垂直冷冻施工技术(DOC 15页)
17页1、328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
2、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
3、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
4、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
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