1人工地层冻结技术胡向东2011.06.15大纲大纲概述冻结法的理论与工程问题冻结法的风险冻结法的施工监测验收标准与内容若干管理问题概述人工地层冻结法的基本原理与特点冻结法的发展历史冻结法的应用冻结法的基本原理与特点人工地层冻结法(ArtificialGroundFreezing,AGF)（简称“冻结法”），是利用人工制冷技术,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。冻结法的基本原理与特点冻结岩土性质的改变将含水地层（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”。岩土冻结实质1冻结法的基本原理与特点�较高的强度�绝对的封水性冻土结构特点22冻结法的基本原理与特点�结构——承载�封水——不承载冻土结构功能3冻结法的基本原理与特点基本原理4冻结法的基本原理与特点�盐水冻结（封闭系统）：一般可达-30℃�液氮冻结（开放系统）：-195.8℃制冷方法5岩土工程冻结制冷技术通常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。常用两种类型：冻结法的基本原理与特点冻结法适用于任何地层冻结法的适应性6冻结法的基本原理与特点�冻土帷幕的变化性•冻土范围可变；•冻土温度可变；•冻土强度可变（强度是温度的函数）�冻土帷幕的连续性•水在负温下结冰的必然性�冻土帷幕的可知性•通过温度测试可判断冻结范围、冻土强度冻结法特点7冻结法的基本原理与特点�安全性好•冻土强度较高•冻土连续性可靠、封水性好�适用性强•适用于几乎所有具有一定含水量的松散地层（包括岩石）•复杂地质条件可行（流砂、大深度、高水压）�灵活性高•冻土帷幕性状（范围、形状、温度、强度）可控�经济性较好�环保性能好——“绿色工法”冻结法优点8粉土砂砾石地层类型黏土细中粗细中粗细中粗卵石0.010.1110mm颗粒尺度渗透系数10-710-610-510-4-310-21010-1m/s降水法水泥注浆膨润土注浆化学注浆冻结法压气法胡向东制3冻结法的基本原理与特点�冻胀融沉•对环境有一定的影响，严重时具有一定的破坏力•融沉控制不当可导致结构差异沉降和长期沉降�风险性•供冷不足或外部热源可导致冻土帷幕性能退化（范围、强度）•流水作用下冻土可快速消融�局限性•地下水流速影响冻结效果•地层含盐影响冻结效果•含气地层可影响冻结效果冻结法缺点9冻结法的发展历史�1862年，英国威尔士(SouthWales)的建筑基础施工首次使用人工地层冻结法，失败*�1880年，德国工程师F.H.Poetch首先提出人工冻结法原理并获专利�1883年，德国阿尔巴里煤矿成功地采用冻结法建造井筒�两年后（1886年[1]），瑞典人开始使用冷冻，用冻结法在斯特哥尔摩掘进了一条隧道。德国人和瑞典人之后是法国人（1906年[1]）�1888年，美国人用于煤矿矿井开挖�1928年，苏联在德国人的帮助下，在Соликам钾矿首次成功使用人工地层冻结法凿井�1933年，苏联在工程师特鲁巴克(Трупак)领导下，在莫斯科地铁1号线成功使用人工地层冻结法修建三个地铁站的扶梯斜隧道以及若干隧道工作井�1942年，巴西26层高楼不均匀沉降修正[1]�1955年，中国煤矿首次采用冻结法凿井�1960年，加拿大双拱铁道隧道隔墙拆除工程[1]�1962年，日本开始使用冻结法于市政工程（大阪水管越江[2]）（无矿山工程）�70年代初，北京地铁首次应用冻结法�1994年，台北捷運新店線CH221標[1]冻结法的应用�土木工程、岩土工程矿山凿井：竖井、斜井隧道施工：隧道掘进；盾构、顶管进出洞、联络通道；隧道扩建基坑工程穿越地下对接事故处理管线工程基础加固边坡加固�环境保护：污染物处理�土工试验：原状土取样�其他：泥浆除水冻结法的应用�1955年，由波兰引进了立井冻结法凿井技术，在开滦林西煤矿风井建成了第一口立井，在中国开创了人工地层冻结法的先河�截止1994年未的40年间，我国已采用冻结法开凿了390多个井筒，总长度超过66km.�截止2007年，我国已采用冻结法开凿了500多个井筒，总长度超过70km[1]....
