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1、(完整)(冷凍法施工)課件(完整)(冷凍法施工)課件 編輯整理：尊敬的讀者朋友們：這里是精品文檔編輯中心，本文檔內(nèi)容是由我和我的同事精心編輯整理后發(fā)布的，發(fā)布之前我們對(duì)文中內(nèi)容進(jìn)行仔細(xì)校對(duì)，但是難免會(huì)有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)(冷凍法施工)課件）的內(nèi)容能夠給您的工作和學(xué)習(xí)帶來便利。同時(shí)也真誠(chéng)的希望收到您的建議和反饋，這將是我們進(jìn)步的源泉，前進(jìn)的動(dòng)力。本文可編輯可修改，如果覺得對(duì)您有幫助請(qǐng)收藏以便隨時(shí)查閱，最后祝您生活愉快 業(yè)績(jī)進(jìn)步，以下為(完整)(冷凍法施工)課件的全部?jī)?nèi)容。14 地鐵施工技術(shù)交流材料冷凍法聯(lián)絡(luò)通道施工技術(shù)及風(fēng)險(xiǎn)控制措施一、凍結(jié)法的基本原理與特點(diǎn)采用凍結(jié)法對(duì)地層土體進(jìn)

2、行加固，是指利用人工制冷技術(shù),使地層中的水結(jié)冰，把天然巖土變成凍土,增加其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，隔絕地下水與地下工程的聯(lián)系，以便在凍結(jié)壁的保護(hù)下進(jìn)行地下工程掘砌施工的特殊施工技術(shù).其實(shí)質(zhì)是利用人工制冷臨時(shí)改變巖土性質(zhì)以固結(jié)地層.1、巖土凍結(jié)實(shí)質(zhì)巖土凍結(jié)性質(zhì)的改變，即將含水地層（松散土層或裂隙巖層)冷卻至結(jié)冰溫度下，使土中孔隙水或巖石裂隙水變成冰，巖土的性質(zhì)發(fā)生重要變化，形成一種新的工程材料-“凍土” 。 2、凍土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而凍土結(jié)構(gòu)具有較高的強(qiáng)度和絕對(duì)的封水性。3、凍土結(jié)構(gòu)功能凍土結(jié)構(gòu)的承載功能和封水的不承載功能.4、制冷方法其制冷技術(shù)方法,通常使用制冷設(shè)備，利用物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài),即氣化過程的吸熱現(xiàn)象

3、來完成的。4.1、有兩種類型：、冷媒劑(鹽水）吸熱：氨 （33。4)；干冰(-78.5）；、直接氣化吸熱:液氮（195。8)；干冰（-78。5)4。2、凍結(jié)系統(tǒng)常有兩種類型：、封閉系統(tǒng)（鹽水凍結(jié)）;、開放系統(tǒng)（液氮凍結(jié))5、凍結(jié)法的適應(yīng)性凍結(jié)法加固與其它加固方法相比，其適應(yīng)性更強(qiáng)，能夠適應(yīng)粘土、粉土、砂層以及礫石、卵石等任何地層.6、凍結(jié)法的特點(diǎn)6。1、凍土帷幕的變化性：、凍土范圍可變；、凍土溫度可變；、凍土強(qiáng)度可變(強(qiáng)度是溫度的函數(shù)）6。2、凍土帷幕的連續(xù)性：水在負(fù)溫下結(jié)冰的必然性；6。3、凍土帷幕的可知性：通過溫度測(cè)試可判斷凍結(jié)范圍、凍土強(qiáng)度7、凍結(jié)法施工的優(yōu)點(diǎn)7。1、安全性好：、凍土強(qiáng)度

4、較高；、凍土連續(xù)性可靠、封水性好7。2、適用性強(qiáng)：、適用于幾乎所有具有一定含水量的松散地層(包括巖石）；、復(fù)雜地質(zhì)條件可行（流砂、大深度、高水壓）7。3、靈活性高：、凍土帷幕性狀（范圍、形狀、溫度、強(qiáng)度）可控8、凍結(jié)法施工缺點(diǎn)由于凍結(jié)法所形成的凍土帷幕其范圍、溫度、強(qiáng)度具有變化性，其凍結(jié)范圍、強(qiáng)度隨溫度的變化而變化，如果供冷不足或外部熱源可導(dǎo)致凍土帷幕性能（范圍、強(qiáng)度）退化,安全性能降低，施工風(fēng)險(xiǎn)增大。眾所周知，上海地鐵4號(hào)線聯(lián)絡(luò)通道施工時(shí)，其凍結(jié)帷幕失效，發(fā)生重大工程風(fēng)險(xiǎn)事故，給國(guó)家造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。8.1、凍脹融沉：、對(duì)環(huán)境有一定的影響，嚴(yán)重時(shí)具有一定的破壞力；、融沉控制不當(dāng)可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)差

5、異沉降和長(zhǎng)期沉降;8。2、風(fēng)險(xiǎn)性：、供冷不足或外部熱源可導(dǎo)致凍土帷幕性能退化(范圍、強(qiáng)度);、流水作用下凍土可快速消融8。3、局限性：、地下水流速影響凍結(jié)效果;、地層含鹽影響凍結(jié)效果；、含氣地層可影響凍結(jié)效果9、凍結(jié)法的應(yīng)用通過凍結(jié)法加固所形成的凍土帷幕,其形狀、范圍、溫度、強(qiáng)度完全可以受控，且通過溫度測(cè)試可判斷凍結(jié)范圍、凍土強(qiáng)度。因此，人工凍結(jié)地層加固方法被廣泛用于需要進(jìn)行地層加固和封水(凍土帷幕）要求工程施工領(lǐng)域。特別是隨著我國(guó)城市地鐵軌道交通的發(fā)展,軟土隧道盾構(gòu)的進(jìn)出洞、聯(lián)絡(luò)通道等風(fēng)險(xiǎn)性較高的工程項(xiàng)目，常采用凍結(jié)法加固 進(jìn)行施工。9。1、土木工程和巖土工程如：、礦山鑿井:豎井、斜井；、隧

6、道施工：隧道掘進(jìn)；盾構(gòu)、頂管進(jìn)出洞、聯(lián)絡(luò)通道；、隧道擴(kuò)建；、基坑工程；、穿越;、地下對(duì)接;、事故處理；、管線工程；、基礎(chǔ)加固；、邊坡加固9。2、土工試驗(yàn)：原狀土取樣 二、凍結(jié)法的理論與工程問題1、熱力學(xué)性質(zhì)1.1、主要參數(shù)：比熱、熱傳導(dǎo)系數(shù)、潛熱、結(jié)冰溫度等；1。2、最主要影響因素:含水量1。3、特點(diǎn)：凍土與未凍土的熱力學(xué)參數(shù)有明顯區(qū)別2、物理力學(xué)性質(zhì)2.1、強(qiáng)度:、單軸抗壓；同等條件下,凍土強(qiáng)度是溫度的函數(shù)： n隨土性變化的參數(shù)， 砂性土n0。5黏性土n1；a， b與凍土的孔隙度、含水量相關(guān)的系數(shù).在相同溫度下,含水量對(duì)凍土極限強(qiáng)度影響很大.在非飽和時(shí)，強(qiáng)度隨含水量增長(zhǎng)；過飽和時(shí)，強(qiáng)度隨含水

7、量降低。其中,未凍水含量對(duì)凍土強(qiáng)度影響也很顯著。未凍水含量越高,強(qiáng)度越低.、抗拉、抗剪強(qiáng)度;凍土抗拉強(qiáng)度規(guī)律與抗壓強(qiáng)度相同。強(qiáng)度隨著溫度的降低增長(zhǎng),同時(shí)取決于土的成分、含水量等因素.數(shù)值上，抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度低26倍3、熱傳導(dǎo)與溫度場(chǎng):3.1、導(dǎo)熱形態(tài):a、凍結(jié)管凍結(jié)過程是非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題；b 、凍結(jié)后期,熱交換趨于平衡，可近似看作穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題;c、溫度場(chǎng)分析時(shí)一般看作穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題3.2凍結(jié)發(fā)展動(dòng)態(tài)過程：?jiǎn)闻艃鼋Y(jié)管凍結(jié)過程三階段：?jiǎn)喂軆鼋Y(jié)、管間影響凍結(jié)和管間凍土相接后凍結(jié)a、單管凍結(jié)：管間獨(dú)立凍結(jié)，凍土呈圓柱狀發(fā)展；b、管間影響凍結(jié)：管間相互影響,凍土在凍結(jié)管之間（軸向）發(fā)展快,兩側(cè)慢，凍土呈橢

8、圓柱形;c、管間凍土相接后凍結(jié)：凍土相接（“交圈)后，形成波浪形凍土墻，但凹陷部位（界面）發(fā)展快,凸出部位(主面）發(fā)展慢，凹陷部位將很快填滿，凍土墻兩側(cè)呈直線形.之后凍土直墻繼續(xù)向兩側(cè)發(fā)展.3.3、溫度場(chǎng)與平均溫度現(xiàn)在國(guó)內(nèi)計(jì)算凍土的平均溫度的公式：其中:tcp凍土平均溫度 tp鹽水溫度 s孔間距， 凍土厚度， t開挖面溫度,4、凍脹與融沉4.1、凍脹機(jī)理、凍脹可分為原位凍脹和分凝凍脹?？紫端粌鼋Y(jié)體積增大9（原位凍脹）,外來遷移水分則體積增大1。09（分凝凍脹）。所以開放系統(tǒng)飽水土中的分凝凍脹是構(gòu)成土體凍脹的主要分量。原位凍脹量非常小,土體凍脹量主要取決于水分遷移通量。 因此，凍脹量的主要影

9、響因素是凍土的導(dǎo)濕系數(shù)和土水勢(shì)梯度。土水勢(shì)梯度由重力勢(shì)、壓力勢(shì)、滲壓勢(shì)、溫度勢(shì)、電力勢(shì)和磁力勢(shì)梯度中的某一項(xiàng)或幾項(xiàng)之和組成。而影響這些量的外觀因素可表現(xiàn)為：a、內(nèi)因:土的粒徑、組織構(gòu)造、透水系數(shù)、鹽分濃度等;b、外因：約束應(yīng)力、凍結(jié)速度、凍結(jié)歷時(shí)、孔隙水壓等。總之，凍脹是一個(gè)非常復(fù)雜的問題。、土壤的凍脹敏感性土的粒徑是影響凍脹敏感性的一個(gè)重要因素,顆粒越小凍脹性越強(qiáng).砂性土凍脹不敏感,黏性土凍脹敏感。、凍結(jié)參數(shù)對(duì)凍脹量的影響a、凍結(jié)速度：在一定范圍內(nèi)，凍脹量與凍結(jié)速度成正比.b、凍結(jié)歷時(shí):凍結(jié)時(shí)間越長(zhǎng),凍脹凍脹量越大。c、凍結(jié)溫度：凍結(jié)溫度越低，凍脹凍脹量越大。、衡量?jī)雒浀闹饕笜?biāo)是凍脹率。a

10、、凍脹率指凍土單向凍結(jié)方向上的尺寸與凍結(jié)前的比值.b、一般按凍脹率大小來劃分土壤凍脹等級(jí)。凍脹等級(jí)不凍脹弱凍脹凍脹強(qiáng)凍脹特強(qiáng)凍脹凍脹率h11h3.53。5h66h12 12h 凍脹率(俄羅斯）h11h44h77h10 10h 4。2、凍脹力是凍脹受到約束時(shí)產(chǎn)生的力。由于約束條件的差異，凍脹力數(shù)值的可比性很差。標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)可測(cè)試凍脹力，但主要用于不同土壤之間的比較，工程實(shí)際意義不大。工程上關(guān)心的凍脹力是因凍脹結(jié)構(gòu)上受到的力，這個(gè)力不是單純的凍脹力，因此也稱“凍結(jié)壓力”。由于不同工程的差異性，實(shí)測(cè)凍脹力之值離散性很明顯。因此,準(zhǔn)確估計(jì)結(jié)構(gòu)上受到的凍結(jié)壓力是非常困難的.、封閉式凍土帷幕的凍結(jié)過程中,交圈

11、前幾乎不顯現(xiàn)凍脹力，開始交圈時(shí)凍脹力開始顯現(xiàn)，在凍土帷幕形成閉合體后,凍脹力急劇增長(zhǎng)幾乎達(dá)到最大值。后續(xù)的凍結(jié)過程中,凍脹力變化不明顯，有的略有增長(zhǎng)，有的略有降低4。3、融沉機(jī)理凍土融化后產(chǎn)生融沉，它由融化沉降和壓縮沉降兩部分組成。、凍土融化時(shí)，冰變成水體積縮小產(chǎn)生融化沉降.融化區(qū)域排水固結(jié),導(dǎo)致土體壓縮沉降。融化沉降量與壓力無(wú)關(guān)，壓縮沉降與壓力成正比。、工程上用融沉系數(shù)as來描述融化沉降，用壓縮系數(shù)ar來描述壓縮沉降.通常，融沉量大于凍脹量.、與凍脹類似，融沉的影響因素有：a、內(nèi)因:土的熱學(xué)、物理、力學(xué)性質(zhì)等。b、外因：溫度、溫度梯度、壓力等.4。4、凍土融沉性，可用融沉率表示.工程上融沉量

12、的估算可以簡(jiǎn)單地用融沉率與凍土高度的乘積來計(jì)算.4。5 凍脹抑制措施抑制凍脹的措施主要有：、間歇凍結(jié)法：降低凍結(jié)速度，減小水分遷移、快速凍結(jié)法:足夠高的凍結(jié)速度使得大量水分遷移來不及，無(wú)法形成大量冰晶體、減小凍脹力的措施主要有：a、避免采用封閉式凍土帷幕;b、限制凍結(jié)范圍;c、卸壓孔;d、凍脹釋放管4.6、凍脹、融沉綜合控制措施融沉與凍脹密切相關(guān)。通常，控制凍脹就間接控制了融沉。凍脹融沉綜合控制措施主要有:、強(qiáng)制解凍,跟蹤注漿。盡快固結(jié)土體,避免長(zhǎng)期沉降、先注漿，后凍結(jié).降低土壤透水系數(shù),阻止水分遷移;加強(qiáng)土體強(qiáng)度，減小壓縮沉降。、預(yù)注cmc.增加土體黏性,降低透水系數(shù),阻礙水分遷移。5、人工

13、凍土解凍人工凍土的解凍有三種情況:中斷或終止凍結(jié)時(shí)的自然解凍；鹽水泄漏導(dǎo)致的解凍;強(qiáng)制解凍。5.1、自然解凍自然解凍速度與凍土量、凍土溫度、環(huán)境溫度及周圍供熱量相關(guān)。停止凍結(jié)后，每日解凍量與原先凍結(jié)時(shí)間成反比。凍結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)，解凍速度越低.一般情況下，凍土厚度1米以上時(shí),中斷12天的凍結(jié),凍土帷幕解凍厚度基本上可以忽略不計(jì)，可以認(rèn)為是安全的。但是，必須注意，如果有較大流速的地下水作用時(shí)，解凍速度會(huì)加速.5。2、鹽水泄漏解凍鹽水泄漏解凍是鹽水?dāng)U散引起的，解凍厚度主要與凍土溫度相關(guān)，當(dāng)然與時(shí)間也有關(guān)。當(dāng)凍土帷幕足夠厚，鹽水包不與外界溝通時(shí)，鹽水溫度被保持低溫，對(duì)凍土帷幕功能影響不大。例如，當(dāng)凍土溫度

14、保持20時(shí),在泄漏后2個(gè)月內(nèi)不采取任何措施的情況下，凍土帷幕解凍厚度才6cm,其安全性不必?fù)?dān)心。但是，必須注意，在砂性凍土中,鹽水?dāng)U散快，解凍速度會(huì)加速.此外,如果鹽水泄漏發(fā)生在早期，凍土溫度不夠低,凍土厚度不夠大，鹽水易與外界溝通,會(huì)帶來安全威脅。5.3、強(qiáng)制解凍強(qiáng)制解凍是指通過凍結(jié)管循環(huán)熱鹽水進(jìn)行的積極解凍，其解凍速度主要與鹽水溫度相關(guān),當(dāng)然與凍土溫度、環(huán)境溫度也有關(guān).自然解凍與強(qiáng)制解凍效果的比較：凍土厚度1.8m，強(qiáng)制解凍和自然解凍共同作用需要70，而單純自然解凍則需要約6倍的時(shí)間。日本鹿島試驗(yàn)：凍土半徑1.5米(厚度3m）。自然解凍需要200300天,用60熱水循環(huán)需要約60天,如用溫

15、度90，解凍時(shí)間減半（60天減到30天）。三、凍結(jié)法聯(lián)絡(luò)通道施工重大風(fēng)險(xiǎn)源控制措施1、從結(jié)構(gòu)內(nèi)向外鉆孔在凍結(jié)孔施工過程中，針對(duì)可能出現(xiàn)的水土涌入情況，我們采取二次開孔，同時(shí)安裝孔口防噴裝置（bop)措施,從結(jié)構(gòu)內(nèi)向結(jié)構(gòu)外鉆孔。1.1開孔經(jīng)過精確測(cè)量確定孔位后，在孔位處管片上開直徑為130mm，深度約250300mm（管片厚度為350 mm)的小孔,以不鉆穿管片為宜。取出巖芯，打入加工好的127mm孔口管，并用鋼筋焊接(至少有4個(gè)固定點(diǎn)）固定在管片上，然后安裝球閥和孔口密封裝置（如下圖所示）。用898mm凍結(jié)管作鉆桿,凍結(jié)管之間采用套管絲扣連接，將接頭螺紋緊固后再用手工電弧焊焊接，應(yīng)確保凍結(jié)管的

16、同心度和焊接強(qiáng)度，做好這些工作后，開始進(jìn)行二次開孔. 凍結(jié)孔開孔密封裝置示意圖1。2鉆進(jìn)防水土涌入控制剛開始鉆進(jìn)時(shí)采用輕壓緩慢鉆進(jìn)，通過密封裝置（即密封盒）控制鉆進(jìn)時(shí)的出泥量,防止水土涌入。2、隧道變形控制為防止聯(lián)絡(luò)通道附近成型隧道的變形，在積極凍結(jié)之前，應(yīng)安裝隧道預(yù)應(yīng)力支撐,如圖21所示。支撐共4榀，分別安裝在聯(lián)絡(luò)通道的預(yù)留口兩側(cè)的第一條隧道管片環(huán)縫處。圖21預(yù)應(yīng)力支撐2.1、隧道支撐安裝偏離管片環(huán)縫處截面應(yīng)不大于20mm；2。2、安裝好隧道支撐后頂實(shí)千斤頂 ，但每個(gè)千斤頂?shù)捻斄Σ坏么笥?00kn,且每個(gè)千斤頂?shù)捻斄σ揪鶆颍?。3、根據(jù)實(shí)測(cè)隧道的收斂變形調(diào)整每個(gè)千斤頂?shù)捻斄Γ諗看蟮牟课?/p>

17、要求千斤頂頂力大,不收斂的部位不加力.隧道收斂達(dá)到報(bào)警值10mm時(shí),千斤頂頂力達(dá)到設(shè)計(jì)值500kn；2.4、當(dāng)如千斤頂頂力達(dá)到設(shè)計(jì)值后隧道仍繼續(xù)收斂,則應(yīng)采取其它措施加強(qiáng)隧道支撐。3、防淹門裝置為防止帷幕發(fā)生大量砂、水涌出，或位移變形超值，其它措施搶救無(wú)效的情況下，為確保通道開挖的安全，鋼管片拆除前須按圖3-1、3-2分別安裝通道應(yīng)急防護(hù)門。圖31應(yīng)急防護(hù)門安裝示意圖圖32應(yīng)急防護(hù)門安裝實(shí)物圖4、鋼管片拆除施工管片拆除時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)極大，所以管片拆除前應(yīng)做好以下幾點(diǎn)： 4.1、在拆除鋼管片開洞前,利用扭矩扳手將聯(lián)絡(luò)通道前后各1015環(huán)管片的縱向和環(huán)向連接螺栓全部進(jìn)行復(fù)緊，包括鋼管片和砼管片間的連接螺

18、栓; 4。2、此外將未拆除鋼管片的環(huán)、縱縫進(jìn)行焊接連接，提高鋼管片門架結(jié)構(gòu)的剛度和整體穩(wěn)定性。焊接前應(yīng)首先對(duì)拼裝縫進(jìn)行除銹除垢處理,避免虛焊。 4.3、應(yīng)急防護(hù)門必須裝好，且完成密閉試驗(yàn); 4。4、必須探明凍結(jié)效果；5、聯(lián)絡(luò)通道開挖由于土體采用凍結(jié)法加固，凍土強(qiáng)度較高，凍結(jié)帷幕承載能力大，因而開挖時(shí)可以采用分上下臺(tái)階法開挖，其開挖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工就不熬述，就凍結(jié)法聯(lián)絡(luò)通道開挖步序做一介紹，如圖51所示先挖1區(qū)導(dǎo)洞,然后依次開挖2區(qū)、3區(qū)、4區(qū)、5區(qū)、6區(qū)圖51 聯(lián)絡(luò)通道開挖施工次序示意圖6、凍結(jié)孔封孔凍結(jié)孔封堵施工也是一個(gè)比較關(guān)鍵的工序，如封孔質(zhì)量控制不好，將后患無(wú)窮，尤其在含具腐蝕性的地下水地

19、層中。上海某已運(yùn)營(yíng)的地鐵隧道從聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)孔處涌沙的現(xiàn)象也存出現(xiàn)過。7、融沉注漿融沉注漿分充填注漿和融沉注漿兩部分7.1、填充注漿 根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)填充注漿在停止凍結(jié)前施工完成較好:原因：在凍結(jié)體與結(jié)構(gòu)間形成一個(gè)密閉的腔體,注漿效果好，如果按設(shè)計(jì)停止凍結(jié)2-3天后注漿，凍結(jié)薄弱的管片與凍結(jié)體接觸部位已經(jīng)融化，形成通道，達(dá)不到填充效果。7。2、融沉控制 為了控制凍融沉降和失水固結(jié)沉降，融沉注漿應(yīng)少量多次進(jìn)行。四、凍結(jié)法聯(lián)絡(luò)通道施工應(yīng)急材料準(zhǔn)備 凍結(jié)法聯(lián)絡(luò)通道施工期間其應(yīng)急設(shè)備及物資的準(zhǔn)備一定要有正對(duì)性。1、 凍結(jié)孔施工期間凍結(jié)孔孔徑大35cm的圓木楔子10個(gè)，雙快水泥0.5t，普通水泥1t，棉紗50kg，8磅大錘一把，單液注漿機(jī)一臺(tái)；2、通道開挖期間小木楔子