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1、浅述岩土冻结法的应用及相关分析摘要：岩土工程冻结法在我们的土木建设中占据着重要的地位，这项技术在国内外也日趋成熟，并且在一些施工较为困难的场所屡建奇功。本文主要系统的阐述岩土工程冻结法的基本原理、冻结技术在岩土工程领域的应用、岩土工程冻结法在理论研究、工程实践中存在的问题及对策，从而达到对岩土工程冻结法的一个初步性的认识和了解。关键词：基本原理；冻结法；隧道盾构；井筒掘进；建筑基坑1.冻结法加固地层的原理及优点1.1岩土工程冻结法基本原理目前,地层加固的方法有多种，从所用加固材料作用过程来说,分化学和物理的，从加固方式来说,分外
2、加来置换的和纯外加入的；从加入地层内材料的直观上来说,有看得见和看不见的，或者说分为硬件加入和软件加入。不论何种方式,目的都是为了提高地层的强度和稳定性,以及隔水性能,从而形成一个支护系统。在这一支护系统内可安全地完成建筑物的建设。冻结法是在岩土工程开挖之前，用人工制冷的方法将开挖工程周围的岩土层冻结成封闭的冻结圈（壁），以临时加固地层，抵抗地压，隔绝地下水，然后在冻结壁的保护下进行正常施工的一种特殊施工法。首先要打一定数量的冻结孔，孔内安装冻结管或冻结器。冷冻站制出的低温盐水（大约-30ºC）经输送干管到各孔内冻结器，再由回路
3、干管返回到冷冻站的盐水箱。低温盐水在冻结管中沿环形空间流动时，吸收其周围岩层的热量，使周围岩层冻结，逐渐扩展形成冻结壁。随着盐水循环的进行，冻结壁厚度逐渐增大，直到达到设计厚度和强度为止。1.2岩土工程冻结法的优点由于冻土中关键成份冰的力学性质主要取决于温度和时间,故地层的地质情况不是主要的因素。相对其他工法来说,它可用于任何含水的土层或岩层中,无论什么样的结构、颗粒或渗透特性。尽管饱和含水量对冻结法更好,但即使含水量低到10%时,冻结法应用也不会有什么问题或困难。软土、流沙层、砾石地层,以及高水压或高土压地层,冻结法更具优越性
4、。土层或岩层非均质时注浆困难,可是非常易于冻结。在打桩或降水困难或不可能时,有可能造成沉降的这类地层,冻结法将是最佳工法。诸如有建筑填石、桩或旧建筑物基础的地方,其他工法非常困难,而冻结法就容易多了。冻结法无烟,无震动,无冲击和强烈噪音,因而它适合于环保要求严格的地方。无论是冻结过程中还是融化后,冻结法对地下水及水位几乎没有影响。因而它适合那些对地下水质及水位控制严格的地方。冻结法几乎完全以地层本身的物质形成支护体系,基本不要其他材料。在三材缺少,或有时暂时无供货的地方,冻结法不会受影响。由于地层冻结系统可有多种大小的设备及不同
5、方式组成,因而它非常适合那些场所受限,甚至难以接近的地方。2.冻结技术的应用2.1在地铁及隧道工程中的应用2.1.1地铁区间隧道盾构进出工作井的土体加固 隧道盾构进出工作井时将面临较大的水压和土压变化,可能出现土体坍塌和涌水。若用冻结技术加固,则可靠快捷。例如,日本东京环7线2号调节水仓隧道,采用盾构施工,圆形工作井深60m,出口冻结加固面直径达28.1m,用冻结加固结束后,直径为13.94m的大型泥水加压平衡盾构顺利出洞。2.1.2盾构隧道的地下或海底对接土体的加固城市地铁和越江隧道往往由于条件限制,无法从地面开凿工作井,此
6、时,两对头掘进的盾构隧道,其对接区采用冻结技术加固,不仅可使土体强度提高,还可起到阻水作用。日本大阪东南部的排水隧道,直径6.5m,长8.5km,分5个工区掘进,采用地下或海下对接,由于不开凿地面立井,成功应用冻结技术加固,保证了工程顺利完成,并降低成本13%。2.1.3盾构隧道涌水和塌陷事故的修复冻结意大利AgriSauro盾构隧道在掘进了2.63km时,从盾构后方的顶部衬砌中涌入泥砂达6000m3,在采用注浆等方法抢险失败后,采用液氮对衬砌破坏的18m区段实行冻结,抢险成功。2.1.4地铁泵房、旁通道和急转弯部位的冻结加固根
7、据现代城市地铁安全设计的要求,间距1km左右时,需在并排区间隧道间设立泵站,此外,地铁工程还有一些旁通道和急转弯部位。在这些区域采用盾构法施工往往较困难,而且很不经济。日本、美国、英国等国在这些部位常采用冻结法对周围土体加固,然后用矿山法掘进。在上海地铁1号线思南路旁通道施工前虽然采用了旋喷法加固,但是施工时仍然发生了3次涌砂现象,后来采用冻结技术加固,效果很好;宁海西路下行泵站中采用冻结加固,经加固后的土体满足强度和抗渗要求。2.2冻结技术在井筒掘进中的运用冻结法用于竖井井筒的掘进,已成为成熟的技术,其施工关键在于冻结壁的合理
8、设计和安全段高选取。斜井冻结法施工时,可采用垂直冻结孔或沿斜井轴向钻进斜冻结孔两种方案。前者,工艺简单,可直接利用垂直钻机造孔,但随着井深加大,钻孔和冻结费用将大大增加。后者具有钻孔少,冻土体积小,费用低的优点,但定向钻孔技术复杂,难以保证钻孔质量。当井深小时,
