冻结法加固在盾构隧道施工中应用.doc

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1、冻结法加固应用于盾构隧道施工浙江大成建设集团有限公司章履远由于搅拌桩、注浆、高压旋喷等土体加固方法存在土体加固不均，可能存在局部薄弱带而不能封堵具有压力的地下水。而采用冻结土形成的冻结帷幕，其冻土墙均匀性好、强度高（大于3MPa）。尤其是冻结体与井壁能做到无缝对接，可保证滴水不漏。因此，大直径的泥水平衡盾构大多采用冻结法加固技术。大直径泥水平衡盾构使用最多的是日本，其进出洞土体加固大多采用冻结法。1995年，上海延安东路南线隧道，11.22m泥水盾构，当时始发井采用水泥土搅拌桩加固，盾构出洞始发，因覆土浅产生冒浆而不能建立泥水平衡，影响了3个月工期后，最后改用冻洁法

2、加固土体取得成功（国内第一次）。从2001年以来，上海的泥水平衡越江隧道，如大连路隧道、复兴东路隧道、翔殷路隧道、上中路隧道等都采用了冻结法加固取得成功。因此，掌握冻结法施工技术对隧道工作者来说，也是必不可少的工作。然而，冻结法施工最大缺点是施工成本高，冻融隆沉大，应该懂得采取相应技术措施。下面就来谈一谈冻结法的施工和用冻结法施工的成功案例。一、冻结法施工技术1、概况：冻结法是利用人工制冷技术使地层中的水冻结，把天然岩土变成冻土，从而增加岩土的强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁保护下进行隧道、竖井、地下联络通道和其他地下工程的开挖与施工的一种特殊

3、施工技术。其实质是人工制冷技术临时性改变岩土的状态以固结地层。冻结法施工技术在矿井建设、地基基础工程、水利工程、河底隧道、地下铁道和其他地下工程中，当遇到不稳定地层或含水量丰富地层、裂隙岩层等，只要是地下水含盐量不大，且流速慢（6m/d）都可以采用冻结法固结地层，完成地下工程施工。英国人和德国人早在1862年、1883年利用冻结技术完成建筑基础、煤矿深井施工。1886年、1906年瑞典和法国用冻结法施工人行隧道，穿越河底地铁工程。前苏联、日本也在20世纪70年代用冻结法施工地铁隧道，排水管等。据不完全统计已有数百项工程用冻结法来完成工程施工。我国从1955年～199

4、9年在煤炭系统，利用冻结技术，建设煤矿竖井近500个，总长达70Km，最大冻结深度达435m。随着冻结技术不断发展，水平冻结、斜井冻结也取得成功。近年来，随着地下工程日益增多，特别是地下铁道建设兴起，冻结技术开始应用于城市地铁工程的隧道施工。北京、上海、广州已分别采用了垂直冻结、水平冻结技术完成了多项地下工程。岩土冻结常采用方法叫间接冻结法—低温盐水法。其原理是以氨、氟利昂等制冷工质，经过压缩机对工质压缩成高温液态，经冷却后到蒸发器膨胀汽化，在交换器中吸收盐水中热量，负温盐水作为传递冷量的媒介。把冷量传递给需要冻结的岩土层，达到冻结局部岩土目的。这种冻结方法由三大循

5、环系统构成。①氟利昂（或氨）循环系统②盐水循环系统③冷却水循环系统从而获得－20ｏC～－35ｏC左右的低温盐水，用以冻结岩土。还有一种方法为直接冻结法—液氮法。液氮在1个大气压下的蒸发温度为－196ｏC。当要冻结的土体不大，或抢险堵水的紧急情况下，可用液氮冻结技术，达到快速便利的优点。且液氮冻结设备简单，只要液氮槽车输送液氮到液氮储罐内，再通过液氮输送管输送到冻结器（冻结管），再把汽化氮气排出，即达到冻结目的。该法施工简单，唯施工成本高于盐水法。（图1）2、盐水法冻结的原理和工艺：·自由水冻结过程：岩土中的自由水的冻结过程可划分为5个时间段（图2）①冷却段：开始向土

6、层供冷，土体温度逐渐降到冰点；②过冷段：土体温度达到0ｏC以下，但土中自由水尚未结冰，呈现出过冷现象；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0ｏC时稳定下来，自由水开始结冰过程，将土体颗粒胶结成整体，形成冻土；⑤继续冷却段：随着温度降低，冻土的强度逐渐增大。·冻结加固岩土的特点：①强度高：冻结后地层的抗压强度明显提高，可达到2～10Mpa。各种土层其强度是不一样的；冻土瞬时极限抗压强度参考值（MPa）温度砂砂土粘土－2ｏC4.83.81.7－4ｏC7.86.82.7－6ｏC10.09.03.6－8ｏC12.011.04

7、.5－10ｏC13.812.55.4－12ｏC15.113.8－14ｏC16.0一般而言，土体中含水量越高，其冻土强度越高②封水效果好：可保证不漏、不渗，在无水条件下工作；③适应性强：适用于一切含水、尤其是含水量大的地层。无论是砂土、粘土、软粘土，以及其他方法无法施工地层；④支护性能好：冻结体为一完整的支护体；⑤安全性好：由于冻结体为一个整体，在冻结体的遮护下，可保证隧道掘进的安全施工；⑥灵活性好：可人为冻结任意需要的形状，可绕过障碍物进行冻结；⑦环境保护好：因为冻结是一个临时措施，先将水结成冰，工程完成后又恢复到原来状态，对环境不造成污染。·冻结工艺：①冻结施