冻结法3-5节教材

§3冻结法施工内容：

1.

冻结站安装2.钻孔施工

3.冻结

4.井筒掘进

5.砌壁

6.收尾1一、冻结站安装1.冻结站的位置

方便：供冷、供电、供水、排水等；

尽量靠近井口：30～50m2.设备布置

室内：蒸发器、高低压压缩机、中冷器、氨液分离器等

室外：冷凝器、集油器、储氨器、油氨分离器、冷却水系统等。23.冻结站安装

与冻结孔施工同时进行三大系统的安装顺序4.管路耐压、密封试验

压缩机先试运转24h以上（空载或负载）。

压气试漏：24h，压力不降为合格正常压力的1.5倍

真空试验：24h，真空度≥0.0933Mpa为合格

5.管路保温管路损失占25％。用棉花、塑料薄膜、其它保温材料。3先灌盐水：盐水按要求配制、管内不能有空气、盐水箱内的盐水应高出主管200mm。

后充氨：低压系统抽成真空，液氨自动流入。

7.水源井

降水漏斗不能影响被冻土体，距离井口＞300m

位于地下水流上游

数量不少于2个，相距大于150m。6.灌盐水、充氨4二、钻孔施工

1.钻孔布置（1）冻结孔

圈径：

D0＝掘进直径＋2（0.55×冻结壁厚度＋冻结深度×0.3％）

孔数：

复算孔间距：5孔深：开孔深度：10～20m终孔深度：大于需冻结的深度5～15m孔径：正常孔径：冻结管外箍直径＋（15～20mm）开孔直径：正常孔径＋（20～40mm）常用管径：108mm、139mm、159mm（2）水位孔作用：观察地下水位、确定冻结圆柱是否交圈位置：距井筒中心1m左右数量：1～2个深度：穿过所有含水层；小于冻结深度。

（3）测温孔作用：监测冻结壁的温度，准确了解冻结壁的形成情况。位置：冻结壁外缘界面上或者认为必须控温处。数量：3～4个。62.冻结孔钻进

钻机：旋转式，型号很多钻头：合金钢，牙轮式灰土盘：灰土比3：7。开孔：深5～6m，下套管，固孔

泥浆：排渣、护孔。泥浆泵、泥浆池、泥浆正循环73.测斜

灯光测斜仪：用于浅井

磁性单点测斜仪（图1－30）：随钻杆移动，不提钻测斜

陀螺测斜仪：应用广泛、不提钻测斜、精度高。

JDT-Ⅲ型：直径60mm，长1.9m。

由下井仪器、地面测量仪、稳压器、变流器、测井电缆、测井绞车等组成。

4.纠偏

纠偏钻具（定向钻具）：

涡轮钻具、戴纳钻具

5.安装冻结管

钻好一孔安装一孔。耐压试验后安装供液管、回液管、集配液圈等。8

三、冻结

1.制冷系统的合理使用▲冻结初期：温差大,关3、4、5、2阀，低压机开

▲冻结中期：温差中,关3、4、5、1阀，高压机开

▲冻结后期：温差小，关1、2阀门，低、高压机开

9

2.正反循环的合理使用

浅井：先反后正（上下温差小）

深井：先正后反（下部低温高，先预加强冻结）10

3.去回路盐水温度及流量观测

深度＜100m时，△t＝2～3℃

深度＞100m时，△t＝３～４℃

流量计的流量。

4.测温

专职人员，定期测。热电偶测温。微机测温系统115.水位孔观察

交圈－水位孔冒水—暂时下降－冒水

如不冒水，要找原因。

6.开挖时间（试挖条件）

达到三个条件：

▲水位孔冒水

▲冻结壁峰面已达到预定位置

▲冻结时间与设计基本相符12

四、井筒掘进

1.破岩方法

冻土：风镐、风铲

冻岩：爆破,参数规定

工具防冻：

●压风除湿（干燥法、冷却法）

●往钻机内倒酒精

132.掘进段高

高度：2～20m，粘土层中为2m左右。

影响因素：地压、冻土性质、冻结壁厚度、冻结壁平均温度、井筒直径、掘进速度等。3.工作面底鼓与冻结壁变形

原因：井帮超前变形、交圈不好控制办法：强冻、快挖、小段高4.冻结管断裂

原因:材质、冻结参数、施工工艺、冻结温度14五、砌壁

1、井壁材料：混凝土、钢筋混凝土、砌块等。

2、壁结构：单层井壁双层井壁复合井壁（壁间有防水或可塑性夹层）

3、井壁施工：外壁：短段掘砌

内壁：滑模套壁六、收尾工作回收氨、盐，拆设备，拔管充填（深井一般不拔）15§4冻结方案

1.

一次冻全深方案（1）单圈管布置方案（2）双圈孔布置方案

内圈孔：又叫防片孔、辅助孔

外圈孔：又叫主圈孔、主冻孔、主排孔

（3）多圈(三圈及以上)管布置方案

内圈孔：又叫辅助孔、加强孔

中圈孔:又叫主圈孔

外圈孔16冻结方案

（4）异径管冻结方案上部管径大（240mm），下部小（120mm）2.分段（分期）冻结方案冻结管内安设长短两根供液管。先上后下。3.差异冻结方案又叫长短腿冻结。同一圈内长短管间隔布置。

174.局部冻结方案隔板式压气隔离式盐水隔离式上下段冻结式185、斜井冻结斜孔、直孔、直斜混合。斜孔冻结直孔冻结196、水平冻结

隧道正洞、隧道连通道、地铁车站、盾构洞门广州地铁2＃线某区间隧道冻结孔偏斜图主要参数冻结壁厚度：1.2m隧道中心深度:18.3m开孔间距:886mm终孔间距:不超过2m冻结孔长度:62m钻孔方向:放射状,外偏角

冻结孔:28个测温孔:2个岩性:断层破碎带20主要参数

地层岩性:软土

上覆土层厚度:13m

冻结壁厚度:1.4m

地铁连通道21§5冻土的物理力学性质一、冻土的形成二、冻土的热物理性质三、冻土的力学性质22地下水（四种水）

强结合水：紧靠颗粒表面，受强静电引力最大，又叫吸附水。冰点-186℃。

弱结合水：薄膜水，离颗粒表面稍远。冰点－20～－30℃

毛细水：受静电引力较小。0～－4℃

自由水：又叫重力水，即普通水。粘土：结合水多，不易冻结。

温度相同时，未冻水多，故强度低。砂土：自由水多，容易冻结。一、冻土的形成232.岩土中水的冻结过程

五个阶段：

（1）冷却段：降至冰点

（2）过冷段：冰点以下

（3）释放潜热段：突变

（4）结冰段：最重要,叫结冰温度、起始结冰温度

（5）继续冷却段24二、冻土的热物理性质1.导热系数

当温度梯度为1（1m长度上温度下降1℃）时，每1h内通过单位面积的热量，称导热系数。用λ表示,单位为：W/m.K

λ表示物体传热的难易程度，λ越大，越易于传热。粘土：λ＝1.4左右砂土：λ＝1～4（参见表1－10）

冻土为四相体：颗粒、气体、未冻水、冰252.比热

使单位质量（1kg）的冻土温度变化1K时，所吸收（或放出）的热量。用c表示，单位：kJ/kg.K。

c＝[cs+(w-wu)ci+cwwu]/(1+w)

(1—44）式中cs—融土颗粒的比热，(0.71～0.84)kJ/(kg.K)w—含水量，％；

wu—未冻水含量，％；

ci—冰的比热，2.1;

cw—水的比热，4.2。26

容积比热：

使单位体积的冻土温度变化1K时，所吸收（或放出）的热量叫容积比热。用C表示。

C=γs[cs+(w-wu)ci+wucw](1—46）

式中：γs—融土颗粒干容重，1300～1700kg/m3。

比热随温度而变化，工程中一般用平均比热：

平均比热＝温度变化中吸收（或放出）的总热量/温度变化总值

274.冻土热容量Q每1m3岩土从原始温度降到某冻结温度所放出（或吸收）的热量，叫热容量。单位：kJ/m3

Q＝Q1+Q2+Q3+Q4

（1—47）Q1：水由原始温度t0降到结冰温度td时所放出的热量。

Q1=wcw(t0-td)ρw

(1—48）

w—含水量；

cw—水的比热；ρw—水的密度。3.导温系数

表示固体中温度变化的难易程度，m2/s.

α＝λ/C

λ越大，α越大，越易于改变温度。28Q3:冰由冰点降到冻结温度所放出的热量。

Q3＝（w-wu)ciρi(td-tp)（1-50）

tp—冻结壁的平均温度。Q4:颗粒由原始温度t0降到冻结温度所放出的热量。

Q4=(1-w)csrs(t0-tp)（1-51）

Q2:岩土中水结冰所放出的潜热量

Q2=(w-wu)γsl

（1-49）

wu—冻土中未冻水的含量；

γs—融土颗粒干容重,1300~1700kg/m3；

l—单位重量水结冰放出的潜热量，336kJ/kg。29三、冻土的力学性质冻土的抗压强度

比较低。-15℃时，粘土大多为3～6MPa;砂土6～10MPa

相关因素：

●温度：在一定的温度范围内，冻土强度与负温绝对值呈线性关系。饱和砂：σ＝－0.015t2+1.079t+1.961(前苏联）两淮表土：σ＝a+bt

-20℃时：粘土，小于5MPa

砂土，小于10MPa

力学性质：抗压强度、抗剪强度、流变特征30●含水量：

饱和前，强度随含水量增加而增加(线性）