人工地层冻结技术

概述
1 基本原理
概述
2 制冷方法
岩土工程冻结制 冷技术通常利用物质 由液态变为气态,即 气化过程的吸热现象 来完成的。
有两种类型：
冷媒剂(盐水)吸热：氨 (-33.4℃)；干冰(-78.5℃)

直接气化吸热：液氮(-195.8℃)；干冰(-78.5℃)
概述
3 冻土结构特点

冻土帷幕强度高→冻 土体积小→冻胀融沉 小
冻结法的应用
4 顶管进出洞
冻结法的应用
5 隧道联络通道冻结法施工
冻结法的应用
5 隧道联络通道冻结法施工
冻结法的应用
5 隧道联络通道冻结法施工
冻结法的应用
6 基坑
冻结法的应用
6 基坑
冻结法的应用
7 穿越
Boston, USA
冻结法的应用
7 穿越
15° 5200,
60° 46.8° 36° 22° 17° 12° 3° -6° -15° -24° -33° -42° -52° -56°
°C 3 D13 D 7～ ° 7 , 0 8 105 D ～D15 8377,6° 14 D ～D17 7367,6° 16 ,4.5°C1、C2 3000 6761,3° D18～D19 2000,0°C5 、C 6 6807,0° D20～D 21
目前中国最大冻结深度达到737米，水平冻结长度 达到147.8米。
冻结法的应用 主要国家最大冻结深度（－1991）
国家 英国
加拿 比利 波兰 德国 苏联 法国 中国 荷兰 大 时
最大 冻深 930 (m)
915
725
638
628
620
550
925
338
冻结法的应用
2 斜井、倾斜隧道
0
79
9060,10°D34～ 10 ,D38 27 °D C4 30～ ° D 31 34 , 00 50
冻结方案
1 竖井冻结
冻结方案
1 竖井冻结
冻结方案
1 竖井冻结
冻结方案
2 斜井冻结
冻结方案
2 斜井冻结
冻结方案
3 水平隧道冻结
冻结方案
3 水平隧道冻结
冻结方案
3 水平隧道冻结
冻结方案
4 盾构进出洞冻结
冻结方案
4 盾构进出洞冻结
冻土加固范围
冻土加固范围
破洞范围
破洞范围
a
b
冻结方案
4 盾构进出洞冻结
人工地层冻结技术
大
纲
概述 冻结法的发展历史 冻结法的应用 冻结方案 冻结法的理论与工程问题 冻结法的施工监测 工程实例
概述
人工地层冻结法(Artificial Ground Freezing, AGF)（简 称“冻结法”），是利用人工制冷技术,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。
绝对的封水性 较高的强度 安全性 可知性 变化性
概述
4 冻土结构功能

结构——承载 封水——不承载 屏障——隔绝污染
概述
5 冻结法特点

可见


可控
可靠
冻结法的发展历史
1862年，英国威尔士(Wales)的建筑基础施工首次使用人工地层冻结法，失败* 1880年，德国工程师 F.H. Poetch首先提出人工冻结法原理并获专利 1883年，德国阿尔巴里煤矿成功地采用冻结法建造井筒
冻结法的应用
土木工程、岩土工程 矿山凿井：竖井、斜井 隧道施工：隧道掘进；盾构、顶管进出洞、联络通道 基坑工程 穿越 地下对接 管线工程 事故处理 基础加固 边坡加固 环境保护：污染物处理 土工试验：原状土取样 其他：泥浆除水

冻结法的应用
1 竖井凿井
1955年，由波兰引进了立井冻结法凿井技术，在 开滦林西煤矿风井建成了第一口立井，在中国开创 了人工地层冻结法的先河。 截止2013年未的60年间，我国已采用冻结法开凿 了700多个井筒，总长度超过120km. 苏联（俄罗斯）冻结法凿井400多个。
冻结方案
4 盾构进出洞冻结
冻结方案
5 隧道联络通道冻结
11000 B A C
71
9
0 75
钻 机 隧道 -16.89 冷冻板
R2
80 6
R3 10 0
隧道
冷冻板
-23.07
冻结孔
50
2
A
C
B
冻结孔布置剖面图
设计冻结壁边界，根 据设计冻结壁范围进 行强度刚度验算和冻 结孔布置
5 隧道联络通道冻结
两年后（1886年[1]），瑞典人开始使用冷冻，用冻结法在斯特哥尔摩掘进了一条隧道。德国人和瑞 典人之后是法国人（1906年[1] ）。 1928年，苏联在德国人的帮助下，在Соликам钾矿首次成功使用人工地层冻结法凿井 1933年，苏联在工程师特鲁巴克(Трупак)领导下，在莫斯科地铁 1号线成功使用人工地层冻结法修 建三个地铁站的扶梯斜隧道 1942年 ，巴西26层高楼不均匀沉降修正[1] 1955年，中国煤矿首次采用冻结法凿井 1960年，加拿大双拱铁道隧道隔墙拆除工程[1] 1962年，日本开始使用冻结法于市政工程（大阪水管越江[2]）（无矿山工程） 60年代末，北京地铁首次应用冻结法 1994年，台北捷運新店線 CH221 標 [1]
D1 ～D 6
350
0,3 0
40°
11.2°
-62° -74° -88°
78
77
7003,-3° D22～D23 7234,-8° D 24～D25 8750 ,-14 °D2 ～ 825 6 D 0,27 20° D28～ D29
-65° -74°
-88°
6ຫໍສະໝຸດ Baidu ,-
80 ,-
41 °
34 ° D32 ～ D 33 D3 9～ D4
冻结法的应用
8 地下对接
日本大阪
下水管垂直错高对接
冻结法的应用
8 地下对接
日本9.8m泥水盾构 水下对接
冻结法的应用
9 管线工程
冻结法的应用
10 基础加固
冻结法的应用
11 边坡加固
冻结法的应用
12 屏障
冻结法的应用
12 屏障
冻结方案
0 方案类型
简单冻结 差异冻结 局部冻结 分期冻结
自 1933 年起，苏联（俄罗斯）在地铁使用 人工地层冻结法修建扶梯斜隧道 100多条，总 长超过5km.
冻结法的应用
苏联地铁扶梯倾斜隧道
冻结法的应用
苏联地铁扶梯倾斜隧道
冻结法的应用
3 隧道
冻结法的应用
3 隧道
冻结法的应用
4 盾构进出洞
大连路隧道
翔殷路隧道
冻结法的应用
4 盾构进出洞
日本： 「鋼管＋凍結」工法 优点：