垂直冷冻施工技术
地下工程冻结法施工工程实例

126 实例8:用于隧道支护中的地层冷冻法(隧道译丛1985-5)1.以往的应用在冻结的地层中开挖洞室,采用任何一种方法,有时总会遇到意外的困难。
而爆破法或许是一种有效的方法。
与岩石比较,当然冻结的材料不如其坚硬,但对于起爆点来说不存在裂化。
冻结的地层是致密和不透水的。
用人工法来冻结地层使地层更加坚固和密实,这一概念是在大约一百年以前产生的。
德国人首先采用在通过含水土层的矿山竖井施工中。
在瑞士第一次考虑采用这种方法要追溯到1908年对勒奇堡铁路隧道的病害处理。
当时松散地层伴随高压水意外地坍塌,水和碎石涌入开挖的坑道,大约充填了1km ,淹没了25个人(图1)。
为了定出沿隧道轴向劣质土体的长度,用一台德国冷冻压缩机从地表打下两个勘探孔,一直打下220米深,超过隧道底部,发现底下没有岩石,即确定出隧道的位置后,沿轴向必须要通过350米极坏地层。
若用冷冻压缩机从地表通过钻孔来冻结地层或许能够开挖,然而当时这样一种装置的造价超过一般通用的设备,造价昂贵。
因此,决定改变隧道方向,来一个大的拐弯,使隧道轴线不脱离密实的岩层。
这样就使隧道延长了约800米,但允许用常规的爆破法继续开挖。
在瑞士第一次真正使用冷冻法是1968年在翁格林(Hongrin )属于水工用途的一个过水隧洞。
当时证明,在不得已的情况下冷冻法是最后一种可采用的手段。
由于隧洞完全位于岩层之中,又加上高压水的作用,使隧洞堵塞停工达两年。
在试用其它方法处理以后,在这种情况下求助于冷冻法。
围绕奥尔滕(Olten)铁路系统改建工程中,有一浅埋的博尔纳(Born)隧道已经施工。
部分位于粘土层斜坡上,由于覆盖层相当薄,冷冻是靠从地表垂直打下或多或少的管子来实现的。
2.米尔黑布克隧道最近的一个工程实例是在苏黎士市区的米尔黑布克(Milchbuck)公路隧道。
对于这个例子我们将比较详细地加以讨论,不仅阐述这—施工方法的特性,还要对如何解决与市区的正确位置有关的问题进行讨论。
(冷冻法施工)解析

地铁施工技术交流材料冷冻法联络通道施工技术及风险控制措施一、冻结法的基本原理与特点采用冻结法对地层土体进行加固,是指利用人工制冷技术,使地层中的水结冰,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地下工程掘砌施工的特殊施工技术。
其实质是利用人工制冷临时改变岩土性质以固结地层。
1、岩土冻结实质岩土冻结性质的改变,即将含水地层(松散土层或裂隙岩层)冷却至结冰温度下,使土中孔隙水或岩石裂隙水变成冰,岩土的性质发生重要变化,形成一种新的工程材料——“冻土”。
2、冻土结构特点而冻土结构具有较高的强度和绝对的封水性。
3、冻土结构功能冻土结构的承载功能和封水的不承载功能。
4、制冷方法其制冷技术方法,通常使用制冷设备,利用物质由液态变为气态,即气化过程的吸热现象来完成的。
4.1、有两种类型:⑴、冷媒剂(盐水)吸热:氨 (-33.4℃);干冰(-78.5℃);⑵、直接气化吸热:液氮(-195.8℃);干冰(-78.5℃)4.2、冻结系统常有两种类型:⑴、封闭系统(盐水冻结);⑵、开放系统(液氮冻结)5、冻结法的适应性冻结法加固与其它加固方法相比,其适应性更强,能够适应粘土、粉土、砂层以及砾石、卵石等任何地层。
6、冻结法的特点6.1、冻土帷幕的变化性:⑴、冻土范围可变;⑵、冻土温度可变;⑶、冻土强度可变(强度是温度的函数)6.2、冻土帷幕的连续性:水在负温下结冰的必然性;6.3、冻土帷幕的可知性:通过温度测试可判断冻结范围、冻土强度7、冻结法施工的优点7.1、安全性好:⑴、冻土强度较高;⑵、冻土连续性可靠、封水性好7.2、适用性强:⑴、适用于几乎所有具有一定含水量的松散地层(包括岩石);⑵、复杂地质条件可行(流砂、大深度、高水压)7.3、灵活性高:⑴、冻土帷幕性状(范围、形状、温度、强度)可控8、冻结法施工缺点由于冻结法所形成的冻土帷幕其范围、温度、强度具有变化性,其冻结范围、强度随温度的变化而变化,如果供冷不足或外部热源可导致冻土帷幕性能(范围、强度)退化,安全性能降低,施工风险增大。
大型冷冻冷库工程施工(3篇)

第1篇一、施工前期准备1. 设计阶段:根据冷库的用途、规模和功能,进行详细的设计,包括冷库结构、制冷系统、通风系统、电气系统等。
2. 施工组织设计:制定施工方案,明确施工顺序、施工工艺、施工人员、施工设备等。
3. 材料设备采购:根据设计要求,采购所需的建筑材料、制冷设备、通风设备、电气设备等。
4. 施工场地准备:平整场地,搭建临时设施,如办公室、宿舍、仓库等。
二、施工过程1. 基础施工:按照设计要求,进行基础开挖、垫层、混凝土浇筑等工序。
2. 钢结构安装:根据设计图纸,进行钢柱、钢梁、钢支撑等构件的安装,确保结构安全。
3. 隔热层施工:采用聚氨酯保温材料、岩棉板等隔热材料,对冷库墙体、屋顶进行隔热处理。
4. 制冷系统安装:安装制冷压缩机、冷凝器、蒸发器等设备,并进行管道布置、保温、打压、抽真空等工序。
5. 通风系统安装:安装通风管道、通风机、风阀等设备,确保冷库内空气流通。
6. 电气系统安装:安装电缆、插座、开关、照明灯具等设备,并进行电气线路布置、调试。
7. 门系统安装:安装冷库门、门框、门扇等,确保门体密封、开启灵活。
8. 系统调试:对制冷系统、通风系统、电气系统等进行调试,确保各系统运行稳定、安全。
三、施工注意事项1. 施工安全:严格遵守施工安全规范,确保施工人员的人身安全。
2. 质量控制:对施工过程中的各个环节进行严格的质量控制,确保工程质量。
3. 环境保护:合理规划施工场地,减少对环境的影响,如噪声、粉尘、废水等。
4. 进度控制:合理安排施工进度,确保工程按期完工。
5. 文明施工:加强施工现场管理,保持施工环境整洁,提高施工文明程度。
四、施工验收1. 施工单位自检:在施工过程中,施工单位应定期进行自检,确保工程质量。
2. 监理单位验收:监理单位对施工单位自检合格的项目进行验收,并提出整改意见。
3. 使用单位验收:使用单位对监理单位验收合格的项目进行验收,确认工程符合使用要求。
总之,大型冷冻冷库工程施工是一项系统工程,需要从设计、施工到验收的各个环节严格把关,确保冷库的制冷效果、食品安全、能源消耗和环境保护等多方面达到预期目标。
冻结法施工技术

冻结法施工技术冻结法施工技术,即是利用人工制冷的方法把土壤中的水冻结成冰形成冻土帷幕,用人工冻土帷幕结构体来抵抗水土压力,以保证人工开挖工作顺利进行.作为一种成熟的施工方法,冻结法施工技术在国际上被广泛应用于城市建设和煤矿建设中,已有100多年的历史,我国采用冻结法施工技术至今也已有40多年的历史,主要用于煤矿井筒开挖施工,其中冻结最大深度达435m,冻结表土层最大厚度达375m.经过多年来国内外施工的实践经验证明冻结法施工有以下特点:1可有效隔绝地下水,其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的,对于含水量大于10%的任何含水、松散,不稳定地层均可采用冻结法施工技术;2冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件,地质条件灵活布置和调整,冻土强度可达5-10Mpa,能有效提高工效;3冻结法施工对周围环境无污染,无异物进入土壤,噪音小,冻结结束后,冻土墙融化,不影响建筑物周围地下结构;4冻结施工用于桩基施工或其它工艺平行作业,能有效缩短施工工期。
人工冻结法在南京地铁张府园车站的应用摘要:南京地铁一期工程张府园车站南隧道盾构法施工时,洞门两侧出现大量流砂,附近区域的沉降量较大,为了确保地下管线和地面交通的正常使用和安全运行,在南京首次实施了地下工程的人工冻结法施工。
本文论述了冻结法在该工程中的冻结设计、施工工艺及对周围环境影响等问题和实际取得的效果。
关键词:冻结法,地铁,盾构引言我国冻结法现已成为成熟的凿井施工技术,但在城市岩土工程中的应用还不多。
冻结技术可在地面城市地下工程中的应用范围包括:盾构隧道盾构进墙、深层搅拌桩以及压密注浆对土体进行加固,在凿除洞门钢筋混凝土时发现洞门中心处东、西两侧有流砂涌入,迅速采用双液注浆堵水,过了两天又在有大量流砂涌入,对周围环境产生较大的影响,其中端头井东侧的沉降量增大,东部20 平方米区域下陷1.5 m 左右(图1)。
在这种情况下施工单位及时出洞土体加固、盾构隧道地下或海底对接时土体加采取措施,以保证施工以及周围环境的安全。
垂直局部冷冻施工工艺在盾构进洞中的应用

折 页 压 板 将 外 翻, 不同于盾构始发的内 构到达时, 翻折页压板, 只要有 一 点 缝 隙 地 下 水 将 会 从 缝 隙 中 流入接收井中, 很难与盾构机 、 管片形成封水效果 。 1 工程概况 南京 地 铁 十 号 线 滨 江 大 道 站 — 珠 江 东 站 区 间 区间 起讫 里 程 CK15 + 743. 000 — CK16 + 365. 300 , 长度 622. 3m , 平面曲线半径 2 000m , 线间距 13. 7 ~ 16. 2m 。 线路从 滨 江 大 道 西 端 头 井 出 发, 向西穿越 丰字河及丰字河立 交 工 程 到 达 珠 江 东 站 东 端 头 井 。 本 区 间 隧 道 埋 深 9 ~ 10m ,区 间 采 用 单 坡,纵 坡 3. 161‰ 。 2 工程地质概况 依据勘察资 料, 区 间 场 地 处 于 长 江 低 漫 滩。地 势平坦低洼, 现因 道 路 建 设, 地 面 填 积 抬 高, 地面高
4 . Beijing Engineering Co. ,Ltd. ,China Railway & Airport Construction Group Corporation ,Beijing 6 . Beijing Urban Construction & Zhongnan Group of Civil Engineering Co. ,Ltd. ,Beijing
3 . School of Civil Engineering ,Lanzhou University of Technology ,Lanzhou ,Gansu 5 . Beijing Corporation ,China Railway Construction Engineering Group ,Beijing
最新冻结法施工工法

冻结法施工工法目录一、前言二、特点三、使用范围四、工艺原理五、工艺流程六、施工操作要点七、机具设备八、质量标准九、劳动力组织十、安全环境保护十一、效益分析十二、工程实例冻结法施工工法一、前言作为一种成熟的施工方法,冻结法施工技术在国际上被广泛应用于城市建设和煤矿建设中,已有100多年的历史,我国采用冻结法施工技术至今也已有40多年的历史,主要用于煤矿井筒开挖施工,其中冻结最大深度达435m,冻结表土层最大厚度达375m。
自1992年起,冻结法工艺被广泛应用于上海、北京、深圳、南京等城市地铁工程施工中。
中铁四局集团在上海地铁M8线Ⅲ标段黄兴路站~延吉中路站区间隧道旁通道工程施工中,采用了冻结法加固的施工方法,通过对施工工艺的归纳总结,以及参考有关施工技术资料,形成本工法。
二、特点冻结法适用于各类地层尤其适合在城市地下管线密布施工条件困难地段的施工,经过多年来国内外施工的实践经验证明冻结法施工有以下特点:1、可有效隔绝地下水,其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的,对于含水量大于10%的任何含水、松散,不稳定地层均可采用冻结法施工技术;2、冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件,地质条件灵活布置和调整,冻土强度可达5-10Mpa,能有效提高工效;3、冻结法是一种环保型工法,对周围环境无污染,无异物进入土壤,噪音小,冻结结束后,冻土墙融化,不影响建筑物周围地下结构;4、冻结施工用于桩基施工或其它工艺平行作业,能有效缩短施工工期。
三、使用范围冻结法适用于各类地层,主要用于煤矿井筒开挖施工。
目前在地铁盾构隧道掘进施工、双线区间隧道旁通道和泵房井施工、顶管进出洞施工、地下工程堵漏抢救施工等方面也得到了广泛的应用。
四、工艺原理冻结法是利用人工制冷技术,使地层中的水结冰,将松散含水岩土变成冻土,增加其强度和稳定性,隔绝地下水,以便在冻结壁的保护下,进行地下工程掘砌作业。
它是土层的物理加固方法,是一种临时加固技术,当工程需要时冻土可具有岩石般的强度,如不需要加固强度时,又可采取强制解冻技术使其融化。
冷冻法施工方案

冷冻法施工方案一、项目背景本项目位于我国北方某城市,由于地质条件复杂,地下管线众多,传统的施工方法难以顺利进行。
为了确保工程质量和进度,我们决定采用冷冻法施工。
二、冷冻法原理冷冻法施工,顾名思义,就是利用低温将土壤冻结,从而形成稳定的冻土层,达到加固地基、减少地面沉降的目的。
具体原理如下:1.通过制冷设备将制冷剂输送到土壤中,使土壤温度降低,水分结冰;2.冻结后的土壤体积膨胀,形成冻土层;3.冻土层具有较高的强度和稳定性,可以承受较大的荷载;4.施工过程中,利用冻土层的稳定性进行挖掘、降水等作业。
三、施工步骤1.施工前期准备(1)了解工程地质情况,确定冷冻法的适用性;(2)选择合适的制冷设备和技术参数;(3)编制施工方案,明确施工流程和质量要求;(4)办理相关手续,确保施工合法合规。
2.施工过程(1)布置制冷设备,将制冷剂输送到土壤中;(2)监测土壤温度和冻结情况,调整制冷参数;(3)待冻土层形成后,进行挖掘、降水等作业;(4)施工过程中,加强监测,确保冻土层的稳定性;(5)施工完成后,及时拆除制冷设备,恢复场地。
3.施工后期处理(1)对冻土层进行解冻,恢复土壤原状;(2)对施工场地进行清理,恢复环境;四、质量控制1.施工过程中,严格执行施工方案,确保施工质量;2.加强监测,及时发现并处理问题;3.对施工人员进行培训,提高施工技能和安全意识;4.定期对制冷设备进行维护,确保设备正常运行;5.严格按照验收标准,对施工成果进行验收。
五、安全与环保1.施工过程中,严格遵守安全生产法规,确保人员安全;2.采用环保型制冷剂,减少对环境的影响;3.施工场地设置警示标志,防止非施工人员进入;4.施工结束后,及时清理现场,减少对环境的影响。
1.冷冻法施工适用于地质条件复杂、地下管线众多的工程;2.严格施工方案,确保施工质量;3.加强监测,及时发现并处理问题;4.提高施工人员技能和安全意识;5.注重环保,减少对环境的影响。
冷冻工程施工工艺

冷冻工程施工工艺冷冻工程施工工艺冷冻工程是指利用低温来控制和调节环境温度的技术,广泛应用于医药、食品、化工等行业。
冷冻工程的施工工艺包括多个环节,下面将详细介绍。
1. 工程准备冷冻工程的施工前需要进行工程准备工作,包括确定项目需求、编制施工方案和施工图纸、采购和验收施工材料等。
在准备阶段,要充分考虑施工安全、施工质量和施工进度等因素,制定合理的施工计划。
2. 设备安装冷冻工程的施工需要安装冷冻设备,包括冷藏设备、冷冻设备、空调设备等。
在设备安装过程中,要按照设备厂家提供的安装要求进行操作,确保设备安装牢固可靠,设备管路连接正确。
3. 水平调平在冷冻工程的施工过程中,需要对设备进行水平调平。
水平调平是为了确保设备运行稳定,防止设备在运行过程中出现震动、噪音等问题。
水平调平需要使用水平仪进行测量,并通过调整设备脚螺栓的高低来实现水平度的调整。
4. 绝热保温冷冻工程的施工过程中需要对设备进行绝热保温处理,以减少热量的传递。
绝热保温材料常用的有聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫板等。
在绝热保温过程中,要保证保温材料的质量,确保其绝热性能。
同时,要注意保温层的厚度和接口的处理,以确保保温效果。
5. 管路安装冷冻工程的施工还包括管路安装。
管路安装是将冷冻设备与冷却负荷之间进行连接,使冷却剂能够流动。
在管路安装过程中,需要进行管道的布置、切割、焊接等工作。
焊接应按照规范要求进行,以确保焊接质量。
6. 测试调试冷冻工程施工完成后,需要进行测试调试工作。
测试调试是为了验证冷冻设备的性能是否符合要求,是否能够满足设计指标。
测试调试包括设备的启动、运行参数的检测、管路的泄漏测试等。
在测试调试期间,要保持设备与管道的正常运行状态,确保测试结果准确可靠。
7. 施工安全冷冻工程的施工过程中,要严格遵守施工安全规范,做好安全防护措施。
施工中要加强对施工人员的安全教育培训,提高施工人员的安全意识;严格执行安全操作规程,使用符合要求的施工工具和设备;做好现场安全检查和监督,及时发现和处理施工中的安全隐患。
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3-2-8垂直冷冻施工技术1前言1.1冻结法概述1.1.1冻结法冻结法是利用人工制冷技术,在地下开挖体周围需加固的含水软弱地层中钻孔铺管,安装冷冻器,然后利用制冷压缩机提供冷气,通过低温盐水在冻结器中循环,带走地层热量,使地层中的水结冰,将天然岩土变成冻土,形成完整、密闭、高强度的临时加固体,从而达到加固地层、隔绝地下水与地下工程联系的目的。
然后,在冻结体的保护下进行地下工程的开挖施工,待衬砌支护完成后,冻结地层逐步解冻,最终恢复到原始状态。
1.1.2地层冻结技术的特点同其它土体加固方法相比,冻结法具有以下优点:1、冻结加固使土体中的大部分水分结冰,提高了土的强度,而且强度均匀。
2、整体支护性能好,冻结帷幕形成后,冻结帷幕内不会存在任何缝隙,是一个完整的支护体;封水效果好,可保证开挖工作面在无水条件下作业。
3、能适应不同的地质条件,冻结深度不受限制,而注浆、地下连续墙等方法对地质条件的适应能力差,而且其加固深度有一定的限制。
4、适应各种结构形状地下工程的施工。
冻结加固体的形状、大小,可以根据需要灵活设计。
5、环保型工法。
由于冻结法是一种临时措施,所冻地层最终要恢复到原始状况,因而能够保护城市地层地质结构和地下水不受污染。
6、施工方便,简单,经济上合理。
国外的工程实例表明,冻结工程成本与其它施工(如注浆和旋喷)处于相同的数量级,而且随着加固深度的加大,冻结工法的经济性越来越来明显。
基于以上优点,冻结法在城市地下工程越来越受到重视,已经被广泛应用于地基基础工程、城市地铁、隧道工程、水利工程等市政工程中。
1.2冻结法的适用条件根据相关资料及《建井工程手册》规定,冻结法主要适用于含水量超过10%,地下水速度不大于10m/d的软弱围岩隧道预加固工程中,遇有流砂、淤泥、卵石、砂砾等含水不稳定冲击层或裂隙中含水的岩层时都可采用。
目前冻结法在城市隧道工程中主要应用于:1.盾构法隧道施工中,盾构进出洞土体加固。
盾构进出洞时,承受着工作井附近土体产生的巨大地压和水压,可能导致涌水和土体坍塌。
目前常用旋喷技术和注浆法加固土体,效果不够理想,常遇到注浆不均匀和盾构刀盘切削浆液结石体等困难,而冻结技术能有效地解决这些问题。
2.盾构法隧道施工中,地下或海底对接时土体加固。
近年来,世界上许多国家的盾构隧道采用对头掘进,以缩短工期,除采用立井对接方式外,还采用不开凿立井而在地下或海底直接对接。
3.城市地铁泵房、旁通道和急转弯部分根据地铁设计要求,间距1km左右需在并排隧道间设立泵站。
地下工程经常遇到旁通道和急转弯部分,因其施工距离短、形状不规整,采用盾构施工困难,且经济上不合理,各国常采用冻结法对周围土层加固,然后用矿山法掘进。
4.建筑基坑加固。
基坑冻结加固具有加固体均匀,强度高,阻水性好,加固深度大等优点,因而,采用冻结技术加固基坑越来越受到重视。
5.地下工程涌水、坍塌事故的抢险修复。
6.地下隧道交叉处施工。
1.3冻结法的发展历史人工地层冻结技术起源于天然冻结现象,在土木工程中的应用是随19世纪制冷机械设备的发展开始的。
冻结法的第一次应用是1862年在南威尔士(South Wales)的一个矿山竖井施工中,使用人工地层冻结技术加固基坑。
该竖井穿越了含水地层,采用由SiebeGorman有限公司提供的乙醚制冷设备冷却盐水,盐水在埋设于地层中的冻结管路系统里循环。
早期冻结法主要应用于采矿行业。
1880年,德国的F.H.Poetch首先提出冻结法原理,并应用于煤矿开凿立井,1883年,F.H.Poetell在Schneidlingen 开发煤矿,采用冻结法施工深103m的立井,并以此获得德国人工地层冻结法凿井专利。
此后,该技术广泛应用于各国地下工程建设中。
1885年在比利时,1888年,在美国Michigan,1892年在法国,1896年在奥地利,1900年在荷兰相继应用了冻结法。
在这些工程中,开始仅冻结岩石顶部以上的表层饱和含水层,以使竖井达到下部的矿床。
冻结法初期应用得最多的领域是矿山工程,随着技术的成熟,逐步引入至城市隧道工程中。
1886年瑞典一个长24m的人行隧道采用冻结法施工。
1906年法国把冻结法应用于横穿河底地铁工程中。
前苏联在70年代前,采用冻结法构筑了70个地铁斜井隧道。
同矿山垂直孔冻结法相比,水平冻结或斜孔冻结的难度更大。
瑞士苏黎士Milachounck公路隧道一段断面达146m2,宽度达15m,用每冻结段长度达35m共10段构筑了总长度达350m的隧道。
80年代中期维也纳一段双轨地下隧道,水平冻结长度64m,采用相向钻35m水平冻结孔的方法安全建成。
德国杜塞尔道夫一个115m的隧道单向钻冻结孔的方法进行了水平冻结。
日本1962年首次在大阪市应用冻结法安全建成一个过河隧道,至今大约有340多项冻结工程,主要用于隧道、地铁、污水道工程等困难和特殊条件下的各类工程,其中最大的一项工程是80年代建设的东京地铁10号线和11号线冻结工程,在日本桥川河下施工,其冻结改良土体达37000m3,水平冻结长度47m,共计水平冻结管总长度达13750m。
大阪交通局在该市地铁5号线工程中,也采用了冻结法确保盾构顺利出洞;日本东京湾隧道施工期间,川崎、木更津人工岛及浮岛八个盾构出洞工程都成功使用了冻结法,该隧道已于1998顺利通车。
我国于1955年开始应用冻结法凿井技术,迄今,应用冻结法共建造立井450多个,累计冻结长度70km之多,冻结法凿井所通过的第四纪地层最厚为383.1m(山东全桥煤矿副井);穿过最厚表土层374.5m,最大冻结深度435m(河南永夏矿区陈四楼矿副井);最大成井净直径8m;冻结深度超过300m的立井有50多个,其规模仅次于原苏联。
1998年在北京地铁国贸站隧道进行的45m水平冻结加固的成功标志我国水平地层冻结施工进入城市地下工程的一个新阶段;1998年上海地铁2号线5个区间联络通道中有4个采用冻结法施工;2000年广州地铁1号线纪越区间过清泉街断层采用水平冻结,隧道长距离64m冻结取得成功,之后南京、深圳等地铁旁通道也相继使用了地层冻结法。
地层冻结技术已全面进入我国城市地下工程领域。
2冻结设计2.1确定冻结类型和冻结方法按制冷原理,冻结法采用的冻结方式一般可分为直接冻结方式(直接冻结法)和间接冻结方式(间接冻结法)两类。
直接冻结方式一般靠低温液化气直接制冷,主要采用液氮冻结技术。
液氮在常压下沸点为-195.8℃,气化潜热197.6KJ/kg,其理化性质稳定,是一种良好的制冷工质,和传统盐水——氨循环制冷相比,液氮冻结具有系统简单、低温、快速、高强等特点。
目前使用的液氮温度通常在-196℃,经工厂加工后用储罐车将其运送到工地,并输入预先埋设在地层中的冻结管内,液氮在气化过程中大量吸收热量,使冻结管周围的地层冻结,经气化后的氮气逸入大气层后可自由扩散,浓度迅速降低。
这类冻结方式由于直接冻结速度快,往往用于局部土体冻结或工程抢险中;同时由于其所需费用相对较高,目前仅用于处理规格较小的危急工程。
间接冻结方式又称盐水常规冻结法。
采用这类冻结方式地面需建冷冻站,其内设有压缩调节制冷装置和输送泵,用氨、氟利昂等制冷剂通过制冷压缩机循环压缩制冷,使低温制冷剂与作为冷媒剂的盐水溶液进行热交换,将盐水冷却到-30℃~-20℃,输送到埋设在土层中的冻结管中然后回到冷冻站,经重新冷却后再输入冻结管,形成循环流动。
冷却盐水在循环不息的流动过程中产生热交换,带走冻结管周围土体的热量,直至土体冻结,达到加固和稳定土体、封闭地下水的目的使冻结管周围的土层逐渐冻结,现形成冻土圆柱体,然后连成冻土帷幕,并达到设计规定的厚度和强度。
盐水冻结法的费用一般较直接冻结法便宜,常用于冻土量大、施工期较长的工程。
由于成本低,形成冻结帷幕均匀易于控制,已被工程界广泛采用。
2.2冻结参数的设计冻结参数的设计包括冻结帷幕平均温度和厚度、冻结孔布置、积极冻结期时间、盐水温度等。
2.2.1基本冻结参数盐水温度:积极期:-28ºC~-25ºC;维护期:-22ºC~-20ºC;冻结帷幕平均温度:-8ºC;冻结孔偏斜要求在0.15%以内,最大孔间距中部1.6m,边部1.1m;冻结管选用Φ127×4.5mm无缝钢管。
2.2.2冻结帷幕厚度对于城市地下工程冻结方案设计而言,可采用如下步骤和方法来确定冻结帷幕的计算厚度。
①垂直冷冻中,冻结帷幕厚度主要受地面荷载和埋深的影响,地压是确定冻结帷幕厚度的主要考虑因素。
通过计算求得冻结帷幕处最大地压。
②根据地下工程埋深不同,结合现有施工经验和工程类比,初选一个合适的冻结帷幕平均温度值。
通常埋深小于200m时,平均温度选-7~-8℃;当深度大于200m时,且深部有厚层粘土层时,通常选用较低的平均温度,常用-10℃的平均温度。
根据选定的平均温度和试验资料或有关经验公式,求得砂土层及一些粘土层的计算强度值。
③冻结帷幕厚度的初步计算。
一般而言,水平冻结工程冻结帷幕厚度取值更多依赖于类似工程经验,但也可根据选定的控制砂层深度、地压大小、该处的荒径大小和土层的强度指标,用拉麦公式求出冻结帷幕的初选厚度作为参考:1)E R = (2-1)式中:E ——冻结帷幕计算厚度,cm ; R ——筒掘进荒半径,cmP ——计算层位的地压,PaK ——系数,][s σ——冻土的允许抗压强度,][s σ一般取用瞬时单轴抗压强度的1/2.5~1/5;砂土取小值时,粘土取大值0][m s σσ=(2-2) σ—冻土瞬时极限抗压强度;0m —安全系数当冲积层较厚,地压值较大时,按多姆克公式计算。
2[()()]s s pp E R B C σσ=+ (2-3)式中:,B C ——系数,用第三强度理论时B =0.29,C =2.3;用第四强度理论时B =0.56,C =1.33④平均温度核算。
冻结帷幕的平均温度是确定冻结帷幕强度和稳定性的基本参数之一。
从工程应用出发,一般取最大地压水平的冻结孔间距处的主、界面冻结帷幕平均温度的平均值作为冻结帷幕设计核算的依据,可参考煤矿系统相应的经验公式(如式2-4)。
冻结帷幕平均温度能否达到按②中选用的平均温度值。
n b t E l E l T T ⋅+-+--=η466.0]266.0/7851.0352.0135.1[3 (2-4)式中:T ——冻结帷幕有效厚度中的平均温度; b T ——盐水温度,℃;l ——冻结孔间距,m ;E ——冻结帷幕厚度,m ;η——经验系数,η=0.25~0.3;n t ——计算水平的井帮温度,℃,根据要求或经验给出。
上述计算是针对砂层进行的。
用上述方法得到的冻结帷幕厚度和实际施工可能有一定偏差,可在施工中进一步调整。