现代土木工程施工技术冻结法施工.pdfVIP

岩土工程施工

第11章冻结法施工技术

11.1概述

1、冻结法

在要开挖的井筒周围布置冻结器〔钢管等材料制作〕，采用

机械压缩方法制冷，通过低温盐水在冻结器内循环，吸收松

散含水地层的热量，使得地层冰凉，逐渐形成一个封闭的能

够抵挡水土压力的人工冻结岩体壁。

冻结法在1862年英国的威尔士根底工程中出现；

德国采矿工程师Ｆ.H.poetsch探索不稳定地层凿井技术，于

1880年提出了冻结法凿井原理。

我国1955年开始采用冻结法施工井筒。如70年代北京地铁施工、

1975年沈阳地铁2号井、80年代东海海拉尔水泥厂上料厂基坑、

90年代上海地铁1号线等均运用了冻结法。

.

2、应用分类

当遇到涌水、流砂、淤泥等复杂不稳定地质条件时

采用。

1、软土隧道及地铁；

2、在河下、铁道和其他建筑物下的隧道；

3、桥墩根底；

4、地基托换;

5、矿山及地下工程

6、大直径围岩

7、市政工程中的上下管道及其它

3、冻结施工方案

1、直立和倾斜冻结管交替冻结方案；

2、直立冻结管冻结方案；

3、水平布置冻结管方案

.

4、主要施工技术

〔1〕水平成孔

机具、钻孔偏斜与测斜问题

〔2〕冻胀、融沉的控制

衰减冻胀量主要措施：

a间歇冻结，人为控制冻结壁的开展；

b开挖卸压槽，减少水平冻胀力；

c把不需要的冻土体积减少到最低限；

d用真空泵抽取多余水分

减少融沉措施：

人为加速地层融化速度和地层注浆的方法。

.

11.2地层冻结原理

1、冻土的组成

冻结土体是一个多相和多成分混合体系，由水、各种矿

和化合物颗粒、气体等组成。

土中的水可有自由水、结合水、结晶水三种形态。

当温度降到负值时，土体中的自由水结冰并将土体颗粒胶

结在一起形成整体。

土中水结冰的五个过程：

〔1〕冷却段：土体逐渐降温到冰点。

〔2〕过冷段：土体降温到0°C以下，自由水尚不结冰，呈现过

冷现象。

〔3〕突变段：水过冷后，一旦结晶就立即放出结冰潜热，出现

温升过程。

〔4〕冻结段：温度上升到接近0°C时固定下来，土体中的水便

产生结冰过程，矿物颗粒胶结为一体形成冻土。

〔5〕冻结继续冷却，冻土的强度逐渐增大。

.

2、地下水对冻结的影响

〔1〕水质影响

水中含有一定的盐分时，水溶液的结冰温度就要

降低。

〔2〕水的性态影响

土质结构、土的固结度、土的渗透性、土中水流

速度等对冻结速度都有一定的影响。

3、温度场和冻结速度

〔1〕冻结地层的温度场

地层冻结是通过一个个的冻结器向地层输送冷

量的结果。

这样在每个冻结器的周围形成以冻结管为中心

的降温区，分围冻土区、融土降温区、常温土层区。

地层中温度曲线呈对数曲线分布。

.

11.2地层冻结原理

〔2〕土的冻结速度

冻结器间距：是影响冻柱交圈和冻结壁扩展速度的主要

因素，冻结器间距增大，交圈时间延长，冻结壁扩展速度减慢。

冻结圆柱的相交初期：交圈界的厚度开展较快，很快能

赶上其他部位厚度。

冻结壁扩展速度：随土层颗粒的变细而降低，砂层的冻

结速度比黏土快。

冻结器内的盐水温度和流动状态：是影响冻土扩展速度

的重要因素。盐水量降低，冻结速度提高，盐水由层流转向

紊流，冻结速度提高20%～30%。

冻结圆柱的交圈时间：与冻结器间距、盐水温度、盐水

流量和流动状态、土层性质、冻结管直径、地层