冻结工程概述

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,3,冻,冻结,法,法施,工,工,3,冻,冻结,法,法施,工,工,3.1,概,概述,3.2,冻,冻结,法,法原,理,理与,设,设计,原,原则,3.3,冻,冻土,的,的物,理,理、,力,力学,和,和热,性,性质,3.4,表,表土,段,段冻,结,结法,施,施工,3.5,冻,冻结,法,法施,工,工组,织,织设,计,计,3.1.1冻结法,的,的实质,与,与特点,3.1.2冻结法,的,的起源,与,与发展,3.1.3,冻结技,术,术和措,施,施,3.1.4,工程应,用,用,3.1,概述,3.1.1冻结法,的,的实质,与,与特点,冻结法,是,是利用人工制,冷,冷技术，使地,层,层中的水结冰，把天,然,然岩土,变,变成冻土，增加,其,其强度,和,和稳定,性,性，隔绝地,下,下水与,地,地下工,程,程的联,系,系，以便在,冻,冻结壁,的,的保护,下,下进行,井,井筒或,地,地下工,程,程掘砌,施,施工的特殊施,工,工技术。,3.1,概述,冻结法,的,的实质,：,：利用人,工,工制冷,临,临时改,变,变岩土,性,性质以,固,固结地,层,层。,3.1.1冻结法,的,的实质,与,与特点,含水地,层,层（松,散,散土层,和,和裂隙,岩,岩层）,在,在结冰,温,温度下,冷,冷却，,岩,岩石裂,隙,隙或土,孔,孔隙中,的,的水转换,成,成冰，岩土,的,的性质,将,将发生决定性的变化：,材料：（1）,土,土体中,水,水分冻,结,结，提,高,高一定,范,范围内,岩,岩土的,强,强度,（2）,减,减低一,定,定范围,岩,岩土体,渗,渗透性,创,造,造新工,程,程材料,结构：在普通,结,结构内,部,部构建,了,了新的,结,结构。,3.1,概述,3.1.1,冻,冻,结,结法的,实,实质与,特,特点,冻结仅,临,临时创,造,造冻土,良,良好的,承,承载、,密,密封性,能,能，为,构,构筑新,的,的地下,空,空间服,务,务，施,工,工后，,冻,冻土将,解,解冻融,化,化，土,将,将逐渐,恢,恢复到,未,未冻结,状,状态。,在冻结,法,法施工,中,中，没,有,有像喷,射,射混凝,土,土时的,混,混凝土,、,、板桩,施,施工时,的,的钢板,、,、注浆,时,时的浆,液,液材料,等,等附加,物,物质进,入,入地层,。,。,冻结法不污染,环,环境，是“绿色”施工,方,方法。,环境友,好,好的施,工,工方法,！,！,3.1,概述,3.1.1,冻,冻,结,结法的,实,实质与,特,特点,冻结法,的,的适用,性,性,任何松,散,散体（,砾,砾石层,、,、砂层,或,或粘性,土,土层）,，,，当具,有,有一定,含,含水量,时,时均可,通,通过冻,结,结予以,加,加固。,冻结岩,土,土体的,方,方法：从土体,中,中吸热,将裂隙,充,充水砾,石,石中6.5%,体,体积的,水,水由+10,冻,冻结到-8,，,，需要,约,约14000,kcal,热量。,3.1,概述,冻结的,作,作用,含水、,松,松散土,体,体冻结,后,后抗压,强,强度明,显,显提高,，,，类似,混,混凝土,。,。冻土,的,的强度,和,和弹性,模,模量依,赖,赖于土,的,的种类,和,和含水,量,量。,影响冻,土,土强度,的,的主要,因,因素是冻结温,度,度：,饱和密,实,实砂：-15,时,抗,抗压强,度,度3.5,MPa,、,、,弹模150,MPa,-20,时,抗,抗压强,度,度5.5,MPa,、,、,弹模280,MPa,与混凝,土,土力学,性,性质明,显,显不同,，,，冻土,抗,抗弯强,度,度相对,较,较大,3.1,概述,3.1.1冻结法,的,的实质,与,与特点,冻结法,凿,凿井原,理,理,1-盐,水,水泵；2-蒸,发,发器；,4-压,缩,缩机；7-冷,凝,凝器；,11-,节,节流阀,；,；12-盐水,去,去路管,；,；,13-,配,配液圈,；,；14-冻结,器,器；,15-,集,集液圈,；,；16-盐水,回,回路管,；,；,17-,井,井壁；18-,冻,冻结壁,；,；,19-,测,测温孔,3.1.1冻结法,的,的实质,与,与特点,3.1,概述,适用性,强,强，几,乎,乎不受,地,地层条,件,件限制,灵活性,好,好,污染性,小,小,经济合,理,理,冻结法,的特点,能有效,隔,隔绝地,下,下水,3.1.1冻结法,的,的实质,与,与特点,冻结法,设,设计与,施,施工,(1),根,根据,工,工程、,地,地质、,水,水文和,环,环境条,件,件进行,冻,冻结设,计,计：,确定冻,土,土结构形式,选择制,冷,冷方式,布置冻,结,结系统,确定冻,结,结温度,估算冻,结,结时间，等,。,。,(2)待,设,设计冻土结,构,构形成后，,在,在其保护下,进,进行地下工,程,程的掘进、,支,支护和设备,安,安装等工作,。,。,3.1,概述,3.1.2,冻结法的,起,起源与发,展,展,国外冻结,施,施工情况,1862,年,年英国首,先,先采用人,工,工制冷方,法,法加固建,筑,筑工程基,础,础；,1883,年,年德国波,茨,茨舒冻结,开,开凿103m井筒,，,，获得冻,结,结凿井专,利,利；,1888,年,年：美国,，,，用于煤,矿,矿矿井开,挖,挖；,1965,年,年：加拿,大,大，开挖1089,米,米矿井，,冻,冻结深度684米;,苏联1928年开,始,始采用冻,结,结法，至1990,年,年共开凿,井,井筒400多个,迄今为止,，,，各国冻,结,结井最大冻结,深,深度,英国930m，美,国,国915m，波兰860m,，,，加拿大634m,，,，,比利时638m，,前,前苏联620m，,德,德国628m，法,国,国550m，,中国955m,3.1,概述,3.1.2,冻结法的,起,起源与发,展,展,国内冻结,施,施工情况,我国于1955年在开滦,林,林西风井,首,首次采用,冻,冻结法施,工,工第一个,井,井筒（直,径,径5.0m，深度105m,）,），揭开,了,了我国在,表,表土不稳,定,定含水地,层,层建设井,筒,筒的序幕,。,。,到现在已,有,有近60,年,年历史，,共,共计施工,了,了500,多,多个立井,井,井筒，累,计,计冻结总,深,深度达80km。,实践表明,：,：冻结法,凿,凿井已成,为,为我国解,决,决深厚冲,积,积层施工,困,困难的最,主,主要特殊,施,施工方法,。,。随着国,民,民经济的,发,发展和新,矿,矿区的开,发,发，新建,矿,矿井穿过,的,的冲积层,厚,厚度和冻,结,结深度呈,跳,跳跃式增,长,长。,3.1,概述,3.1.2,冻结法的,起,起源与发,展,展,国内冻结,施,施工情况,20世纪80年代,，,井筒穿过,的,的冲积层,最,最大厚度,达,达到358.5m,（,（潘三东,风,风井），冻结最大,深,深度达到415m,；,20世纪90年代,初,初,，,井筒穿过,的,的冲积层,最,最大厚度,达,达374.5m（,陈,陈四楼副,井,井），冻结最大,深,深度达到435m,。,程村矿主,、,、副井：2003,年,年4月和9月顺利,穿,穿过了冻,结,结段，创,出,出我国已,建,建成冻结,井,井中最早,通,通过430m冲积,层,层、冻结深度,达,达到485m的冻结井,筒,筒冻结管,无,无断裂，,井,井壁无压,坏,坏和无漏,水,水、井壁,质,质量优良,的,的优异成,绩,绩。,3.1,概述,3.1.2,冻结法的起,源,源与发展,国内冻结施,工,工情况,安徽淮南矿,业,业集团公司,丁,丁集矿井风,井,井井筒冻结,段,段所穿过的,地,地层为第四,、,、第三系表,土,土段及基岩,风,风化带，厚,度,度为528.65m。,冻,冻结工程创,造,造了从开机,到,到停机仅365天的最,短,短时间，确,保,保了井筒掘,砌,砌安全顺利,通,通过了528.65m,的,的冲积层，冻结深度558m，且没有发,生,生一根冻结,管,管断裂事故,；,；井筒掘砌,工,工程创造了,从,从正式开工,到,到井筒安全,通,通过528.65m的,冲,冲积层、550m冻结,段,段井壁顺利,落,落底时间仅205天，,且,且外层井壁,没,没有发生任,何,何开裂现象,，,，外壁掘砌,平,平均速度达80.5m/月好成绩,。,。,3.1,概述,3.1.2,冻结法的起,源,源与发展,国内冻结施,工,工情况,目前我国冻,结,结法施工成,功,功的井筒数,量,量达500多个；,表土层冻结,深,深度最深的,井,井筒是安徽,口,口孜东矿井,副,副井井筒厚,度,度达577.1m；,最大冻结深,度,度：华能甘肃能,源,源有限公司,核,核桃峪煤矿,副,副井、风井,的,的冻结深度955m。,3.1,概述,3.1.3,冻结技术和,措,措施,制冷技术（制冷系统,、,、冷媒剂循,环,环、冷却水,循,循环）,制冷循环一般包括四,个,个过程：,冷媒剂循环,与冻结管相,连,连，将地层,热,热量带出,冷却水循环,将冷媒剂携,带,带的热量释,放,放于大气,冻结法中，,制,制冷剂一般,用,用氨或氟里,昂,昂，冷媒剂,通,通常用氯化,钙,钙溶液（盐,水,水）,压缩冷凝,降压蒸,发,发,3.1,概述,3.1.3,冻结技术和,措,措施,3.1,概述,冻结法凿井,示,示意图,3.1.3,冻结技术和,措,措施,三大循环系,统,统：氨循环系统,、,、盐水循环,系,系统、冷却,水,水循环系统,。,。,低温盐水,在沿冻结管,流,流动过程中,，,，不断吸收,孔,孔壁周围岩,土,土层的热量,，,，使岩土逐,渐,渐冷却冻结,而,而成。盐水,起,起传递冷量,的,的作用，称,为,为,冷媒剂,。,盐水的冷量,是,是利用液态氨气化时吸收盐水,的,的热量而制,取,取的，所以,氨,氨叫做制冷,剂,剂。,3.1,概述,20,氨循环,盐水循环,冷却水循环,液态氨：,气态氨：,去油脂：,低温盐水：,加热盐水：,常温冷却水,：,：,加热冷却水,：,：,3.1,概述,3.1.3,冻结技术和,措,措施,冻结管将冷量,注,注入地层的,关,关键设施,垂直冻结管,：,：如基坑、矿,井,井，垂直钻,进,进技术，目,前,前技术水平,，,，垂直钻,1000m,深孔，偏斜,率,率可控制在3,水平冻结管,：,：如隧道，必,须,须采用特殊,的,的水平钻孔,技,技术。目前,，,，水平冻结,孔,孔钻进长度,一,一般5060,m,，德国杜塞,尔,尔多夫隧道,一,一次钻进长,度,度达到115,m,冻结管的功,能,能特殊，强,度,度和密封必,须,须可靠。深,井,井冻结冻结,管,管断裂曾是,一,一大难题：,冻,冻结管断裂,后,后，冷媒剂,（,（盐水）将,融,融化冻土,冻土体“,开,开窗”，严,重,重时可造成,淹,淹井事故。,3.1,概述,3.1.4,工程应用,立井施工,3.1,概述,3.1.4,工程应用,立井施工,3.1,概述,3.1.4,工程应用,斜井施工,3.1,概述,李家坝煤矿,斜,斜井冻结工,程,程,李家坝回风,斜,斜井设计冻,结,结孔数,357,个，测温孔,12,个，总计造,孔,孔数为,369,个，设计造,孔,孔量为,46450,米。冻结段,水,水平长度,139.5,米，斜长,152.7,米，冻结段,垂,垂直深度,62.1,米。,回风斜井冻,结,结站装配,2,台,HLG20,A250,型氨螺杆压,缩,缩机、,6,台,HLG20,AB110,型氨螺杆压,缩,缩机、,3,台,JZLG20,型氨螺杆压,缩,缩机及,8,台,LG20CAB280,型氨螺杆压,缩,缩机，总装,机,机容量超过,410,万大卡,/,小时。,3.1.4,工程应用,基坑工程,3.1,概述,维护基坑安,全,全，在施工,期,期承受水土,压,压力,3.1.4,工程应