冻结法原理及应用培训讲学.ppt

冻结法原理及应用
主 要 内 容
1 冻结法概述
2 人工冻结制冷系统
3 冻结法原理与设计原则
4 立井工程冻结法
5 斜井冻结法
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。
1 概述
——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
1 概述
——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。
1 概述
——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
1 概述
——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。
1 概述
——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 概述
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，、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程、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