人工地層凍結(jié)技術(shù)

人工地層凍結(jié)技術(shù)大綱概述凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題凍結(jié)法的風(fēng)險(xiǎn)凍結(jié)法的施工監(jiān)測(cè)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)與內(nèi)容若干管理問(wèn)題概述人工地層凍結(jié)法的基本原理與特點(diǎn)凍結(jié)法的發(fā)展歷史凍結(jié)法的應(yīng)用凍結(jié)法的基本原理與特點(diǎn)人工地層凍結(jié)法(ArtificialGroundFreezing,AGF)（簡(jiǎn)稱(chēng)“凍結(jié)法”），是利用人工制冷技術(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。凍結(jié)法的基本原理與特點(diǎn)凍結(jié)巖土性質(zhì)的改變 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”。巖土凍結(jié)實(shí)質(zhì)1凍結(jié)法的基本原理與特點(diǎn)較高的強(qiáng)度絕對(duì)的封水性?xún)鐾两Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)2凍結(jié)法的基本原理與特點(diǎn)結(jié)構(gòu)——承載封水——不承載凍土結(jié)構(gòu)功能3凍結(jié)法的基本原理與特點(diǎn)基本原理4凍結(jié)法的基本原理與特點(diǎn)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℃)制冷方法5巖土工程凍結(jié)制冷技術(shù)通常利用物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài),即氣化過(guò)程的吸熱現(xiàn)象來(lái)完成的。有兩種類(lèi)型：凍結(jié)法的基本原理與特點(diǎn)凍結(jié)系統(tǒng)常有兩種類(lèi)型：封閉系統(tǒng)（鹽水凍結(jié)）開(kāi)放系統(tǒng)（液氮凍結(jié)）制冷方法5凍結(jié)法的基本原理與特點(diǎn)凍結(jié)法適用于任何地層凍結(jié)法的適應(yīng)性6凍結(jié)法的基本原理與特點(diǎn)凍土帷幕的變化性?xún)鐾练秶勺?；凍土溫度可變；凍土?qiáng)度可變（強(qiáng)度是溫度的函數(shù)）凍土帷幕的連續(xù)性水在負(fù)溫下結(jié)冰的必然性?xún)鐾玲∧坏目芍酝ㄟ^(guò)溫度測(cè)試可判斷凍結(jié)范圍、凍土強(qiáng)度凍結(jié)法特點(diǎn)7凍結(jié)法的基本原理與特點(diǎn)安全性好凍土強(qiáng)度較高凍土連續(xù)性可靠、封水性好適用性強(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）靈活性高凍土帷幕性狀（范圍、形狀、溫度、強(qiáng)度）可控經(jīng)濟(jì)性較好環(huán)保性能好——“綠色工法”凍結(jié)法優(yōu)點(diǎn)8凍結(jié)法的基本原理與特點(diǎn)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)差異沉降和長(zhǎng)期沉降風(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)效果凍結(jié)法缺點(diǎn)9凍結(jié)法的發(fā)展歷史1862年，英國(guó)威爾士(SouthWales)的建筑基礎(chǔ)施工首次使用人工地層凍結(jié)法，失敗*1880年，德國(guó)工程師F.H.Poetch首先提出人工凍結(jié)法原理并獲專(zhuān)利1883年，德國(guó)阿爾巴里煤礦成功地采用凍結(jié)法建造井筒兩年后（1886年[1]），瑞典人開(kāi)始使用冷凍，用凍結(jié)法在斯特哥爾摩掘進(jìn)了一條隧道。德國(guó)人和瑞典人之后是法國(guó)人（1906年[1]

）1888年，美國(guó)人用于煤礦礦井開(kāi)挖1928年，蘇聯(lián)在德國(guó)人的幫助下，在Соликам鉀礦首次成功使用人工地層凍結(jié)法鑿井1933年，蘇聯(lián)在工程師特魯巴克(Трупак)領(lǐng)導(dǎo)下，在莫斯科地鐵1號(hào)線(xiàn)成功使用人工地層凍結(jié)法修建三個(gè)地鐵站的扶梯斜隧道以及若干隧道工作井

1942年，巴西26層高樓不均勻沉降修正[1]1955年，中國(guó)煤礦首次采用凍結(jié)法鑿井1960年，加拿大雙拱鐵道隧道隔墻拆除工程[1]1962年，日本開(kāi)始使用凍結(jié)法于市政工程（大阪水管越江[2]）（無(wú)礦山工程）70年代初，北京地鐵首次應(yīng)用凍結(jié)法1994年，臺(tái)北捷運(yùn)新店線(xiàn)CH221標(biāo)[1]凍結(jié)法的應(yīng)用土木工程、巖土工程

礦山鑿井：豎井、斜井

隧道施工：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(xiàn)工程

基礎(chǔ)加固

邊坡加固環(huán)境保護(hù)：污染物處理土工試驗(yàn)：原狀土取樣其他：泥漿除水凍結(jié)法的應(yīng)用1955年，由波蘭引進(jìn)了立井凍結(jié)法鑿井技術(shù)，在開(kāi)灤林西煤礦風(fēng)井建成了第一口立井，在中國(guó)開(kāi)創(chuàng)了人工地層凍結(jié)法的先河截止1994年未的40年間，我國(guó)已采用凍結(jié)法開(kāi)鑿了390多個(gè)井筒，總長(zhǎng)度超過(guò)66km.截止2007年，我國(guó)已采用凍結(jié)法開(kāi)鑿了500多個(gè)井筒，總長(zhǎng)度超過(guò)70km[1].蘇聯(lián)（俄羅斯）凍結(jié)法鑿井400多個(gè)，當(dāng)時(shí)規(guī)模最大目前中國(guó)最大凍結(jié)深度達(dá)到737米[1]，水平凍結(jié)長(zhǎng)度達(dá)到147.8米豎井鑿井1凍結(jié)法的應(yīng)用主要國(guó)家最大凍結(jié)深度國(guó)家英國(guó)加拿大波蘭比利時(shí)德國(guó)蘇聯(lián)法國(guó)中國(guó)荷蘭最大凍深(m)930915725638628620550737338凍結(jié)法的應(yīng)用自1933年起，蘇聯(lián)（俄羅斯）在地鐵使用人工地層凍結(jié)法修建扶梯斜隧道100多條，總長(zhǎng)超過(guò)5km.斜井、傾斜隧道2凍結(jié)法的應(yīng)用蘇聯(lián)地鐵扶梯傾斜隧道凍結(jié)法的應(yīng)用Boston：隧道通過(guò)俄式百年建筑

隧道3凍結(jié)法的應(yīng)用瑞士：Limmat河底隧道

隧道3凍結(jié)法的應(yīng)用盾構(gòu)進(jìn)出洞4日本：大直徑盾構(gòu)到達(dá)垂直凍結(jié)凍結(jié)法的應(yīng)用大連路隧道 翔殷路隧道盾構(gòu)進(jìn)出洞4凍結(jié)法的應(yīng)用頂管進(jìn)出洞4凍結(jié)法的應(yīng)用隧道聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)5凍結(jié)法的應(yīng)用隧道聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)5凍結(jié)法的應(yīng)用隧道聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)5凍結(jié)法的應(yīng)用隧道聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)5凍結(jié)法的應(yīng)用隧道聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工5凍結(jié)法的應(yīng)用隧道擴(kuò)建6凍結(jié)法的應(yīng)用基坑7凍結(jié)法的應(yīng)用基坑7凍結(jié)法的應(yīng)用“TheBigDig”-TheCentralArteryTunnel.Boston,USA穿越8凍結(jié)法的應(yīng)用穿越8凍結(jié)法的應(yīng)用日本大阪下水管垂直錯(cuò)高對(duì)接地下對(duì)接9凍結(jié)法的應(yīng)用日本9.8m泥水盾構(gòu)水下對(duì)接地下對(duì)接9凍結(jié)法的應(yīng)用上海軌道交通4號(hào)線(xiàn)董家渡坍塌隧道事故修復(fù)10凍結(jié)法的應(yīng)用南京地鐵2號(hào)線(xiàn)“中~元”區(qū)間坍塌隧道事故修復(fù)10一號(hào)線(xiàn)左線(xiàn)隧道尚未施工一號(hào)線(xiàn)元通站二號(hào)線(xiàn)元通站

完好隧道清理（鐵三局實(shí)施）一號(hào)線(xiàn)元通站二號(hào)線(xiàn)元通站展覽中心金奧大廈

破損隧道范圍修復(fù)（隧道公司實(shí)施）約150m二號(hào)線(xiàn)中和村站凍結(jié)加固區(qū)域凍結(jié)法的應(yīng)用盾構(gòu)長(zhǎng)距離推進(jìn)盾尾密封鋼絲刷磨損后的更換（上海長(zhǎng)江隧道）事故修復(fù)10凍結(jié)法的應(yīng)用管線(xiàn)工程11凍結(jié)法的應(yīng)用基礎(chǔ)加固12凍結(jié)法的應(yīng)用邊坡加固13凍結(jié)法的應(yīng)用屏障14凍結(jié)法的應(yīng)用屏障14凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題凍土熱、物理力學(xué)性質(zhì)熱傳導(dǎo)與溫度場(chǎng)土體凍脹、融沉凍土解凍凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題主要參數(shù)：比熱、熱傳導(dǎo)系數(shù)、潛熱、結(jié)冰溫度等最主要影響因素：含水量特點(diǎn)：凍土與未凍土的熱力學(xué)參數(shù)有明顯區(qū)別熱力學(xué)性質(zhì)1凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題強(qiáng)度：?jiǎn)屋S抗壓、抗拉、抗剪、粘聚力、內(nèi)摩擦角、變形模量、泊淞比等主要影響因素：溫度、含水量、未凍水含量、粒徑、孔隙率、荷載特點(diǎn)：凍土是流變材料，力學(xué)性質(zhì)隨時(shí)間變化物理力學(xué)性質(zhì)2凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題n－隨土性變化的參數(shù)， 砂性土n→0.5黏性土n→1；a,b－與凍土的孔隙度、含水量相關(guān)的系數(shù)。單軸抗壓強(qiáng)度2.1同等條件下，凍土強(qiáng)度是溫度的函數(shù)：?jiǎn)屋S極限抗壓強(qiáng)度與溫度的關(guān)系（日本）凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題在相同溫度下，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(guò)飽和時(shí)，強(qiáng)度隨含水量降低。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。單軸抗壓強(qiáng)度2.1單軸極限抗壓強(qiáng)度與總含水量的關(guān)系1－砂；2－亞砂；3－黏土；4－粉質(zhì)黏土（俄羅斯）凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題凍土抗拉強(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2~6倍?？估?、抗剪強(qiáng)度2.2凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題導(dǎo)熱形態(tài)凍結(jié)發(fā)展動(dòng)態(tài)過(guò)程溫度場(chǎng)與平均溫度熱傳導(dǎo)與溫度場(chǎng)3凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題凍結(jié)管凍結(jié)過(guò)程是非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題凍結(jié)后期，熱交換趨于平衡，可近似看作穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題溫度場(chǎng)分析時(shí)一般看作穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題導(dǎo)熱形態(tài)3.1凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題單排凍結(jié)管凍結(jié)過(guò)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)單管凍結(jié)：管間獨(dú)立凍結(jié)，凍土呈圓柱狀發(fā)展管間影響凍結(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，凍土呈橢圓柱形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(mǎn)，凍土墻兩側(cè)呈直線(xiàn)形。之后凍土直墻繼續(xù)向兩側(cè)發(fā)展。凍結(jié)發(fā)展動(dòng)態(tài)過(guò)程3.2凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題單管凍結(jié)溫度場(chǎng)(Н.Г.Трупак,1954

)溫度場(chǎng)與平均溫度3.2單排管直墻溫度場(chǎng)：主面(II-II)： 界面(III-III)：平均溫度為主面平均溫度和界面平均溫度之平均：凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題事實(shí)上，Н.Г.Трупак公式在凍土交圈后誤差很大。Ф.Э.Арэ提出，凍結(jié)壁平均溫度按整個(gè)凍結(jié)壁體積積分平均值計(jì)算，而溫度公式利用Н.Г.Трупак的那些。即平均溫度為：溫度場(chǎng)與平均溫度3.2經(jīng)簡(jiǎn)化處理后，這個(gè)方法比Н.Г.Трупак的方法簡(jiǎn)單而更準(zhǔn)確。凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題計(jì)算凍土帷幕平均溫度的公式還有很多：Е.М.Степанова：Г.М.Крастошевский：И.Д.Насонов（莫斯科礦業(yè)大學(xué)）：中國(guó)（“成冰公式”）：溫度場(chǎng)與平均溫度3.2等等。這些公式均有各自的使用條件和優(yōu)點(diǎn)。凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題單排管直線(xiàn)形凍土帷幕任意點(diǎn)(x,y)的溫度：平均溫度：其中：l為凍結(jié)管間距；為凍土帷幕單側(cè)厚度；r0為凍結(jié)管外半徑；tCT為凍結(jié)管表面溫度。直線(xiàn)形凍土帷幕溫度場(chǎng)解析解3.3凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題成冰公式假設(shè)凍結(jié)溫度為0℃。以上長(zhǎng)度單位為m。當(dāng)開(kāi)挖后井邦表面溫度低于0℃時(shí)，凍結(jié)壁有效厚度中的平均溫度為式中——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，

＝0.25～0.30

tn——井幫溫度，℃直線(xiàn)形凍土帷幕溫度場(chǎng)解析解3.3凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題雙排管直線(xiàn)形凍土帷幕任意點(diǎn)(x,y)的溫度：直線(xiàn)形凍土帷幕溫度場(chǎng)解析解3.3主面 界面 軸面凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題直線(xiàn)形凍土帷幕溫度場(chǎng)解析解3.3凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題平均溫度其中L為凍結(jié)管排距；l為排內(nèi)凍結(jié)管間距；為凍結(jié)管到凍土帷幕邊界的厚度。直線(xiàn)形凍土帷幕溫度場(chǎng)解析解3.3l/20l/4L/2xy凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題凍脹、融沉機(jī)理凍脹力融沉量?jī)雒?、融沉控制措施凍脹與融沉4凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題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(lái)遷移水分則體積增大1.09%（分凝凍脹）。所以開(kāi)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。凍脹機(jī)理4.1凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題因此，凍脹量的主要影響因素是凍土的導(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(guān)因素可表現(xiàn)為：內(nèi)因：土的粒徑、組織構(gòu)造、透水系數(shù)、鹽分濃度等；外因：約束應(yīng)力、凍結(jié)速度、凍結(jié)歷時(shí)、孔隙水壓等?？傊?，凍脹是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題。凍脹機(jī)理4.1凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)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。凍脹機(jī)理4.1凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題凍結(jié)參數(shù)對(duì)的凍脹量的影響凍結(jié)速度：在一定范圍內(nèi)，凍脹量與凍結(jié)速度成正比。凍結(jié)歷時(shí)：凍結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)，凍脹凍脹量越大。凍結(jié)溫度：凍結(jié)溫度越低，凍脹凍脹量越大。凍脹機(jī)理4.1凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題衡量?jī)雒浀闹饕笜?biāo)是凍脹率。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。一般按凍脹率大小來(lái)劃分土壤凍脹等級(jí)。凍脹機(jī)理4.1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11<3.53.5<66<1212<凍脹率（俄羅斯）11<44<77<1010<美國(guó)（寒區(qū)研究和工程實(shí)驗(yàn)室）用凍脹速度進(jìn)行分級(jí)。凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題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(chēng)“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。凍脹力4.2凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題封閉式凍土帷幕的凍結(jié)過(guò)程中，交圈前幾乎不顯現(xiàn)凍脹力，開(kāi)始交圈時(shí)凍脹力開(kāi)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(guò)程中，凍脹力變化不明顯，有的略有增長(zhǎng)，有的略有降低。凍脹力4.2封閉式凍土帷幕凍脹力的發(fā)展特征（復(fù)興東路隧道）凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題凍土融化后產(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(lái)描述融化沉降，用壓縮系數(shù)Ar來(lái)描述壓縮沉降。通常，融沉量大于凍脹量。融沉機(jī)理4.3（實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)）凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題與凍脹類(lèi)似，融沉的影響因素有：內(nèi)因：土的熱學(xué)、物理、力學(xué)性質(zhì)等。外因：溫度、溫度梯度、壓力等。融沉機(jī)理4.3凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題凍土融沉性，可用融沉率表示。工程上融沉量的估算可以簡(jiǎn)單地用融沉率與凍土高度的乘積來(lái)計(jì)算。融沉量4.3凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題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(lái)不及，無(wú)法形成大量冰晶體凍脹抑制措施4.5凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題減小凍脹力的措施主要有：避免采用封閉式凍土帷幕限制凍結(jié)范圍卸壓孔凍脹釋放管凍脹力減小措施4.5凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題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。凍脹、融沉綜合控制措施4.5凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題“CJG+凍結(jié)”工法（日本）凍脹、融沉綜合控制措施4.5凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題“CJG+凍結(jié)”工法（日本）凍脹、融沉綜合控制措施4.5凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題人工凍土的解凍有三種情況：1.中斷或終止凍結(jié)時(shí)的自然解凍；2.鹽水泄漏導(dǎo)致的解凍；3.強(qiáng)制解凍。人工凍土解凍5凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題自然解凍速度與凍土量、凍土溫度、環(huán)境溫度及周?chē)崃肯嚓P(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1~2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。自然解凍5.1停凍后每日解凍厚度凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題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?xún)鐾林?，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(lái)安全威脅。鹽水泄漏解凍5.2鹽水泄漏后解凍厚度凍結(jié)法的理論與工程問(wèn)題強(qiáng)制解凍是指通過(guò)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200-300天，用60℃熱水循環(huán)需要約60天，如用溫度90℃，解凍時(shí)間減半（60天減到30天)。強(qiáng)制解凍5.3自然解凍和強(qiáng)制解凍厚度共同作用效果重大風(fēng)險(xiǎn)控制措施三大風(fēng)險(xiǎn):從結(jié)構(gòu)內(nèi)向外鉆孔

–水土涌入凍結(jié)與開(kāi)挖

–管片變形凍土帷幕失效

–水淹與隧道坍塌重大風(fēng)險(xiǎn)控制措施采用孔口防噴裝置(BOP)從結(jié)構(gòu)內(nèi)向外鉆孔1重大風(fēng)險(xiǎn)控制措施管片預(yù)應(yīng)力變形控制支架隧道變形控制2重大風(fēng)險(xiǎn)控制措施安全門(mén)

防淹裝置3凍結(jié)法信息化施工系統(tǒng)人工地層凍結(jié)是動(dòng)態(tài)過(guò)程，是隨時(shí)間變化的。凍土帷幕的性狀受制冷系統(tǒng)運(yùn)行狀況、地質(zhì)條件、邊界散熱、施工工況等諸多因素的影響。凍土性質(zhì)、凍土帷幕的結(jié)構(gòu)狀態(tài)都是溫度的函數(shù)，而凍土帷幕溫度場(chǎng)是隨時(shí)變化的。為保證凍土帷幕的安全和有效，必須實(shí)時(shí)掌握相關(guān)的各種參數(shù)。因此，人工地層凍結(jié)法是必須實(shí)行信息化施工的一種工法。

凍結(jié)法信息化施工系統(tǒng)凍結(jié)系統(tǒng)：鹽水溫度、流量等凍土溫度：凍土帷幕狀態(tài)（厚度等）凍脹：凍脹力、結(jié)構(gòu)受力及變形融沉：結(jié)構(gòu)、土體、地面、構(gòu)筑物變形監(jiān)測(cè)內(nèi)容1凍結(jié)法信息化施工系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2凍結(jié)法信息化施工系統(tǒng)凍土溫度傳感器采用美國(guó)DALLAS公司出品的1-wireBus（一線(xiàn)總線(xiàn)）數(shù)字溫度傳感器。按照測(cè)點(diǎn)位置需要，把若干個(gè)傳感器封裝在耐低溫套裝內(nèi)特制成凍土測(cè)溫電纜。鹽水溫度傳感器同樣采用美國(guó)DALLAS公司出品的1-wireBus（一線(xiàn)總線(xiàn)）數(shù)字溫度傳感器。傳感器用不銹鋼封裝特制成管道專(zhuān)用測(cè)溫傳感器。凍脹力傳感器采用TYJ2.5型豎式土壓力傳感器，量程2.5MPa。傳感器3凍結(jié)法信息化施工系統(tǒng)凍土測(cè)溫電纜4凍結(jié)法信息化施工系統(tǒng)鹽水溫度傳感器5凍結(jié)法信息化施工系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能數(shù)據(jù)管理功能數(shù)據(jù)分析功能信息反饋功能系統(tǒng)功能6凍結(jié)法信息化施工系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)7凍土溫度鹽水溫度凍結(jié)法信息化施工系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析8凍土帷幕溫度場(chǎng)的分析是一項(xiàng)重要內(nèi)容。溫度場(chǎng)的三維圖、二維云圖、等溫線(xiàn)圖及其復(fù)合圖，對(duì)溫度場(chǎng)的分析很有幫助。同時(shí)，這些可視化圖形形象地反映了溫度場(chǎng)分布，對(duì)了解凍土帷幕狀態(tài)和施工決策非常有幫助。凍結(jié)法信息化施工系統(tǒng)凍土帷幕溫度場(chǎng)可視化9凍結(jié)法信息化施工系統(tǒng)凍土帷幕溫度場(chǎng)可視化9平均溫度曲線(xiàn)凍土帷幕厚度時(shí)間曲線(xiàn)凍結(jié)法信息化施工系統(tǒng)凍土帷幕性狀10凍結(jié)法信息化施工系統(tǒng)凍土帷幕形狀11凍結(jié)法信息化施工系統(tǒng)施工溫度變化12凍結(jié)法信息化施工系統(tǒng)信息反饋13凍土帷幕性狀的最重要參數(shù)，如溫度、厚度等，都是隨時(shí)間變化的，凍結(jié)系統(tǒng)異常會(huì)直接影響到凍土帷幕性質(zhì)的改變。因此，凍結(jié)法是一種必須嚴(yán)密監(jiān)測(cè)、進(jìn)行信息化施工的工法。在整個(gè)凍結(jié)和開(kāi)挖過(guò)程中，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，分析反饋信息，提供指導(dǎo)安全施工大各種有用信息，對(duì)工程中出現(xiàn)的異常情況，及時(shí)作出報(bào)警，保障了凍結(jié)施工的安全。凍結(jié)法信息化施工系統(tǒng)日本14驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)容驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn):設(shè)計(jì)方案圖紙與技術(shù)要求相關(guān)規(guī)程（參考）上海市工程建設(shè)規(guī)范《旁通道凍結(jié)法技術(shù)規(guī)程》（