凍結(jié)工程概述1

3凍結(jié)法施工3凍結(jié)法施工3.1概述3.2凍結(jié)法原理與設計原那么3.3凍土的物理、力學和熱性質(zhì)3.4表土段凍結(jié)法施工3.5凍結(jié)法施工組織設計3.1.1凍結(jié)法的本質(zhì)與特點3.1.2凍結(jié)法的來源與開展3.1.3凍結(jié)技術(shù)和措施3.1.4工程運用3.1概述§3.1.1凍結(jié)法的本質(zhì)與特點凍結(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，添加其強度和穩(wěn)定性，隔絕地下水與地下工程的聯(lián)絡，以便在凍結(jié)壁的維護下進展井筒或地下工程掘砌施工的特殊施工技術(shù)。3.1概述凍結(jié)法的本質(zhì)：利用人工制冷暫時改動巖土性質(zhì)以固結(jié)地層?！?.1.1凍結(jié)法的本質(zhì)與特點含水地層〔松散土層和裂隙巖層〕在結(jié)冰溫度下冷卻，巖石裂隙或土孔隙中的水轉(zhuǎn)換成冰，巖土的性質(zhì)將發(fā)生決議性的變化：資料：〔1〕土體中水分凍結(jié)，提高一定范圍內(nèi)巖土的強度〔2〕減低一定范圍巖土體浸透性——發(fā)明新工程資料構(gòu)造：在普通構(gòu)造內(nèi)部構(gòu)建了新的構(gòu)造。3.1概述

§3.1.1凍結(jié)法的本質(zhì)與特點凍結(jié)僅暫時發(fā)明凍土良好的承載、密封性能，為構(gòu)筑新的地下空間效力，施工后，凍土將解凍融化，土將逐漸恢復到未凍結(jié)形狀。在凍結(jié)法施工中，沒有像放射混凝土時的混凝土、板樁施工時的鋼板、注漿時的漿液資料等附加物質(zhì)進入地層。凍結(jié)法不污染環(huán)境，是“綠色〞施工方法。環(huán)境友好的施工方法??！3.1概述§3.1.1凍結(jié)法的本質(zhì)與特點凍結(jié)法的適用性任何松散體〔礫石層、砂層或粘性土層〕，當具有一定含水量時均可經(jīng)過凍結(jié)予以加固。凍結(jié)巖土體的方法：從土體中吸熱將裂隙充水礫石中6.5%體積的水由+10℃凍結(jié)到-8℃，需求約14000kcal熱量。3.1概述凍結(jié)的作用含水、松散土體凍結(jié)后抗壓強度明顯提高，類似混凝土。凍土的強度和彈性模量依賴于土的種類和含水量。影響凍土強度的主要要素是凍結(jié)溫度：飽和密實砂：-15℃時抗壓強度3.5MPa、彈模150MPa-20℃時抗壓強度5.5MPa、彈模280MPa與混凝土力學性質(zhì)明顯不同，凍土抗彎強度相對較大3.1概述§3.1.1凍結(jié)法的本質(zhì)與特點凍結(jié)法鑿井原理1-鹽水泵；2-蒸發(fā)器；4-緊縮機；7-冷凝器；11-節(jié)流閥；12-鹽水去路管；13-配液圈；14-凍結(jié)器；15-集液圈；16-鹽水回路管；17-井壁；18-凍結(jié)壁；19-測溫孔§3.1.1凍結(jié)法的本質(zhì)與特點3.1概述適用性強，幾乎不受地層條件限制

靈敏性好污染性小經(jīng)濟合理凍結(jié)法的特點能有效隔絕地下水§3.1.1凍結(jié)法的本質(zhì)與特點凍結(jié)法設計與施工(1)根據(jù)工程、地質(zhì)、水文和環(huán)境條件進展凍結(jié)設計：——確定凍土構(gòu)造方式——選擇制冷方式——布置凍結(jié)系統(tǒng)——確定凍結(jié)溫度——估算凍結(jié)時間，等。(2)待設計凍土構(gòu)造構(gòu)成后，在其維護下進展地下工程的掘進、支護和設備安裝等任務。3.1概述§3.1.2凍結(jié)法的來源與開展國外凍結(jié)施工情況1862年英國首先采用人工制冷方法加固建筑工程根底；1883年德國波茨舒凍結(jié)開鑿103m井筒，獲得凍結(jié)鑿井專利；1888年：美國，用于煤礦礦井開挖；1965年：加拿大，開挖1089米礦井，凍結(jié)深度684米;蘇聯(lián)1928年開場采用凍結(jié)法，至1990年共開鑿井筒400多個迄今為止，各國凍結(jié)井最大凍結(jié)深度英國930m，美國915m，波蘭860m，加拿大634m，比利時638m，前蘇聯(lián)620m，德國628m，法國550m，中國955m3.1概述§3.1.2凍結(jié)法的來源與開展國內(nèi)凍結(jié)施工情況我國于1955年在開灤林西風井初次采用凍結(jié)法施工第一個井筒〔直徑5.0m，深度105m〕，揭開了我國在表土不穩(wěn)定含水地層建立井筒的序幕。到如今已有近60年歷史，合計施工了500多個立井井筒，累計凍結(jié)總深度達80km。實際闡明：凍結(jié)法鑿井已成為我國處理深沉沖積層施工困難的最主要特殊施工方法。隨著國民經(jīng)濟的開展和新礦區(qū)的開發(fā)，新建礦井穿過的沖積層厚度和凍結(jié)深度呈騰躍式增長。3.1概述§3.1.2凍結(jié)法的來源與開展國內(nèi)凍結(jié)施工情況20世紀80年代，井筒穿過的沖積層最大厚度到達358.5m〔潘三東風井〕，凍結(jié)最大深度到達415m；20世紀90年代初，井筒穿過的沖積層最大厚度達374.5m〔陳四樓副井〕，凍結(jié)最大深度到達435m。程村礦主、副井：2003年4月和9月順利穿過了凍結(jié)段，創(chuàng)出我國已建成凍結(jié)井中最早經(jīng)過430m沖積層、凍結(jié)深度到達485m的凍結(jié)井筒凍結(jié)管無斷裂，井壁無壓壞和無漏水、井壁質(zhì)量優(yōu)良的優(yōu)良成果。3.1概述§3.1.2凍結(jié)法的來源與開展國內(nèi)凍結(jié)施工情況安徽淮南礦業(yè)集團公司丁集礦井風井井筒凍結(jié)段所穿過的地層為第四、第三系表土段及基巖風化帶，厚度為528.65m。凍結(jié)工程發(fā)明了從開機到停機僅365天的最短時間，確保了井筒掘砌平安順利經(jīng)過了528.65m的沖積層，凍結(jié)深度558m，且沒有發(fā)生一根凍結(jié)管斷裂事故；井筒掘砌工程發(fā)明了從正式開工到井筒平安經(jīng)過528.65m的沖積層、550m凍結(jié)段井壁順利落底時間僅205天，且外層井壁沒有發(fā)生任何開裂景象，外壁掘砌平均速度達80.5m/月好成果。3.1概述§3.1.2凍結(jié)法的來源與開展國內(nèi)凍結(jié)施工情況目前我國凍結(jié)法施工勝利的井筒數(shù)量達500多個；表土層凍結(jié)深度最深的井筒是安徽口孜東礦井副井井筒厚度達577.1m；最大凍結(jié)深度：華能甘肅能源核桃峪煤礦副井、風井的凍結(jié)深度955m。3.1概述§3.1.3凍結(jié)技術(shù)和措施制冷技術(shù)〔制冷系統(tǒng)、冷媒劑循環(huán)、冷卻水循環(huán)〕制冷循環(huán)普通包括四個過程：冷媒劑循環(huán)與凍結(jié)管相連，將地層熱量帶出冷卻水循環(huán)將冷媒劑攜帶的熱量釋放于大氣凍結(jié)法中，制冷劑普通用氨或氟里昂，冷媒劑通常用氯化鈣溶液〔鹽水〕緊縮—冷凝—降壓—蒸發(fā)3.1概述§3.1.3凍結(jié)技術(shù)和措施3.1概述1－鹽水泵；2－蒸發(fā)器；3－氨液分離器；4－氨壓縮機；5－油氨分離器；6－集油器；7－冷凝器；8－儲氨器；9－空氣分離器；10－冷卻水泵；11－節(jié)流閥；12－去路鹽水干管；13－配液圈；14－凍結(jié)器；15－集液圈；16－回路鹽水干管；17－井壁；18－凍結(jié)壁；19－測溫孔；20－水位觀測孔凍結(jié)法鑿井表示圖§3.1.3凍結(jié)技術(shù)和措施三大循環(huán)系統(tǒng)：氨循環(huán)系統(tǒng)、鹽水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。低溫鹽水在沿凍結(jié)管流動過程中，不斷吸收孔壁周圍巖土層的熱量，使巖土逐漸冷卻凍結(jié)而成。鹽水起傳送冷量的作用，稱為冷媒劑。鹽水的冷量是利用液態(tài)氨氣化時吸收鹽水的熱量而制取的，所以氨叫做制冷劑。3.1概述20氨循環(huán)鹽水循環(huán)冷卻水循環(huán)液態(tài)氨：氣態(tài)氨：去油脂：低溫鹽水：加熱鹽水：常溫冷卻水：加熱冷卻水：3.1概述§3.1.3凍結(jié)技術(shù)和措施凍結(jié)管——將冷量注入地層的關(guān)鍵設備垂直凍結(jié)管：如基坑、礦井，垂直鉆進技術(shù)，目前技術(shù)程度，垂直鉆1000m深孔，偏斜率可控制在3‰程度凍結(jié)管：如隧道，必需采用特殊的程度鉆孔技術(shù)。目前，程度凍結(jié)孔鉆進長度普通50~60m，德國杜塞爾多夫隧道一次鉆進長度到達115m凍結(jié)管的功能特殊，強度和密封必需可靠。深井凍結(jié)凍結(jié)管斷裂曾是一大難題：凍結(jié)管斷裂后，冷媒劑〔鹽水〕將融化凍土——凍土體“開窗〞，嚴重時可呵斥淹井事故。3.1概述§3.1.4工程運用立井施工3.1概述1－鹽水泵；2－蒸發(fā)器；3－氨液分離器；4－氨壓縮機；5－油氨分離器；6－集油器；7－冷凝器；8－儲氨器；9－空氣分離器；10－冷卻水泵；11－節(jié)流閥；12－去路鹽水干管；13－配液圈；14－凍結(jié)器；15－集液圈；16－回路鹽水干管；17－井壁；18－凍結(jié)壁；19－測溫孔；20－水位觀測孔§3.1.4工程運用立井施工3.1概述§3.1.4工程運用斜井施工3.1概述李家壩煤礦斜井凍結(jié)工程李家壩回風斜井設計凍結(jié)孔數(shù)357個，測溫孔12個，總計造孔數(shù)為369個，設計造孔量為46450米。凍結(jié)段程度長度.5米，斜長152.7米，凍結(jié)段垂直深度62.1米。

回風斜井凍結(jié)站裝配2臺HLG20ⅢA250型氨螺桿緊縮機、6臺HLG20ⅢAB110型氨螺桿緊縮機、3臺JZLG20型氨螺桿緊縮機及8臺LG20CAB280型氨螺桿緊縮機，總裝機容