冻结法原理及应用.pptVIP

冻结法原理及应用;主 要 内 容;1.1 人工地层冻结法 冻结法定义： 用人工制冷的方法，将待开挖地下空间周围的土体中的水冻结为冰并与土体胶结在一起，形成一个按设计轮廓的冻土墙或密闭的冻土体，用以抵抗土体压力、隔绝地下水，并在冻土墙的保护下，进行地下工程的施工。 ;——冻结土体性质的改变 若将含水地层（松散土层和裂隙岩层）在结冰温度下冷却，岩石裂隙或土孔隙中的水转换成冰，岩土的性质将发生决定性的变化。这一变化具有双重意义： 材料：（1）土体中水分冻结，提高一定范围内岩土的强度 （2）减低一定范围岩土体渗透性——创造新工程材料 结构：在普通结构内部构建了新的工程结构。 ——冻结法 将这一性质改良后的冻结岩土服务于地下工程施工期内的 承载（结构功能）和密封（材料功能）;——环境友好的施工方法 冻结只是临时创造冻土良好的承载、密封性能，为构筑新的地下空间服务，施工完成后，根据需要可拔除冻结管，冻土将解冻融化，土将逐渐恢复到未冻结状态。 在冻结法施工中，没有象喷射混凝土时的混凝土、板桩施工时的钢板或注浆时的浆液材料那些附加物质进入地层。 冻结法不污染环境，是“绿色”施工方法;——方法具备的优点 (1) 安全性好，可有效的隔绝地下水； (2) 适应面广，适用于任何含一定水量的松散岩土层，在复杂水文地质如软土、含水不稳定土层、流砂、高水压及高地压地层条 件下冻结技术有效、可行； (3) 灵活性好，可以人为地控制冻结体的形状和扩展范围，必要时 可以绕过地下障碍物进行冻结； (4) 可控性较好，冻结加固土体均匀、完整； (5) 经济上较合理。;——冻结岩土体的方法 从土体中吸热。 ——冻结的作用 含水、松散土体冻结后抗压强度明显提高。 ——冻结法处理对象 岩土体中的水 水在冻结过程中将发生明显体积变化;——冻结法设计与施工 (1) 根据工程、地质、水文和环境条件进行冻结设计： ——确定冻土结构形式 ——选择制冷方式 ——布置冻结系统 ——确定冻结温度 ——估算冻结时间，等。 (2) 待设计冻土结构形成后，在其保护下进行地下工程的掘进、支护和设备安装等工作。;——冻土的形成 为构造高承载力和密封防水的冻土体，在土中相应位置布置和施工冻结孔——安设冻结管，通过冻结管中循环的低温冷媒剂将土体中的热量带出，使地层降温并使土中水结为冰。 在冻结初期，冻土仅在紧靠冻结管周围形成冻土柱；随冻结过程的继续，冻土柱渐渐扩大并相互连接，在预计的冻结时间后，冻土体达到设计厚度——形成冻土;1.2 冻结法简史 矿井建设 l862年：英国，率先用冻结法成功进行深基坑开挖围护 l872年：德国，首先应用于矿井建设。鲁尔区冻结井深超过600m 1888年：美国，用于煤矿矿井开挖 l965年：加拿大，开挖l089米矿井，冻结深度684米 1952至l98l年间：北美，用冻结法凿井达29个 迄今为止，各国冻结井最大冻结深度：英国930m，美国915m，波兰860m，加拿大634m，比利时638m，前苏联620m，德国531m，法国550m，中国702m;地下工程 1979年：美国，地下核电站基坑、直径40m、深6m基础 80年代：苏联，城市地铁大厅35座、隧道35项，高l38.5m、重27000吨大楼基坑开挖支护 1962以来：日本，超过300个大型冻结工程，其中有通过河流、铁路、公路和其它构筑物下的隧道工??、挡土墙工程、与盾构施工有关的工程等 20世纪中叶起：波兰、德国、法国、瑞士、比利时、意大利、奥地利、挪威、西班牙、芬兰、澳大利亚、法国、荷兰、加拿大等;我国情况 70年代初，北京地铁冻结长90m，垂深28m 1975年，沈阳地铁2号井 上世纪80年代，东海拉尔水泥厂的上料仓基坑；南通建筑物旁开挖的沉淀池工程 1988年，凤台淮河大桥主桥墩基础工程 1993年，上海地铁一线1个泵站和3个隧道贯通道结合部 1998年，北京地铁热—八线大北窑车站南隧道水平冻结施工，长45m;1.3 工程应用简介 目前，冻结法在地下工程中广泛应用于以下四个领域： —— 立井工程 —— 地基基础 —— 基坑稳定 —— 隧道工程 —— 其他岩土工程 ;1.4 力学与热性质 抗压强度：冻土的主要力学性质;热物理参数：导温系数、热容、导热系数以及相变潜热等 影响冻土热物理参数因素很多，温度、含水量、孔隙率、矿物含量、未冻水含量等。确定土热物理参数比较复杂。 静力计算：确保冻土结构在所处工程条件下强度和稳定性 简单方法：将冻土体视为具有弹性模量E的弹性体。 若冻土体极限承