人工地层冻结技术讲座

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1、大纲大纲概述冻结法的理论与工程问题人工地层冻结技术冻结法的风险冻结法的施工监测验收标准与内容胡向东若干管理问题2011.06.15概述冻结法的基本原理与特点人工地层冻结法的基本原理与特点冻结法的发展历史冻结法的应用人工地层冻结法(ArtificialGroundFreezing,AGF)（简称“冻结法”），是利用人工制冷技术,使地层中的水结冰,把天然岩土变成冻土,增加其强度和稳定性,隔绝地下水与地下工程的联系,以便在冻结壁的保护下进行地下工程掘砌施工的特殊施工技术。其实质是利用人工制冷临时改变岩土性质以固结地层。冻结法的基本原理与特点冻结法的基本原理与特点1岩土冻结实质2冻土结构特点

2、冻结岩土性质的改变°较高的强度将含水地层（松散土层或裂隙岩层）冷°绝对的封水性却至结冰温度下，使土中孔隙水或岩石裂隙水变成冰，岩土的性质发生重要变化，形成一种新的工程材料——“冻土”。1冻结法的基本原理与特点冻结法的基本原理与特点4基本原理3冻土结构功能°结构——承载°封水——不承载冻结法的基本原理与特点冻结法的基本原理与特点5制冷方法6冻结法的适应性冻结法适用于任何地层岩土工程冻结制冷技术通常利用物质由液态变为气态,即气化过程的吸热现象来完成的。常用两种类型：°盐水冻结（封闭系统）：一般可达-30℃°液氮冻结（开放系统）：-195.8℃冻结法的基本原理与特点冻结法的基本原理与特点颗

3、粒尺度0.010.1110mm渗透系数-3-27冻结法特点8冻结法优点10-710-610-510-4101010-1m/s黏粉土砂砾石卵地层类型土细中粗细中粗细中粗石降水法水泥注浆°安全性好膨润土注浆°冻土帷幕的变化性•冻土强度较高化学注浆冻结法•冻土范围可变；•冻土连续性可靠、封水性好压气法胡向东制•冻土温度可变；°适用性强•冻土强度可变（强度是温度的函数）•适用于几乎所有具有一定含水量的松散地层（包括岩石）•复杂地质条件可行（流砂、大深度、高水压）°冻土帷幕的连续性°灵活性高•水在负温下结冰的必然性•冻土帷幕性状（范围、形状、温度、强度）可控°冻土帷幕的可知性°经济性较好•通过

4、温度测试可判断冻结范围、冻土强度°环保性能好——“绿色工法”2冻结法的基本原理与特点冻结法的发展历史9冻结法缺点°1862年，英国威尔士(SouthWales)的建筑基础施工首次使用人工地层冻结法，失败*°1880年，德国工程师F.H.Poetch首先提出人工冻结法原理并获专利°1883年，德国阿尔巴里煤矿成功地采用冻结法建造井筒°两年后（1886年[1]），瑞典人开始使用冷冻，用冻结法在斯特哥尔摩掘进了一条隧道。德国人和瑞典°冻胀融沉人之后是法国人（1906年[1]）•对环境有一定的影响，严重时具有一定的破坏力°1888年，美国人用于煤矿矿井开挖•融沉控制不当可导致结构差异沉降和长

5、期沉降°1928年，苏联在德国人的帮助下，在Соликам钾矿首次成功使用人工地层冻结法凿井°1933年，苏联在工程师特鲁巴克(Трупак)领导下，在莫斯科地铁1号线成功使用人工地层冻结法修建°风险性三个地铁站的扶梯斜隧道以及若干隧道工作井•供冷不足或外部热源可导致冻土帷幕性能退化（范围、强度）°1942年，巴西26层高楼不均匀沉降修正[1]•流水作用下冻土可快速消融°1955年，中国煤矿首次采用冻结法凿井°局限性°1960年，加拿大双拱铁道隧道隔墙拆除工程[1]°1962年，日本开始使用冻结法于市政工程（大阪水管越江[2]）（无矿山工程）•地下水流速影响冻结效果°70年代初，北京

6、地铁首次应用冻结法•地层含盐影响冻结效果°1994年，台北捷運新店線CH221標[1]•含气地层可影响冻结效果冻结法的应用冻结法的应用1竖井凿井°土木工程、岩土工程矿山凿井：竖井、斜井隧道施工：隧道掘进；盾构、顶管进出洞、联络通道；隧道扩建°1955年，由波兰引进了立井冻结法凿井技术，在开滦基坑工程林西煤矿风井建成了第一口立井，在中国开创了人工穿越地层冻结法的先河地下对接°截止1994年未的40年间，我国已采用冻结法开凿了事故处理390多个井筒，总长度超过66km.管线工程°截止2007年，我国已采用冻结法开凿了500多个井基础加固筒，总长度超过70km[1].边坡加固°苏联（俄罗斯

7、）冻结法凿井400多个，当时规模最大°环境保护：污染物处理°目前中国最大冻结深度达到737米[1]，水平冻结长度达°土工试验：原状土取样°其他：泥浆除水到147.8米冻结法的应用主要国家最大冻结深度加拿比利国家英国波兰德国苏联法国中国荷兰大时最大冻深930915725638628620550737338(m)3冻结法的应用2斜井、倾斜隧道°自1933年起，苏联（俄罗斯）在地铁使用人工地层冻结法修建扶梯斜隧道100多条，总长超过5km.冻结法的应用冻结法的应