冻结法施工解冻水害的机理及治理技术
冻结法施工讲稿(2013.10.16)
4、积极冻结
积极冻结，就是充分利用设备的全部能力，尽快加 速冻土发展，在设计时间内把盐水温度降到设计温度。 旁通道积极冻结盐水温度一般控制在25~28℃之间。
在冻结试运转过程中，定时检测盐水温度、盐 水流量和冻土帷幕扩展情况，必要时调整冻结系统 运行参数。冻结系统运转正常后进入积极冻结。
积极冻结的时间主要由设备能力、土质、环境等决 定的，伤害地区旁通道施工积极冻结时间基本在35天 左右。 在积极冻结过程中，要根据实测温度数据判断冻土 帷幕是否交圈和达到设计厚度，测温判断冻土帷幕交 圈并达到设计厚度后再进行探孔试挖，确认冻土帷幕
岩土工程开挖之前，在开挖的工程（如隧道、 竖井、基坑等）周围钻造钻孔（冻结孔），利用人 工制冷技术，通过冻结孔对地层进行制冷。即从冻 结站冷冻机出来的低温盐水，通过管路压入开挖工 程周围的冻结孔中，低温盐水作为冷媒在土体内冻 结孔中循环，吸收土体热量，增加自身显热，不断 循环制冷，使地层中的水结冰，将松散含水岩土变 成冻土，形成强度高，封闭性好的冻结壁（冻土帷 幕）隔绝地下水的联系，同时抵抗周围岩土的压力
发育，地层富水，稳定性差、导水性好，且与上覆 淤泥、砂层接触，其施工成败直接关系到地面居民 生命财产安全及国家财产安全，施工难度与风险都 很大，属于广州地铁二号线隧道难点工程之最。经 过多次技术分析论证和经济比较，确定采用水平冻 结法加固地层，矿山法开挖构筑的施工方案。本区 间隧道风机房竖井北侧（TK14+738.85m以北）左线 53米和右线63.5米设计采用全断面水平冻结法加固 地层。 二、工程地质条件 2.1地质概况 该段地质构造与地层岩性变化复杂。清泉街断 裂带与地铁线路斜交，中山纪念堂战基坑北侧56米 宽的破碎带为冻结加固的主要对象。该断层破碎带
2.1可有效隔绝地下水，其抗渗透性能是其它 工法无法相比的，对于含水量大于10%的任何含水、 松散、不稳定地层均可采用冻结法施工技术。 2.2冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件， 地质条件灵活布置和调整，冻土强度可达5-10Mpa， 能有效提高工效。 2.3冻结法是一种环保工法，对周围环境无污 染，无异物进入土壤，噪音小，冻结结束后，冻土 强融化，不影响建筑物周围地下结构。 2.4冻结施工用于桩基施工或其它工艺平行作 业，能有效缩短施工工期。
冻结辅助工法技术原理及其工艺
冻结辅助工法技术原理及其工艺作者：董杰来源：《世界家苑·学术》2018年第09期摘要：冻结法是利用人工制冷技术，将低温冷媒送入地层使地层中的水冻结，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隧道、竖井和地下工程的开挖与衬砌施工的特殊施工技术。
仅几十年来，该工法已从矿山逐步推广到城市地铁、水利工程、河底隧道等，越来越收到建设者们的青昧。
关键词：冻结辅助；工艺原理一岩土冻结方法（1）传统和较普遍的人工土冻结是低温盐水法，其原理是以氨、氟利昂或其它物质作为制冷工质进行压缩、节流膨胀的反复循环做功，将盐水降至负温，由负温盐水作为冷媒过在土体内埋设的管道循环，将冷量传递给需要冻结的岩土层，达到冻结局部岩土的目的。
它由三大循环系统构成：①氟利昂（或氨）循环系统；②盐水循环系统；③冷却水循环系统。
（2）发展和使用较晚的人工土冻结方法还有液氮法，即不需循环制冷，使液氮或干冰等在土体内发生相变，直接做为冷媒吸收土体热量，使土体降温致土中水分冻结，形成冻土体。
与低温盐水法相比，液氮人工冻结法具有深低温，冻结速度快、冻结强度高、无污染、易操作等优点。
二冻土的形成原理：1 冻结过程（1）冷却段：向土层供冷初期，土体温度逐渐降到冰点；（2）过冷段：土体温度达到O℃以下，土层中的自由水尚未结冰，呈现出过冷的现象；（3）突变段：水过冷后，一旦结晶就立即放出结冰潜热，出现升温现象；（4）冻结段：温度上升到接近。
O℃时稳定下来，土体中的自由水结冰过程，将矿物质颗粒胶结成整体，形成冻土；（5）继续冷却段：随着温度的降低，冻土的强度逐渐提高。
（如下图）总结：土壤冻结是随时间变化而变化的复杂的热过程。
土中孔隙水是逐渐冻结的，在一定的温度范围内，土壤处于由融土经塑性过渡到坚硬的冻土的中间状态，而不同土壤之过渡状态的温度不同。
2.冻土的组成冻土由三部分组成：骨架、冰和未冻水。
（1）骨架：矿物颗粒是冻土多相和多成分体系的主体，颗粒大小和形状直接影响冻土的性质，矿物成分对冻土的形成过程和性质都有很大的影响。
井筒冻结孔解冻涌水发生机制及其控制技术
井筒冻结孔解冻涌水发生机制及其控制技术吴璋;王晓东;武光辉;朱明诚【摘要】针对冻结井筒解冻后频繁发生涌水灾害的情况，通过工程实例分析了冻结技术、井筒地层条件及解冻涌水特征。
结果表明，涌水发生是由于解冻后冻结止水帷幕失效，冻结管周围地层介质渗透性增强，介质接触界面粘结强度降低而致界面缝隙扩大连通，使冻结钻孔连通含、隔水层而形成竖向导水通道，通道内高压水通过井筒薄弱部位发生涌水。
采取在井筒外围适宜地层开挖环形巷道，在环形巷道内逐个切断冻结管并向冻结管内外注浆加固，最后将环形巷道用混凝土回填，形成人工隔水塞层。
利用 RFPA2D–Flow 渗流耦合模型验证了该治理方案的可行性，且利用FLAC3D程序计算出环形巷道距离井壁7.50 m 是最佳开凿位置。
经该措施处理后的井筒涌水由原来的90 m3/h降低至2 m3/h，且井筒保持了稳定。
%In order to solve water inrush disaster from shaft freezing holes, based on analyzing the characteristic of freezing sinking technology, stratum condition and water inrush status from freezing holes after thawing in some projects, it is indicated that four reasons result in water inrush. Firstly, water-resisting curtain is failure after stra-tum thawing; secondly, the stratum penetrability increases around freezing holes; thirdly, the interface adhesion strength is reduced, as a result, the aquifer and aquifuge are connected during freezing holes to form vertical chan-nel for water;fourthly, the high confined water can spurt from weakest part of shaft. Calculating by RFPA2D–Flow seepage program, the project is workable, and the best radius is 7.50 m to dig circular impermeable tunnel by FLAC3D. digging circular tunnel at feasible stratum outside shaft andcutting off freezing pipe to grout, then back-filling the circular tunnel to form artificial aquifuge were taken, the quantity of water inrush was reduced from 90m3/h to 2m3/h, and the shaft was steady, reaching the aim of control and prevention of water inrush.【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】8页(P35-42)【关键词】冻结孔;井筒;涌水;发生机制;环形截水巷【作者】吴璋;王晓东;武光辉;朱明诚【作者单位】中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安 710077;中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安 710077;陕西彬长矿业集团，陕西咸阳713600;中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安 710077【正文语种】中文【中图分类】TD262冻结法凿井最早用于俄国金矿开采，后由德国工程师将该项技术拓展至煤矿矿井建设［1］。
冻结法施工原理
冻结法施工原理冻结法在地下工程中应用较广泛，特别是在地铁、隧道和沿海工程中得到了较好的应用效果。
本文将主要阐述冻结法在地下工程中的施工原理。
冻结法概述冻结法，是一种利用低温材料将地下的水固化，形成临时的坚固物质来防止水和泥土进入地下工程中的技术。
通过这种技术，可以保证地下工程不受地下水压力和泥水流影响，达到施工的目的。
冻结法原理冻结法的原理是将地下的水通过注入低温物质的方式使其冻结，在形成一层冰壳之后将其视作固体，使其对地下施工具有一定的支撑作用。
具体来说，由于地下水中的大多数矿物和大颗粒物质都会随着水一同被冻结在冰中，因此冰的强度会显著增加。
这就使得内部水压力无法将冰层挤破，从而达到了抵抗水压力的效果。
此外，施工时，在冰层上方填充泥浆、混凝土等松散质料时，由于冰的支撑作用，可以有效避免松散质料倾泻到施工区域，对施工造成影响。
冻结法施工流程冻结法施工流程大致分为以下几个步骤：1.确定施工区域范围和冻结液注入点，根据需要选择注入点的数量和位置，注入点之间应该均匀分布，以达到较好的效果。
2.在注入点注入冻结液，通常会采用井孔灌注的方式进行，将注入孔灌注到达一定的强度时，便可形成冰层。
注入冻结液的过程中，要注意掌握液体的渗透速度，避免影响效果。
3.冻结液注入完成后，需要等待一段时间，直至冰的结构和强度达到要求，才可进行下一步施工。
4.在冰层上方填充泥浆或混凝土等松散质料，进行二次施工。
5.当施工完成后，需要及时回收注入的冻结液，避免对环境造成影响。
冻结法的优势与其他施工方式相比，冻结法在以下几个方面具有明显优势：1.强度高。
冻结法在地下工程中形成的冰层硬度较高，能够有效支撑工程结构，避免结构坍塌。
2.抗水性强。
由于冻结法形成的冰层具有较高的抗水性，能够有效避免地下水渗漏，对工程的成品质量有着保障作用。
3.适用范围广。
冻结法在地下工程中的适用范围广，可以在砂质土、黏土、岩石等地质条件下适用。
4.施工工艺简单。
建筑工程解冻方案
建筑工程解冻方案前言在寒冷的冬季，建筑物的管道和设备往往会因为低温结冰而受到严重影响，这会对工程进度和施工质量产生不利影响。
因此，制定一套科学合理的解冻方案对于保障建筑工程施工的顺利进行具有重要意义。
本方案旨在探讨在寒冷环境下，如何有效地解决建筑物管道和设备的结冰问题，确保建筑工程的正常进行。
解冻原理及方法解冻的根本原理是将冰冻的水变为液态，这需要提高周围环境的温度，并增加冰的热量散失。
根据不同的环境条件和冰冻程度，可以采用以下几种解冻方法。
1. 循环加热法：将热水或蒸汽通过管道、设备等结冰部位进行循环加热，以提高结冰部位的温度，加速冰的融化。
这种方法对于冰冻严重、面积较大的结冰情况较为有效。
2. 局部加热法：对于结冰部位较为集中、面积不大的情况，可以采用局部加热的方法，比如利用电热丝、加热棒等设备对冰冻部位进行加热，以加速冰的融化。
这种方法适用于局部冻结的情况。
3. 化学溶解法：在冰冻管道或设备中加入化学融雪剂，通过融雪剂的化学作用，降低水的结冰点并加速冰的融化，从而解冻结冰部位。
但需要注意化学融雪剂的使用方法和剂量，以免对管道和设备造成损坏。
4. 特殊设备法：在一些特殊情况下，可以采用特殊的设备来进行解冻，比如利用高频电磁波、激光等技术对冰冻部位进行加热，以加速冰的融化。
但这种方法通常需要专业人员操作，成本较高。
结合以上方法，可以根据实际情况和需求选择合适的解冻方式，在解冻过程中需要注意对建筑设备的保护，避免因解冻操作而造成不必要的损坏。
解冻方案的实施步骤在实施解冻方案时，需要按照以下步骤进行操作，以确保解冻效果和施工安全。
1. 现场调查：在进行解冻工作之前，需要对建筑工程的管道和设备进行全面的现场调查，了解结冰的情况和程度。
根据实际情况确定解冻的范围和方式。
2. 安全措施：在解冻过程中，需要严格遵守安全操作规程，做好安全防护措施。
对有电、有压、有毒、有振动等特殊性较大的设备和管道进行专门保护，保障施工人员的安全。
(冷冻法施工)解析
地铁施工技术交流材料冷冻法联络通道施工技术及风险控制措施一、冻结法的基本原理与特点采用冻结法对地层土体进行加固，是指利用人工制冷技术,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。
1、岩土冻结实质岩土冻结性质的改变，即将含水地层（松散土层或裂隙岩层）冷却至结冰温度下,使土中孔隙水或岩石裂隙水变成冰,岩土的性质发生重要变化,形成一种新的工程材料--“冻土” .2、冻土结构特点而冻土结构具有较高的强度和绝对的封水性.3、冻土结构功能冻土结构的承载功能和封水的不承载功能。
4、制冷方法其制冷技术方法，通常使用制冷设备,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。
4。
1、有两种类型:⑴、冷媒剂（盐水）吸热：氨 (—33.4℃)；干冰（—78。
5℃)；⑵、直接气化吸热:液氮(—195.8℃)；干冰（—78。
5℃）4。
2、冻结系统常有两种类型：⑴、封闭系统（盐水冻结）；⑵、开放系统（液氮冻结）5、冻结法的适应性冻结法加固与其它加固方法相比，其适应性更强,能够适应粘土、粉土、砂层以及砾石、卵石等任何地层。
6、冻结法的特点6。
1、冻土帷幕的变化性：⑴、冻土范围可变；⑵、冻土温度可变；⑶、冻土强度可变（强度是温度的函数)6.2、冻土帷幕的连续性：水在负温下结冰的必然性;6.3、冻土帷幕的可知性:通过温度测试可判断冻结范围、冻土强度7、冻结法施工的优点7.1、安全性好:⑴、冻土强度较高;⑵、冻土连续性可靠、封水性好7.2、适用性强：⑴、适用于几乎所有具有一定含水量的松散地层（包括岩石）;⑵、复杂地质条件可行(流砂、大深度、高水压）7.3、灵活性高：⑴、冻土帷幕性状（范围、形状、温度、强度）可控8、冻结法施工缺点由于冻结法所形成的冻土帷幕其范围、温度、强度具有变化性，其冻结范围、强度随温度的变化而变化，如果供冷不足或外部热源可导致冻土帷幕性能（范围、强度）退化，安全性能降低，施工风险增大。
冻结法施工解冻水害的机理及治理技术
冻结法施工解冻水害的机理及治理技术摘要：随着矿井井筒冻结深度的不断增加，冻结法施工解冻水害问题日渐突出。
现有防治方法主要是壁后注浆和射孔注浆，但这两种方法都存在很大局限性。
冻结法凿井是在井筒开挖之前，首先在欲开挖井筒的周围打一定数量的冻结孔，孔内安装冻结器，低温盐水在冻结器中流动，吸收其周围地层的热量，在松散、含水不稳定地层中形成冻结圆柱。
鉴于此，本文主要分析冻结法施工解冻水害的机理及治理技术。
关键词：冻结法；解冻水害；治理1、冻结法施工中的制冷技术在大型工程的土壤冻结施工中，比较先进的制冷技术是液氮制冷技术，液氮是一种理想的制冷剂，具有无色无味，密度低于水，形态似水，沸点低，惰性强，无腐蚀性，对震动、电火花稳定等特点，并且液氮冻结具有简单、低温、快速、高强的特点。
液氮制冷是属于物态变化的制冷范畴，液氮在冻结器内汽化，通过汽化吸热实现制冷。
液氮冻结工艺的操作流程为：首先，液氮由空气分离厂用液氮槽运车运至工地，液氮从液氮贮槽或槽运车经绝热管路和膨胀阀，灌入冻结管内汽化，吸收周围土层的热量，最后氮气从冻结管排除，释放进入空气。
液氮冻结属于深冷冻结，温度梯度大，冻结管温度可以达到－180℃。
在液氮冻结施工设计时，冻结器的间距一般为0.5～0.8m，不宜过大，灌注压力一般为0.1～0.4MPa。
2、冻结法施工解冻水害的机理井田地层倾角平缓，无明显断裂褶曲构造，原始地层各含水层间无水力联系。
各含水层中，白垩系洛河组砂岩层为孔隙-裂隙地层，其平均厚度316.5m，含多层砂砾岩地层，单位涌水量为q＝0.23l/s•m，K＝0.21m/d，属中等富水性含水层，补给范围大，为主井出水的主要水源。
下部延安组砂岩为弱含水层。
天然状态下，洛河组含水层与本区侏罗系开采煤层之间有约100m厚的良好隔水层，区域构造简单，岩层平缓，附近无断层。
正常情况下，该含水层的地下水不会对本区的掘进、开采造成影响。
通过数值模拟实验和现场探放水钻孔试验发现，主井涌水的主要原因是冻结管解冻后，白垩系洛河组中的裂隙-孔隙水在冻结孔环状空间汇集，其具有一定压力及补给量，对矿井构筑物造成破坏，如图1所示。
冻结法原理及应用资料
冻结法施工的原理图
去路
盐水泵
盐水箱
螺杆压缩机
清水泵
冷却塔
回路
闸阀
去路 回路
盐水系统
氟系统
清水系统
一、冻结法施工技术概况
3、国内外现状： 1）、国外：广泛应用于城市基坑施工、地下铁隧道、煤 矿井筒等工程领域；煤矿井筒冻结深度最大930米。 2）、国内：1955年从前苏联引进冻结法凿井技术，冻 结煤矿井筒约600多个，冻结冲积层最大厚度近600米， 冻结最大深度737米，冻结法凿井技术应用于城市市政 工程起始于上世纪90年代，至今冻结市政工程项目超过 200个，水平冻结最长140米。上世纪末冻结法凿井技术 进一步推广到交通、水利领域，使用冻结法凿井技术施 工桥墩基础、引水通道等。
4、冻土具有冻胀性和融沉性
四、冻土特性
抗压强度
无侧限抗压强度 MPa
30 0.7358T 1.0962
16
12
8
4
0
0
-5
-10
-15
-20
温度 ℃
图6 冻结细砂无侧限抗压强度与负温的关系
四、冻土特性
弹性模量
E50 1.1398T 2 41.301T 36.607
弹性模量 MPa
400
300
五、冻结法设计及施工组织
• 冻结壁厚度设计与强度检验 1）冻结壁应按承载力要求设计冻结壁厚度。 2）冻结壁内力宜采用通用结构力学计算方法计算。冻结壁的力学计算模
型可按均质线弹性体简化，其力学特性参数宜取冻结壁平均温度下 的冻土力学特性试验值。 3）冻结壁内力和变形计算可考虑设置有内支撑的工况，但必须对内支撑 的结构形式、承载力及其施工时序等有明确的设计。设内支撑时， 冻结壁的空帮时间不宜大于24小时。 4）冻结壁强度检验安全系数要满足有关规程要求。有特殊要求时验算冻 结壁的变形。
最新整理冻结法联络通道施工风险及措施
最新整理冻结法联络通道施工风险及措施1冻结钻孔漏水喷砂1.1引起冻结钻孔漏水喷砂的原因在地铁联络通道冻结施工中，往往会遇到地下水压力较大的含水砂层。
在这些地层施工近水平冻结孔，发生钻孔漏水喷砂的情况非常频繁，严重时可以引起很大地层沉降，造成隧道管片和地面建筑变形损坏，甚至酿成隧道垮塌的灾难性事故。
引起钻孔漏水喷砂的原因主要有：孔口管松动或脱落、冻结管接头断裂、钻头逆止阀失效和孔口止水装置损坏等。
有时在冻结壁解冻后，于冻结管与隧道管片之间的空隙不能及时有效的封堵，也有发生漏水喷砂的情况。
根据过去经验，开始施工冻结孔时发生孔口管松动脱落、冻结管断裂、钻头逆止阀失效和孔口止水装置损坏等情况较少，也易处理。
但在冻结孔施工后期，于地层扰动加大，渗透性提高，很容易引起塌孔抱钻，使得发生上述情况的可能性及处理难度显著增加。
1.2冻结钻孔漏水喷砂的应急处理如因孔口管松动或脱落引起孔口管与管片之间漏水，应立即停止钻进，在冻结管上安装管卡，用钻机推进冻结管将孔口管顶实，或者用膨胀螺栓等将孔口管固定牢固。
然后用棉纱堵塞孔口管与管片之间漏水处，并通过孔口管旁通进行压浆堵漏。
注浆材料以采用化学浆液为宜，也可用水泥一水玻璃浆液。
在紧急情况下，可直接从冻结管中注入水泥一水玻璃浆液。
当漏水涌砂点在隧道底部时，如遇紧急情况，可以用堆压法处理。
采用这种方法时，先应用棉纱等堵塞出水点控制漏水速度，并及时排水。
然后，在出水点周边垒一圈砂包，在出水口埋设导水管，并迅速将水泥和水玻璃撒到出水点，边撒边搅拌，使之快速凝固。
在堆压体中可埋一些钢筋或型钢，以便将其与隧道管片固定以增加堆压体的稳定性。
当堆压体有一定强度和体积后，可逐渐控制导水管的出水量。
最后，通过导水管或从附近隧道管片开孔注浆封堵出水点。
如因冻结管接头断裂和钻头逆止阀失效引起漏水喷砂，可直接通过冻结管注浆。
在采用钻进法下冻结管时，可先准备一个能与冻结管连接的注浆管接头，这样，一旦发生冻结管漏水喷砂的情况，可以迅速拧上准备好的管接头，进行注浆。
冻结法原理及其应用
(如软土、含水不稳定土层、流砂、高水压及高地压地层)条 件下冻结技术
有效、可行； (3) 灵活性好，可以人为地控制冻结体的形状和扩展范围，必要时可以 绕过地下障碍物进行冻结； (4) 可控性较好，冻结加固土体均匀、完整； (5) 经济上较合理。
1979年：美国，地下核电站基坑、直径40m、深6m基础 ➢ 80年代：苏联，城市地铁大厅35座、隧道35项，高l38.5m、重
27000吨大楼基坑开挖支护 ➢ 1962以来：日本，超过300个大型冻结工程，其中有通过河流、铁
路、公路和其它构筑物下的隧道工程、挡土墙工程、与盾构施工有 关的工程等 ➢ 20世纪中叶起：波兰、德国、法国、瑞士、比利时、意大利、奥地 利、挪威、西班牙、芬兰、澳大利亚、法国、荷兰、加拿大等
2 冻结系统种类
2.2热电制冷
热电制冷又称温差电效应、电子制冷等，它是建立在珀尔帖效应原理上的。 1834年珀尔贴发现当一块N型半导体（电子型）和一块P型半导体（空穴型）联成电偶时 ，在这个电路中接上一个直流电源，电偶上有电流通过时，就发生了能量转移，在一个接 头上吸收热量，而在另一个接头上放出热量。
蒸发器中产生的低压制冷剂蒸气在压缩机中被压缩到冷 凝压力，经冷却水、空气等介质冷却后变成液体，再经节流 阀膨胀到蒸发压力成为汽、液两相混合物，温度降到饱和温 度，在蒸发器中蒸发，吸收热量而制冷，汽化后的蒸气被压 缩机吸回，完成一个循环。
1 概述
我国情况 1955年，我国首次在开滦林西风井使用盐水冻结法凿井并获得 成功；至今已经冻结近1000个井筒. 70年代初，北京地铁冻结长90m，垂深28m
➢ 上世纪80年代，东海拉尔水泥厂的上料仓基坑； ➢ 1988年，凤台淮河大桥主桥墩基础工程 ➢ 1993年，上海地铁一号线1个泵站和3个隧道贯通道结合部 ➢ 1998年，北京地铁大北窑车站南隧道水平冻结施工，长45m ➢ 2000年以后,上海大量越江隧道和地铁工程使用冻结法.
冻结工程冻结法原理与设计原则
3.3.2 冻结法原理与设计原则
常用制冷剂性能参数
名称
符号
分子式
标准蒸发 温度,℃
氨
R717
NH3
-33.35
二氧化碳
R747
冻结制冷系统中一般采用氨作为制冷工质。 氨性质：
标准蒸发温度-33.35℃ 最低蒸发温度可达-70℃ 常温下冷凝压力≤1.47MPa，一般1.2MPa左右
可按任何比例溶于水，每升水可溶1300升氨，放出大量热量 超过0.2%。
一般规定氨中含水量不得
3.3.2 冻结法原理与设计原则
优点：容积制冷量大，价格低廉，易得 缺点：氨蒸气无色，强烈刺激气味，有毒性。
一 级 压 缩 制 冷 原 理
周而复始循环，可获取-25℃左右的低温盐水
-25℃低温盐水一般不能满足大型岩土工程的需要，若需要更低的蒸发温度——二级压缩制冷 本质：增加中间冷却器，用一级制冷蒸发温度冷却
二级压缩制冷原理
3.3.2 冻结法原理与设计原则
盐水循环： 将地层热量带到大气中的循环，在制冷过程中起热量传递作用 一般采用氯化钙（CaCl2）溶液作为盐水。 盐水循环由盐水箱、盐水泵、盐水管路、集液圈、配液圈、冻结器等组成。 其中，冻结器安设于预先钻进的冻结孔中，是低温盐水与地层进行热交换的换热器，由冻结管、供液管和回 液管构成。
温度 ℃ -1 0
0
a 单管冻土温度分布及变化 b 静水中单管冻结的冻土体扩展 c 冻土墙的形成和发展过程
冻结管 t1 t2 t3 t4
t0
城市地下工程--冻结法
水质对冻结的影响
水中含有一定的盐分时，水溶液的结冰温度就要降低、
水的动态对冻结的影呐
土中水流速度对土的冻结速度有较大影响，常规的上层 冻结的水流速度一般应小于6米／昼夜。
2007-3-27
3
中国矿业大学（北京）“211工程 ”重点建设课程－《城市地下工程》
温度场和冻结速度
冻结池层的温度场
第五节 液氮冻结
原理与工艺
液氮冻结的 优点是设备简单，施工速度快，适 用于局部特殊处理和 快速抢险和快速施工 。
液氮是一种比较理想的制冷剂，无色透明，稍 轻于水，惰性强，无腐蚀，对震动、电火花是 稳定的，一个大气压下，液氢的汽化温度为
-195.81 ℃ ，蒸发潜热为47.9kcal／kg 液氨的制冷过程 可以很据氮的焓－压图来计 算。
在每个冻结器的周围形成以冻结管为中心的降温区，分为 冻上区、融士降温区、常温士层区。
2007-3-27
4
中国矿业大学（北京）“211工程 ”重点建设课程－《城市地下工程》
土的冻结速度
冻结器间距是影响冻柱文圈和冻结壁扩展速度的主要 因素，冻结器间距增大，交圈时间延长，冻结壁扩展 速度减慢。 冻土圆柱的相交初期；交圈界的厚度发展较快，很快 能赶上其他部位厚度。 冻结壁扩展速度随土层颗粒的变细而降低，砂层的冻 结速度比粘土高。 冻结器内的盐水温度和流动状态是影响冻土扩展速度 的重耍因素。盐水温度降低，冻结速度提高，盐水由 层流转向紊流时，冻结速度提高 20％～30％． 凉结圆柱的交圈时间一般按经验公式椎算．
适用条件
当遇到涌水、流砂淤泥等复杂不 稳定地质条伴的情况时可 以采用，以保证安全穿过该段地层．特别适用于在松散含 水表土地层的土木工程施工。
水工建筑的冰冻破坏及防治措施
水工建筑的冰冻破坏及防治措施随着我国社会主义事业的快速发展，水工建筑将越来越多。
但是影响水工建筑物当中混凝土的碳化、冻融破坏有着很多的因素，影响其炭化、冻融的因素也较为复杂，而目前我国在建筑物混凝土的炭化、冻融破坏的防治方面的技术较为落后，大大影响其建筑质量和使用寿命，造成了公共财产的损失，所以应当进一步、加快对其研究步伐。
标签：防治;混凝土碳化;冻融破坏;水工建筑物前言：水工建筑物多以混凝土结构组成，而这些混凝土结构多处在气候恶劣的环境中，受泥沙、水流、物理、化学、气温等影响因素颇多。
混凝土的破坏以碳化、冻融破坏为常见，致使许多水工建筑物的运行寿命大为缩短，造成极大浪费。
所以有必要进一步探讨水工建筑物混凝土的碳化、冻融破坏机理及防治措施。
1.混凝土碳化、冻融破坏机理分析1.1混凝土的碳化导致混凝土炭化的因素分为内在因素和外在因素。
1.内在因素：（1）不同的水泥品种影响其炭化的速度。
水泥品种的不同导致其矿物组成、混合材料以及生料化学成分也不一样，对水泥当中的活性以及混凝土的碱度有着直接的影响，同时也对水工建筑混凝土的炭化速度有着重要的影响。
水泥当中的孰料越少，其炭化速度越快。
（2）集料品种以及级配因素。
集料品种以及级配的不同，导致混凝土内部的孔隙结构之间的差异性，从而会直接影响其密实性。
材质较好，级配质量高端的集料混凝土，它的炭化速度明显减慢。
（3）混凝土中的矿物掺料品种与其数量。
倘若掺料当中包含着活性水硬性，虽不能够自行硬化，可却能够和水泥水化析出的消石灰通过化学反应产生稳定性较强的物质，在一定程度上降低了混凝土的碱度等。
2.外在因素：（1）温度与光照。
混凝土会由于温度的徒然降低而导致表面收缩引发拉力。
如果拉力超过了混凝土的抗拉强度，那么混凝土的表面便会裂开，二氧化碳与水分便会乘虚而入，加上阳光的直接照射，便会导致混凝土的炭化加速。
（2）含水量以及其相对湿度影响。
周边环境的湿度会直接影响混凝土的含水量，从而影响其炭化速度系数。
冻结法施工工程(3篇)
第1篇一、冻结法施工工程的特点1. 适用范围广：冻结法施工适用于软土地层、膨胀土、泥炭土等不良地质条件，能有效解决常规施工方法难以解决的问题。
2. 施工安全可靠：冻结法施工过程中，土壤强度和稳定性得到提高，有效防止了坍塌、滑坡等事故的发生。
3. 施工周期短：冻结法施工可快速形成冻土层，缩短了施工周期，提高了施工效率。
4. 施工成本低：与一些特殊地基处理方法相比，冻结法施工成本较低，经济效益显著。
5. 环境友好：冻结法施工过程中，不会产生大量废水、废气等污染物，对环境友好。
二、冻结法施工工程的应用1. 地铁隧道施工：在地铁隧道施工中，冻结法施工可有效解决软土地层、膨胀土等不良地质条件带来的问题，确保隧道施工安全。
2. 深基坑施工：冻结法施工可用于深基坑的支护，提高基坑稳定性，防止坍塌。
3. 地下管道施工：在地下管道施工中，冻结法施工可用于管道周围土壤的加固，确保管道安全运行。
4. 地下工程维修：冻结法施工可用于地下工程维修，如地下管道、隧道等，提高维修效率。
三、冻结法施工工程的关键技术1. 冻结设计：根据工程地质条件、施工要求等因素，合理确定冻结孔布置、冻结孔直径、冻结孔间距等参数。
2. 冻结孔施工：采用冻结孔钻机进行冻结孔施工，确保冻结孔质量。
3. 冻结孔注浆：采用注浆泵将冷冻剂注入冻结孔，形成冻土层。
4. 冻结效果监测：通过监测冻结孔温度、冻土层厚度等参数，确保冻结效果。
5. 冻土层解冻：在施工完成后，根据设计要求，逐步解冻冻土层，恢复土壤原状。
总之，冻结法施工工程作为一种特殊的地下工程建造技术，在软土地层、复杂地质条件等不利环境下具有显著优势。
通过合理设计、施工及监测，可确保冻结法施工工程的安全、高效、环保。
随着我国城市化进程的加快，冻结法施工技术将在地下工程建设中发挥越来越重要的作用。
第2篇一、冻结法施工工程的特点1. 施工环境安全：冻结法施工可确保地下工程在复杂地质条件下安全施工，降低施工风险。
我国以往深井冻结施工经验和工程类比法综合分析
我国以往深井冻结施工经验和工程类比法综合分析1 冻结法凿井原理Principle 1 freezing method sinking冻结法起源于天然冻结，随着人工制冷技术的发展和应用，出现了人工冻结。
冻结法在矿井建设中多用于立井的开凿，井筒直径大小和深度基本不受限制。
通常，当存在不稳定地层或含水极丰富的裂隙岩层，地下水含盐量不大，且地下水流速较小时(流速V＜17～10m/s)，均可使用冻结法。
冻结法凿井就是在不稳定含水地层中进行施工时，利用人工设置的冻结管，在冻结管内循环冷媒剂，将井筒周围岩层的热量带走，冻结形成封闭的圆筒——冻结壁，抵抗地压、承受水压力和隔断地下水，在冻结壁的保护下进行开挖地层和砌筑井壁的一种特殊施工方法。
冻结法凿井在煤矿特法建井中具有明显的优势，既能用于不稳定的含水层,又可用于基岩含水层，既可应用于立井，又可应用于斜井及风道口工程，适应性强，安全可靠。
Freezing method originated in the natural freezing, with the development and application of artificial refrigeration technology, the artificial freezing. Freezing method in the mine construction more digging for vertical shaft, shaft diameter basic there is no limit on the size and depth. Normally, when there is unstable or water-bearing stratum is extremely rich infracture rock, salt content, groundwater and groundwater flow rate is small (velocity V < 17 ~ 10 m/s), all can use freezing method. Freezing method sinking is in water-bearing strata instability during construction, the use of artificial frozen pipe set, in a frozen pipe circulation cooling agent, will be around the wellbore rock heat away, and forms a closed cylinder - frozen frozen wall, partition groundwater, resistance to pressure, water pressure and strata under the aegis of the frozen wall for excavation and masonry wall is a kind of special construction method. Freezing method sinking in coal mine, has obvious advantage in the method to build Wells, can be used for both unstable aquifer, and can be used in the bedrock aquifer, can be applied to the shaft, and can be used in deviated well and wind crossing project, the adaptability is strong, safe and reliable.2 工程实例Two engineering cases某煤矿主井井筒深度805m，井筒净直径7.5m, 最大掘进直径12.4m，最大掘进工作面积121m2；井筒采用双层钢筋混凝土井壁支护, 双层井壁自上而下分5次变厚, 其总厚度为1.10～2.30m，井壁混凝土强度等级为C40～C75；内外壁之间夹2层1.5mm厚的聚乙烯塑料板, 外壁外侧增加1层厚25～75mm的聚苯乙烯泡沫板。
冻结法施工解冻水害的机理及治理技术
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该含水层的地下水不会对本r的掘进升采造成影响通过数值模拟实验和现场探放水钻孔试验艇现主井涌水的主要原因是冻结管解晦再白华系洛河组中的裂隙一孔隙水在冻结矾环状牵间汇集其具有一定压力及补给量时矿井构筑物造成破矿井井解冻结艟t完成蓐坫壁解琢后藏结孔与冻结管之间形成的环状空间便成丁水力联系导水通道将市井从地面到井底所有的含水层连成一体原来的隔水层失去隔水怍hj由于冻结扎的垂向导水作用接近地表易受地袁水补给的含水坛成为日井水害主要水源啄乖补绗条什514差的株部煤系地崖音水层得劓一个较为充分的补给源槛易造成井简f1水井壁和井下钩筑物破坏将k期威胁冻结法施矿井的安全22冻结孔环状卒司导水的危害性如罔3所示采用solidworks对胡家河土井箕斗装载硐室拱顶受单个冻结孔小柱压力状态下变形隋况进行计算分析发现
３．３
道，以彻底根治井筒水害的施工方法。该方法经陕 西省科技厅组织鉴定达到国际领先水平．并已申报 国家发明专利［９１。 环形措施巷封堵冻结孔防治解冻水害方法．是 在上覆含水层下方稳定岩层中井筒冻结孔的外围， 施工小断面环形截水巷道。再通过挖掘耳硐，揭露 冻结管，对揭露冻结管进行封闭并预埋注浆管。然 后通过耳硐回填、冻结管及管外环状空间注浆、环 形截水巷回填。在上覆含水层下方稳定岩层形成一 个环形混凝土隔水体，彻底截断冻结管及环状空间 形成的垂向导水通道。治理冻结法施工水害问题１９１。 ４结论 随着矿井井筒冻结深度的不断增加，冻结法施 工解冻水害问题日渐突出。文以陕煤彬长胡家河矿 井地质条件为例．分析了深井冻结法施工解冻水害 的作用机理和危害性。现有防治方法主要是壁后注 浆和射孔注浆。但这两种方法都存在很大局限性。 胡家河矿井采用了环形措施巷防治解冻水害新技 术。对解决类似条件下井筒解冻水害具有重要的参 考价值。
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冻结法施工解冻水害的机理及治理技术
发表时间：2018-05-31T10:35:15.673Z 来源：《电力设备》2018年第1期作者：张灿灿1 仵允章2 时晓君3 [导读] 摘要：随着矿井井筒冻结深度的不断增加，冻结法施工解冻水害问题日渐突出。
（兖矿新陆建设发展有限公司山东邹城 273500）
摘要：随着矿井井筒冻结深度的不断增加，冻结法施工解冻水害问题日渐突出。
现有防治方法主要是壁后注浆和射孔注浆，但这两种方法都存在很大局限性。
冻结法凿井是在井筒开挖之前，首先在欲开挖井筒的周围打一定数量的冻结孔，孔内安装冻结器，低温盐水在冻结器中流动，吸收其周围地层的热量，在松散、含水不稳定地层中形成冻结圆柱。
鉴于此，本文主要分析冻结法施工解冻水害的机理及治理技术。
关键词：冻结法；解冻水害；治理
1、冻结法施工中的制冷技术
在大型工程的土壤冻结施工中，比较先进的制冷技术是液氮制冷技术，液氮是一种理想的制冷剂，具有无色无味，密度低于水，形态似水，沸点低，惰性强，无腐蚀性，对震动、电火花稳定等特点，并且液氮冻结具有简单、低温、快速、高强的特点。
液氮制冷是属于物态变化的制冷范畴，液氮在冻结器内汽化，通过汽化吸热实现制冷。
液氮冻结工艺的操作流程为：首先，液氮由空气分离厂用液氮槽运车运至工地，液氮从液氮贮槽或槽运车经绝热管路和膨胀阀，灌入冻结管内汽化，吸收周围土层的热量，最后氮气从冻结管排除，释放进入空气。
液氮冻结属于深冷冻结，温度梯度大，冻结管温度可以达到－180℃。
在液氮冻结施工设计时，冻结器的间距一般为0.5～0.8m，不宜过大，灌注压力一般为0.1～0.4MPa。
2、冻结法施工解冻水害的机理
井田地层倾角平缓，无明显断裂褶曲构造，原始地层各含水层间无水力联系。
各含水层中，白垩系洛河组砂岩层为孔隙-裂隙地层，其平均厚度316.5m，含多层砂砾岩地层，单位涌水量为q＝0.23l/s•m，K＝0.21m/d，属中等富水性含水层，补给范围大，为主井出水的主要水源。
下部延安组砂岩为弱含水层。
天然状态下，洛河组含水层与本区侏罗系开采煤层之间有约100m厚的良好隔水层，区域构造简单，岩层平缓，附近无断层。
正常情况下，该含水层的地下水不会对本区的掘进、开采造成影响。
通过数值模拟实验和现场探放水钻孔试验发现，主井涌水的主要原因是冻结管解冻后，白垩系洛河组中的裂隙-孔隙水在冻结孔环状空间汇集，其具有一定压力及补给量，对矿井构筑物造成破坏，如图1所示。
图1井筒冻结孔承压水渗流矢量图
矿井井筒冻结施工完成冻结壁解冻后，冻结孔与冻结管之间形成的环状空间便成了水力联系导水通道，将立井从地面到井底所有的含水层连成一体，原来的隔水层失去隔水作用。
3、冻结法施工解冻水害的治理技术
3.1、冻结孔施工
图2钻孔开孔示意图
施工前应根据测量放线的冻结孔位置开孔。
孔位偏差不应大于100mm。
冻结孔应跟管钻进到设计深度，成孔最大间距在开挖区外围不大于1.3m。
冻结孔最大偏斜值不超过150mm，采用经纬仪灯光测量，不仅要测倾角，而且还要求测方位角。
采用金刚石芯钻在管片上开 120mm的孔，剩下100mm左右的混凝土层不钻透。
预埋 121×5mm孔口管并用膨胀螺栓固定在管片上，安装球阀，在孔口管靠近法兰位置预留一个6'注浆孔，在二次开孔前安装孔密封及防喷装置，安装完毕确认无误后，再用钻头钻透残留混凝土壁及保护层，如图1所示。
冻结孔采用 108mm无缝钢管的冻结管钻进到设计深度后，进行终孔测斜，当冻结管长度和偏斜验收合格后再进行打压试漏，冻结孔试漏压力保持在0.8MPa，半小时内压力下降不超过0.05MPa为试验合格。
验收合格后，用水泥浆对孔口管与管片之间的缝隙进行封堵。
3.2、冻结站安装
根据冻结需冷量要求，选择氟利昂螺杆式冷冻机组，冻结站设在隧道内，冻结站布置图如图3所示。
图3冷冻站布置图 3.3、积极冻结与维护冻结
在积极冻结前应对站内设备进行单机调试和联运调试，当机组运行满足条件后方可开始冻结。
在积极冻结阶段，要求冻结7d去回路盐水温度＜－20℃，去回路盐水温差≤2℃；如果检测发现盐水温度和盐水流量达不到设计要求，应加大盐水蹦泵量或者延长冻结时间。
冻结
过程中每天要检测盐水温度、测温孔温度，并做好记录，及时发现异常情况，并根据实测温度数据计算冻结帷幕平均温度和厚度，预计冻结帷幕交圈时间。
临时支护完成后冻结阶段为维护冻结阶段，维护冻结期间冻结要求同积极冻结。
3.4、开挖与构筑施工
根据测温孔数据判断冻结帷幕和平均温度达到设计值，在冻结帷幕内侧设泄压孔或打探孔，泄压孔和探孔无水、泥流出，此时可以进行开挖准备工作。
根据开挖断面结构和类似工程施工经验，采取分区分层方式开挖。
先开挖集水井上部通道部分，等上部结构强度达到设计值后，再开挖集水井。
开挖技术要求：开挖步距为0.55m，最大不大于0.8m。
由于土体采用冻结法加固，冻土强度较高，同时受施工空间的限制，综合考虑采用风镐开挖。
中间没有冻结的土体采用手稿和铁锹开挖，风镐需进行淬火处理和除湿处理。
在掘进工程中，开挖段周围地层中的应力重新分布，这种应力会形成新的附加荷载作用在冻结帷幕上，使冻结帷幕在应力作用下产生变形。
如果变形量超过一定范围，会压裂冻结管从而使冻结帷幕破坏。
因此在开挖过程中，严密监测冻结壁位移变形，根据变形情况调整开挖步距及临时支护方式，对暴露的冻土帷幕进行保温，防止化冻。
3.5、支护方式 1）初期支护（支护层）主要步骤如下。
①临时支架制作。
支架加工采用在地面上按设计尺寸将整榀钢架拼接好，确保无侧弯、扭曲、错台、变形等缺陷。
②钢支架定位。
首先测量准确，在钢支架架立后进行复测，钢支架应尽量与岩层贴紧，两底脚用钢板做垫板，防止钢架下沉。
③连接。
每节单元之间采用法兰盘连接，钢支架之间用20螺纹钢焊接连成整体。
2）喷射混凝土。
原材料包括水泥、中砂或粗砂、卵石或碎石、速凝剂，配合比为：水泥∶水∶砂∶石子∶速凝剂=1∶0.45∶2.35∶2.17∶0.035，喷射混凝土强度为C20，厚度不小于150mm。
喷射作业按分段、分片、分层依次进行，分段长度不大于6m，按自下而上顺序反复喷射。
二次支护即结构层施工。
结构层为钢筋混凝土结构。
联络通道由于结构的特殊性，先施工完通道和喇叭口，再开挖集水井，最后施工集水井底板并浇筑钢筋混凝土。
混凝土等级为C40，抗渗等级为P10。
结构总的施工顺序为：水平通道（包括喇叭口）→集水井。
通道混凝土浇筑顺序为：底板→侧墙→拱顶。
集水井混凝土浇筑顺序为：底板→侧墙→井盖。
总之，采用冻结法施工的井筒冻结圈解冻以后，井筒井壁或多或少会出现漏水现象，有的甚至造成了淹井事故，现在已经引起了人们的高度重视。
中煤内蒙古蒙大矿业公司纳林河二号矿主、副、风井均采用冻结法技术成井，解冻后井筒涌水量激增造成淹井，虽采用强排进行壁后水泥注浆堵漏，但数月施工仍未取得效果。
因此，本文的研究也就显得十分的有意义。
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[C].：，2013：4.。