地铁联络通道 冻结加固技术研究 中国矿业大学 岳丰田
中国矿业大学 岳丰田 地铁联络通道 冻结加固技术研究
1概述 人工冻结是在天然冻结基础上,随着人工冻结凿井 技术逐步发展起来的。冻结法是利用人工制冷技术,使 地层中的水冻结,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 的保护下进行隧道、立井和地下工程的开挖与衬砌施工 技术。其实质是利用人工制冷技术临时改变岩土的状态 以固结地层 1862年,英国首次在南威尔士的建筑基坑中使用了冻结 法 1880年,德国工程师F.H. Potch在国际上首次提出并 获得人工冻结法专利;
1 概述 人工冻结是在天然冻结基础上，随着人工冻结凿井 技术逐步发展起来的。冻结法是利用人工制冷技术，使 地层中的水冻结，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 的保护下进行隧道、立井和地下工程的开挖与衬砌施工 技术。其实质是利用人工制冷技术临时改变岩土的状态 以固结地层。 1862年，英国首次在南威尔士的建筑基坑中使用了冻结 法； 1880年，德国工程师F．H．Poetch在国际上首次提出并 获得人工 冻结法专利；
1概述 1955年,我国首次在开滦林西风井使用盐水冻结法 凿井并获得成功; 80年代,随着我国地下工程的增多,逐渐由矿山工 程,向城市各类工程推广应用,完成了北 京、上海地铁的多项隧道水平冻结工程, 预计3年内上海轨道交通使用冻结法施工 的联络通道近100个 迄今为止,各国冻结井最大深度分别为: 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
1 概述 1955年，我国首次在开滦林西风井使用盐水冻结法 凿井并获得成功； 80年代，随着我国地下工程的增多，逐渐由矿山工 程，向城市各类工程推广应用，完成了北 京、上海地铁的多项隧道水平冻结工程， 预计3年内上海轨道交通使用冻结法施工 的联络通道近100个； 迄今为止，各国冻结井最大深度分别为： 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
1概述 冻结法的优点 安全可靠性好,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污染性小。“绿色”施工方法,符合环境岩土工程发展趋势 6经济上较合理
1 概述 冻结法的优点: 1 安全可靠性好,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 污染性小。 “绿色”施工方法，符合环境岩土工程发展趋势； 6 经济上较合理
2冻结原理 根据使用冷媒的不同,制冷方式包括四种系统: 1氨(氟利昂)一盐水冻结系统( Br ine System); 液化气体系统(液氮)( Liquefied Gas system, Liquid Nitrogen) 3二氧化碳(干冰,c02); 4混合冻结系统(盐水+干冰;盐水+液氮)
2 冻结原理 根据使用冷媒的不同，制冷方式包括四种系统： 1 氨（氟利昂）－盐水冻结系统（Brine System）； 2 液化气体系统（液氮）（Liquefied Gas System， Liquid Nitrogen） 3 二氧化碳（干冰，CO2）； 4 混合冻结系统（盐水+干冰；盐水+液氮）
盐水冻结系统
盐水冻结系统
冻兖矿集 安 液化气体系统
液化气体系统
干冰系统
干冰系统
2冻结原理 冻结法适用的条件: (1)土层宜为砂性土、粘性土(包括砂层、淤 泥质土等)及强风化基岩,对于卵砾石地层, 因成孔困难,应有相应的钻孔设备; 2)土层的含水量>10%; (3)地下水的临界流速<2m/d
2 冻结原理 冻结法适用的条件： (1)土层宜为砂性土、粘性土(包括砂层、淤 泥质土等)及强风化基岩，对于卵砾石地层， 因成孔困难，应有相应的钻孔设备； (2)土层的含水量＞10％； (3)地下水的临界流速＜2m／d
3冻胀融沉 3.1冻胀机理 冻胀可分为原位冻胀和分凝冻胀。孔隙水原位冻结造 成体积增大约9%,但由于外界水分补给并在土体迁 移到某个冻结位置,体积增大会远大于9%,所以开 放系统饱和土中分凝冻胀是构成土体冻胀的主要分量。 般说来,分凝冻胀的机理包括两个物理过程:水分 迁移和成冰作用。 3.2融沉机理 富冰冻土融化时,融化后的土体由于冰变成水体积减 小产生融化性沉降,同时由于在融化区域发生排水固 结,引起土层的压密沉降
3 冻胀融沉 3.1 冻胀机理 冻胀可分为原位冻胀和分凝冻胀。孔隙水原位冻结造 成体积增大约9％，但由于外界水分补给并在土体迁 移到某个冻结位置，体积增大会远大于9％，所以开 放系统饱和土中分凝冻胀是构成土体冻胀的主要分量。 一般说来，分凝冻胀的机理包括两个物理过程：水分 迁移和成冰作用。 3.2 融沉机理 富冰冻土融化时,融化后的土体由于冰变成水体积减 小产生融化性沉降,同时由于在融化区域发生排水固 结,引起土层的压密沉降