地铁联络通道冻结加固技术研究.ppt

中国矿业大学
岳丰田
地铁联络通道 冻结加固技术研究
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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,;
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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。
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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。
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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)。
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盐水冻结系统
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液化气体系统
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干冰系统
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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。
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3 冻胀融沉
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。
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。
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