不可逃避的现实问题，中国的普遍防水材料寿命在15年左右。本文就混凝土防水存在的一些问题进行分析。
【关键词】：蓄水池、厕所卫生间防水、屋顶防水、外墙防水。
中图分类号：TU57 文献标识码：A 文章编号：
0引言：工业工程防水也是不可忽视的重要环节，“百年大计质量第一”到现在来说我们必须要提高一个高度来认真对待。以电厂的污水处理工程为例：沉淀池、蓄水池等都是主要的水储存地，施工缝设计防水一般是橡胶止水条、止水钢板，如果设计没有要求施工单位也必须采取物理方法进行施工缝防水处理：比如在施工缝处留凹槽、阴阳茬等方法。
施工防水是工程防水的第一步，第二部就是混凝土的振捣工作。振捣是措施能不能完成的主要因素，漏振、振捣不到位、混凝土离析都可能让施工防水工作前功尽弃。所以混凝土班组在振捣作业是必须要施工管理人员或技术人员进行技术交底和技术指导工作，监理工程师的全程旁站在工程重要环节不能松懈。
拆模长时间注水后阴水问题还需要设计一步池内壁的防水措施。因为混凝土工程毕竟是有生命的，如果长时间被污水或有腐蚀性的水源浸泡的情况下很容易遭到破坏。内部防水就变得至关重要。
一、混凝土漏水的原因
高层中楼板层的浇筑时间问题，一栋30层的高层在施工当中要经历春、夏、秋、东四个季节的变化，人们往往考虑了热胀冷缩的主观问题并没有考虑到施工影响的严重性。新闻报道了不知多少次，楼上的住户因为疏忽大意忘记关水阀门，造成室内泡水。如果楼板的混凝土密实振捣，施工缝防水处理到位，楼上的水源是不会大面积渗漏
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到楼下造成他人的经济损失。
按照混凝土工程施工中混凝土楼面板是必须要振捣密实，不允许有裂纹，裂纹长度不能大于2米，宽度要小于2毫米，深度不能超过板厚的1/2。如果施工中能够按标准达到要求，楼下住户的财产损失能够降到最低。
屋顶防水在工程中的意识是最强烈的，因为它的独特性，接受日照、雷雨、风雪等恶略天气。屋顶防水的破坏直接影响室内的生产和生活问题。
卫生间防水是每家每户都能切身体会的一件事情，楼上下水道堵塞、跑水、或因淋浴都是会给卫生间防水提出挑战的因素。如果防水效果不好就会在天花板上出现地图的形状，很不美观，而切还会减少楼板层的寿命。
外墙防水是人们最不容易接触到的，但是一旦出现为题也是最不容易处理的。在靠近室外的墙壁在雨天容易出现阴水、或泛水现象，这是因为在施工中墙体上的孔洞没有进行很好的修补处理。
二、源头控制
1、混凝土水灰比、坍落度控制不到位（商混站距离太远，为减少施工成本现场搅拌），造成混凝土和易性差、泌水性大、振捣不实、漏振、养护不及时、脱水都能导致导致混凝土密实性差、收缩大、毛细管通道增多、增大，严重时便造成混凝土出现贯通性裂缝、孔洞产生漏水现象。
2、骨料吸水率大。砂石含泥量、泥块含量严重超标、粗细骨料级配不佳，影响骨料级配防水混凝土的抗渗性能。
3、不同品种的水泥混杂使用。因为不同品种的水泥，其矿物组成各不相同（同一品种，不同厂批次的水泥，其矿物组成亦不尽相表现在性能上当然也就会出现差异，极易形成收缩变形不一，造成裂缝渗漏。
4、由于砼和易性不好，将导致其松散，粘结不良，在施工过程中分层离析，遇水后出现渗漏。砼浇筑前对模具清理干净并清洗湿润，浇筑时合理分层振捣，对钢筋密集处的采用同强度细石砼，振捣密实，最新【精品】范文 参考文献
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确保砼表面平整光滑、无麻面、蜂窝、孔洞等缺陷。
5、地质勘测不准、水文资料掌握不全或设计考虑不周、不合理，某些部位的构造措施不当等。
三、加强预防和措施
1、强化原材料的质量控制，不合格的砂石不准进场。进场后的砂石应重点核查含泥量、泥块含量和级配等技术质量指标。级配不合格的应予调整，含泥量超过规定的必须用水冲洗，经检验合格后方可使用。泥块含量超过规定的，应过筛清除至符合要求后，准许使用。
2、正确选择设计参数，搞好配合比设计，水灰比、坍落度、砂率和用水量的选择应通过试验确定：骨料质量，最大粒径、每立方米水泥用量和灰砂比等，也应符合有关的技术规定。
3、水泥的存放地应保持干燥，堆放高度不得超过10袋，以防受潮、结块。受潮结块或混入有害杂质的水泥均不得使用e
4、同一防水结构，应选用同一厂批、同一品种、同一强度等级的水泥，以保证混凝土性能的一致性。不使用过期水泥。
5、做好搅拌、运输、振捣和养护等工作的技术交底。混凝土搅拌前，质检人员应再次核查原材料的出厂合格证和复检合格证，并观察水泥、砂石等材质是否有可疑征兆。如有疑问，应被查清、排除后方可开盘。每天测定砂石含水率1～2次，及时调整配合比。当拌合物出现离析或泌水现象，应查明原因，及时纠正处理。混凝土拌合物的运输、停留时间不应过长，从搅拌机出料算起，至浇筑完毕，不宜超过45min。
实行振捣工作挂牌责任制。养护人员要做到7d内，混凝土表面始终处于湿润状态。
6、地质勘测和水文勘察点不可过稀，对于复杂地形，应适当加密勘测、勘察点，出示的数据能正确反映实际情况，以便于设计上准确掌握和正确应用。
7、当粗骨料为卵石时，砂石的混合级配以无曲线为最好。
8、为增进混凝土的防水性能，可在混凝土中掺加一定是粒径小于0．15mm的粉细料，以便更严密地把空隙堵塞起来，使混凝土更加密实，有利于抗渗性能的提高。但掺量不宜过多，因为细粉料太多，最新【精品】范文 参考文献
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骨料的比表面积必然增大，这就需要较多的水泥浆来包裹粗细骨料的表面；因此，在同样的水泥用量下，细粉料过多，反而导致抗渗性能下降，一般掺量以占骨料总量的5％～8％为宜。
四、补救措施和方法
1、查明渗漏原因，探明渗漏水的来源，为切断水源、拟定防水处理方案提供依据。
核查水文、地质资料与实际情况是否吻合，设计是否合理、可靠（如强度、刚度等），细部构造措施是否正确。
2、查明渗漏水部位。慢渗漏水部位先用于布擦干，然后在其表面上均匀撒干水泥粉，出现湿点或涸湿线的地方，就是渗漏水孔缝。如果洇湿面积较大，采用上述方法不易发现渗漏的具体位置时，则可采用1：1的水泥水玻璃胶浆在渗漏水处均匀涂刷一薄层，并立即在表面撒上干水泥一层，这时观察到的湿点或湿线，便是渗漏部位。快渗漏部位可用毛刷或布擦干基层，立即出现湿痕或水渍，即是渗漏水部位。而涌水一般直观即可判断。
3、确定渗漏水封堵原则。一般应尽可能在无水状态下进行施工修复，如在渗漏状态下进行修堵，则应尽可能减小渗漏面积，使渗漏水集中于一点或几点或一线，以减少其他部位的渗水压力，便于修堵工作的顺利进行。为减少渗漏水面积，先要做好引水工作，给水以出路，以便于施工操作和处理。
4、直接快速堵塞法和木楔堵塞法进行处理。必要时亦可采用丙凝灌浆和氰凝灌浆堵漏法进行治理。参见“地下防水工程堵漏技术”的有关内容。
5、裂缝渗漏水的治理方法：由于温度变化、结构变形或施工不当等原因形成裂纹后而出现的渗漏水，都属于裂缝渗漏水。修堵时视水压大小而采取不同的堵漏方法。参见本手册14．4“地下防水工程堵漏技术”的有关内容。
6、混凝土蜂窝、麻面裂缝渗漏处理：由于混凝土施工质量不佳产生的蜂窝、麻面引起的渗漏水，根据压力大小可采取将基层表面松散部分及污物清除，并用钢丝刷洗后，用水冲洗干净，然后在基层表面涂刷胶浆一层，其配合比为水泥：促凝剂=1：1.1并揉抹均匀，随
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即在胶浆上薄薄撤一层干水泥粉，水泥粉出现的湿点即为漏水点，立即用手指压住漏水点的位置，待胶浆凝固后再抬手，依次堵完各个漏水点。如果水压较大、漏水量较大首先按上面方法找出漏水点，以坐标法固定各漏水点位置。将漏水点剔一小槽（直径12mm，深25mm），按孔眼漏水“直接堵塞法”将所剔小槽一一堵塞。在堵漏材料方面，除了水泥—水玻璃胶浆外，视具体情况，亦可采用下列材料：
①水泥—石膏速堵漏料浆
使用前应先通过试验找出适宜的加水量和满足施工需要的凝结时间。
材料名称比例（重量比）
硅酸盐水泥（强度等级42．5）生石膏粉
注：配成的堵漏材料，要求3～5min初凝。
②水泥—防水堵塞料浆
它由氯化钙、氯化铝和水组成。属于氯化金属盐类防水剂，其产品指标及配合比参见表19-4.使用时要加水调节凝结时间。水量与防水料浆的比例在0～50％之间时，凝结时间由几小时到几秒钟。防水料浆的掺量为水泥重量的1．5％～5％。冬期施工或需要缩短水泥—防水料浆的凝结时间，可采取加热料浆（将料浆倒入铁锅内加热，温度控制在50℃左右）或干炒水泥加热（温度200℃左右，保持0．5h，稍冷却即倒入密闭的铁桶内储存备用）。作为快凝水泥堵漏所用水泥的强度等级应不低于42．5，储存期不超过3个月。使用时，操作人员必须戴乳胶手套。每次拌合量不宜过多，使用前应通过试验确定所需加水量和凝结时间。促凝剂和水事先拌合均匀再用。在拌合过程中，不允许往料浆中掺水。防水浆的适宜掺量由试验确定，不宜过多，因为掺量愈多，水泥面的收缩愈大，导致收缩开裂的可能性愈大。
③膨胀水泥
用于紧急堵漏可用快凝膨胀水泥或石膏矾土膨胀水泥，如把该水泥加热到200℃，使水泥中的二水石膏变成半水石膏，其堵漏效果会更好一些。用于大面积修补，可用明矾石膨胀水泥或硅酸盐膨胀水泥。
总之，混凝土容易渗水，对于混凝土出现的各种渗漏情况, 要分析其原因, 采用以上有效的方法予以处理,有效地预防和控制由于设
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计考虑不周, 选材不当或施工质量差等等而造成的渗漏现象。
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[4] 杨君礼.防水卷材和防水涂料的适用性比较[J].四川建材.2003(Z1)
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第五篇：无线集群通信在地铁中的应用
1无线集群通信简介
无线集群通信是一种智能化的无线颇率管理技术。集群系统的本质是允许大量用户共享理技术。集群系统的本质是允许大量用户共享少量通信信道和虚拟专网技术。其工作方式与移动电话系统相似，由—个交换控制中心根据需要，自动为用户指定无线信道。其不同点在于集群通信以组呼为主，用户之间有严格的上下级关系。用户根据不同的优先级占用或抢占无线信道，呼叫接续要快(300ms-500ms)，且以单工、半双工通信为主要通信方式。2无线集群的地铁应用 2.l概述
地铁的无线集群通信系统为控制中心调度员、车辆段调度员、车站值班员等固定用户与列车司机、防灾、维修、公安等移动用户之间提供通信手段。系统必须满足行车安全、应急抢险的需要。目前，地铁无线集群通信系统均采用TETRA数字集群通信系统组网。
在地铁中的调度网通常包括行车调度网维修调度网、环控调度网、车辆段调度网和防灾网、调度网5个无线词度专网。
在TETRA数字集群系统中，各调度网以虚拟专网的方式存在，互相独立，互不影响。各调度网共享频点和基站设备，提高了频率资源的利用率，节约了设备投资。地铁中的无线数字集群系统还与信号系统(A鸭)相配合，为调度台与车载台提供列车的位置与状态信息。
TETRA分机间具有脱机对讲功能(相当于对讲机)。在司机与调度不能正常通话的紧急情况下，利用该功能．司机可直接呼叫车站值班员，起到应急通信的作用。在TETRA数字集群系统中，各调度网以虚拟专网的方式存在，互相独立，互不影响。各调度网共享频点和基站设备，提高了频率资源的利用率，节约了设备投资。地铁中的无线数字集群系统还与信号系统(A鸭)相配合，为调度台与车载台提供列车的位置与状态信息。1rI强RA分机间具有脱机对讲功能(相当于对讲机)。在司机与调度不能正常通话的紧急情况下，利用该功能．司机可直接呼叫车站值班员，起到应急通信的作用。
TETRA集群系统采用单工、半双工为主要通信方式，足削鲐蹇讲话(眦ush T0T救)时才占用无线信道，节约了无线资源和终端耗电。才占用无线信道，节约了无线资源和终端耗电。该系统具有选呼、组呼、列车广播、优先呼叫、强拆、强插、调度通话录音J舌台监听等功能。
目前，我国地铁所使用数字集群系统为MOTOROLA和欧洲宇航EADS(原NOⅪA)的产品。2.2组网方式
在地铁通信的一条线路中，可采用大区制、中区制、小区觎组网。2.2．1大区制
全线路只在—个车站设置基站，全线其它 车站均设置直放站。大区制的特点为：不存在越区切换问题、工程造价低。其缺点为：可靠性较低、存在多径干扰的场点较多、单基站载频有限、扩容受到限制。2.2.2 中区制
在少数八1个车站设置基站，全线其它车站均设置直放站。中区制的特点为：频率资源利用率较高、越区切换频次较少、干扰较少、系统可靠性较高、工程造价较低、扩容灵活方便。
基站与直放站的链接，可以采用同轴漏泄电缆链接与利用地铁传输网链接二种方式。2．23小区制
在每—个车站设置基站，地铁中非相邻基站载频频率—般允许进行空间复用。小区制的特点为：频率资源利用率高、越区切换频次多、干扰少、系统可靠性高、工程造价较高。
近年来，基站价格下降，开始接近直放站的价格，故目前新建地铁的无线集群通信系统口用小区制组网方案逐渐增多。2.3无线场强覆盖范围
地铁集群通信系统的无线场强覆盖范围包括：地铁运行线路全线各车站的站台、站厅及区间隧道或地面及高架线路，以及整个车辆段地面区域(含检修库、运用库等)，可以采用如下方式进行场强覆盖。
2．3．I沿线隧道、地面及高架运行线路及沿线地下车站的站台区主要采用漏泄同轴电缆辐射方式进行场强覆盖。
2．32沿线地下车站站厅区(含部分出入口通道)主要采用吸顶低廓天线进行场强覆盖。
2．33车辆段、停车场主要采用室外全向及低廓天线进行场强覆盖。2.4地铁对无线集群通信系统的功能需求
2．4．I无线通信可以为地铁内部固定工作员与流动工作人员之间提供话音通信、短信息与分缌数捅豆信。系统以组呼为主，也可以提供选呼。2．42根据业务需要，为中心调度员、车站值班员、车辆段停车场值班员、列车司机以及各部门流动人员之间提供无线通信手段。
2．43按使用部门或人员进行优先权排队，当业务信道全部占用时，优先权级别高的呼叫可中断优先权级别低的通话，以保证调度作业的正常进行，并确保紧急情况下的指挥、调度。2．4．4具有紧急呼叫功能，紧急呼叫的优先 2．4_5中心调度员可插入列车广播，对列车乘客进行选呼广播和全呼广播。2．4．6中心调度员可监听本部门调度用户的通话，并对所有的通话可以自动或人工录音。2．4．7控制中心的无线调度核心网设备具有呼叫记录功能，存储主呼和被呼号码、位置、类型、日期和时间，必要时，可打印输出。2.4.8具有设备的自检和中心检测功能。
2．4．9地面线路和地面车站、车辆段/停车场，采用基站和空间波天线完成工作区域的场强覆盖；地下线路和地下车站采用基站(或直放站)和漏泄同轴电缆(或隧道天线)完成工作区域的场强覆盖。
2.4．10整个系统由位予控制中心的核心网设备，位于车站的基站设备，以及列车台、各部门便携台和传输通道等组成。
2.4.11在话音质量为i级的保证条件下，边缘覆盖概率为：系统空间渡覆盖的地点概率不小于90％，孺泄同轴电缆辐射电波覆盖的地点概率不小于95％。
TETRA数字集群系统 TETRA（Trans European Trunked Radio – 泛欧集群无线电，现在已改为Terrestrial Trunked Radio – 陆上集群无线电）数字集群通信系统是基于数字时分多址（TDMA）技术的专业移动通信系统，是由ETSl推荐的—个数字集群标准，该标准是个公开的标准。TETRA标准采用TDMA与FDD技术，将—个载频的25KHz带宽分为4个时隙(信道)。TETRA系统集调度、移动电话、移动数传和短消息业务于—体，非常适合专网无线调度使用。
3．1 TETRA标准
TETRA标准描述了TETRA系统的空中接口与各种外围接口。核心网与基站之间的接口尚未标准化，故TETRA系统的标准化程度，低于公众移动通信系统，造成了一定的设备垄断性。3．2盹TR^空中接口 TETRA系统在我国使用806--．821MHz(上行)和851墙66Mm(下行)频段，和现有的模拟集群通信系统所使用的频段是—致的。该系统用,3.14／4 DQPSK调制方式，其最大相位变化不超过1800，调制频带窄，接收端无需基准相位振荡。
在TETRA系统中，每—个无线电载波，无论是匕行或下行链路均划分为4个时隙。每一时隙构成—个无线信道。可用于承载话音/数据业务、控制信令或两者混合进行传输。4元线集群终端 4.1车载台
地铁列车前后两端驾驶室各安装一台车载与车次等信息。电路、控制面板、话筒、天线等组成。其中无线收发信机、控制和接1：3电路安装在—个固定的机壳内，控制蔼板和话筒分别安装在驾驶员座位左方与右方，天线安装在车顶。驾驶员可以通过操作控制面板的按键，发出通信请求，并通过话筒发话，通过扬声器收听。通过系统与ATS的连接，控制面板显示屏上会显示当前列车位置与车次等信息。4．2车站台
车站台为固定台。配置在每个车站的车控室。车站值班站长可通过车站台与控制中心的行车调度员进行联系，经行车调度台转接可与司机通话。
4．3手持台
手持台主要配备给站务人员、维修^员、保安等不固定地点的作业^．员。使他们可与相关的调度员通话或发起组呼。这些集群终端的通信功能主要有一般呼叫、紧急呼叫、短信收发、组呼以及调度员通过车载台对列车进行广播等。
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