施工工艺内容


冻结法施工工艺简介
信息来源:[本站] 撰稿人:[admin] 发布日期:[2013-3-6] 点击次数:[2456]

冻结法

一种施工方法,最早用于俄国金矿开采,后由德国工程师用于煤矿矿井建设获得专利技术趋于成熟,现在已广泛应用于地铁、深基坑、矿井建设等工程中。

简述
冻结法的定义为:是采用不掺外加剂的砂浆砌筑墙体,允许砂浆遭受一定程度的冻结。在不稳定含水地层中修建地下工程时,借助人工制冷手段暂时加固地层和隔断地下水的一种特殊施工方法,常用于竖井工程。

基本原理

将含水土体利用人工设置的冻结管,冻结管内循环冷媒剂,带走土体中热量从而形成强度高密封性好的冻土,起到承受荷载和密封防水的作用。它的适应性强、安全可靠、无污染,目前和其他方法相比造价略高。
冻结法是在室外用热砂浆进行砌筑,砂浆不掺外加剂,砂浆有一定强度后砌体很快冻结,融化后的砂浆强度接近于零,当气温升高转入正温后砂浆的强度继续增长。由于砂浆经冻结、融化、再硬化的三个阶段,其强度会降低,也减弱了砂浆与砖石砌体的粘结力。结构在砂浆融化阶段的变形也较大,会严重的影响砌体的稳定性。故规范规定下列工程不允许采用冻结法施工:(1)、空斗墙;(2)、毛石砌体;(3)、砖薄壳、双曲砖拱、筒式拱及承受侧压力的砌体;(4)、在解冻期间可能受到振动或其他动力荷载的砌体;(5)、在解冻时,砌体不允许产生沉降的结构。

施工方法

冻结法主要用于冬期施工,除冻结法,冬期施工应优先采用外加剂法(掺盐砂浆法)。
在井筒开挖之前,从地面沿其外围一定距离的同心圆周上按等间距向下钻孔,孔底深入不透水层,然后向每个钻孔中沉放用无缝钢管做的下端封闭的冻结管;在地面安装冷冻设备,采用氨(NH3)为制冷剂,将冷媒剂氯化钙(CaCl2)溶液(习称盐水)冷却到-20~-30°C,用循环泵和插至冻结管深处的聚氯乙烯供液管将盐水送入冻结管。经低温盐水长时间连续地吸取管外的热量,使周围地层冻结。盐水吸取地层的热量后温度上升,在循环泵的作用下,经回路管回到冷冻设备和制冷剂接触而重新冷却。原为液态的氨,在减压的条件下蒸发时摄取盐水的热量后,经压缩和冷凝又使其液化,在管道内循环流动,重复使用。在每一冻结管周围形成的冻土圆柱体,其直径随时间而增大,这些圆柱体互相交接成密实而闭合的冻土墙
冻结法

  冻结法

,能承受水、土压力并阻隔地下水,在它的保护下开挖地层和修筑衬砌(见图)。
冻结法
采用冻结法施工时,须根据施工进度、冻土墙的需要强度、开挖顺序等,确定冻土墙的厚度、冻结管群的间距与行数,以及其长度、冻结顺序和解冻顺序等,从而选择必要的冻结设备。还须制订施工中的测定温度计划和测定点。根据测定结果,以连续或间断的供冷方式保持冻土墙的冻结。同时研究地层冻结时的膨胀和解冻时的下沉情况,预先制定测定方法和对策。此外,在地下构筑物施工时,必然要在接近-5~-10°C的冻面处灌筑混凝土,因此最好采用低温早强混凝土,否则要埋设加热器或敷设绝热材料,以减少冻土墙对混凝土的影响。地下构筑物完成后,要对冻结的地层进行均匀而连续的解冻,对埋深不大的地下工程,可停止供应盐水,令其自然解冻;如埋深很大时,则供应温度逐渐提高的盐水,进行人工解冻。此外,各国还有用液态气体蒸发制冷的。进行冻结时,只需用储气罐将液态氮运至工地直接注入冻结管即可,因此工地设备简单,但其缺点是液态氮使用不安全,有一定的危险性。
冻结法既适用于松散不稳定的冲积层和裂隙发育的含水岩层,也适用于淤泥、松软泥岩以及饱和含水和水头特别高的地层。对于土中含水率非常小或地下水流速相当大的处所不适用。1883年德国最早用冻结法开凿竖井,随后比利时、荷兰、英国、波兰、苏联、美国、加拿大等国也主要用此法开挖竖井。近30年来,冻结法除广泛地用于矿山井巷工程以外,也用于修建地下铁道车站和自动扶梯斜隧道、地下洞室以及桥墩的深基础等工程。中国于1955年首次在开滦林西煤矿应用此法开凿风井以来,至1982年,已开凿190多个井筒,累计冻结深度超过3万米,最大冻结深度为415米。
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