人工冻结法

摘要： 通过三轴剪切试验,研究不同围压和不同温度对福州地铁冻结淤泥质粉质黏土力学特性的影响,基于邓肯-张模型建立考虑围压和温度影响的冻结淤泥质粉质黏土本构模型,分析模型参数与围压和温度的关系,并对冻结淤泥质粉质黏土的破坏比进行测算。结果表明,不同围压和不同温度条件下,冻结淤泥质粉质黏土的应力-应变曲线均呈应变硬化型,主应力差最大值与围压呈正相关,与温度呈负相关;模型参数与围压呈负相关,与温度呈正相关,且线性关系在95%的水平下显著成立;冻结淤泥质粉质黏土的破坏比在0.83~0.91之间,均值为0.86。

摘要： 冻结壁发育不良是联络通道冻结法施工事故的主要诱因之一,而发育完全的冻结壁是联络通道开挖施工的前提和保障,研究冻结温度场的演化规律对联络通道的顺利施工具有重要意义。鉴于此,以福州地铁5号线农林大学站~洪塘路站区间某平面斜交联络通道冻结法施工工程为依托,考虑土层分层情况,对各层土样进行热物理力学性能试验,获取土体的冻结参数;考虑土体的相变过程,采用ABAQUS有限元软件,对联络通道积极冻结期的温度场发展规律进行研究;通过现场实测数据,对该数值模拟方法进行可靠性评价。数值模拟结果表明:随着时间的增加,3个典型剖面冻结壁平均温度分别经历急速降低、缓慢降低和趋于平缓3个阶段。积极冻结45 d后,冻结壁发育良好,平均厚度均大于设计值,平均温度均小于设计值(-13°C)。现场实测数据表明:5个测温孔的数值模拟温度与实测温度基本一致,最大偏差仅为2.4°C。该研究验证了数值模拟方法的准确性,说明了冻结设计方案的可行性,且现场冻结效果显著,产生了较高的社会经济效益。

摘要： 受高精度小倾角斜井冻结孔钻机缺乏的限制,斜井冻结施工多采用竖直孔冻结方案,造成能源的极大浪费。通过建立大型三维冻结模型试验台,研究了采用竖直孔和倾斜孔两种冻结方式下斜井冻结壁的温度场分布规律,对比分析了不同施工阶段的冻结壁扩展和解冻差异。研究结果表明,在积极冻结期,竖直孔冻结方案中冻结壁较快达到设计要求,整个冻结范围内温度分布均匀、冻结范围更大;在维护冻结期,竖直孔冻结方案中冻结壁顶板和底板的解冻厚度在100mm左右,而倾斜孔冻结壁解冻范围比较稳定,受开挖影响小。轴向冻结冻结壁顶板平均温度均能维持在-6~-5°C,而且在连续开挖后,依然能够保持长期稳定。而竖直孔冻结时,顶、底板平均温度为-4~-2°C,侧帮平均温度为-5~-4°C。

摘要： 通过温度场数值分析研究了冷媒温度对联络通道冻结效果的影响。分析结果显示:实测与数值模拟得出的温度曲线走向相同,降温速率相近,数值模拟具有较高的可信性;使用新型冷媒冻结时,各侧冻结壁厚度达到设计要求的时间较使用传统冷媒冻结时缩短了3~20 d,平均温度达到设计要求的时间较使用传统冷媒冻结时缩短了5~13 d。

摘要： 为了解决地下水发育的强透水砂砾层条件下,盾构常压开仓施工地层加固和止水问题,以某区间隧道为例,在分析场区基本施工现状基础上,基于液氮人工冻结技术,对盾构常压开仓所需的土层加固范围和强度进行计算,并对加固效果进行监测。研究结果表明:冷冻期间地层温度控制和地表沉降变形控制良好,形成了加固体和止水帷幕,保障了盾构常压开仓清理土层和更换维修刀具。

摘要： 地铁建设是现代化城市发展中至关重要的组成部分,为人们的正常出行创造了良好的条件。近年来,其施工规模呈现出逐渐扩大的趋势。文章立足我国城市地铁的建设现状简略阐述了研究背景,介绍了人工冻结法的应用原理及施工工艺,并从应用要点和优化策略两方面着手,对人工冻结法在城市地铁建设地基处理中的应用进行了详细分析,旨在为相关研究人员提供参考。

摘要： 近年来,中国城市轨道交通大规模建设,新建地铁隧道采用人工冻结法下穿地面建筑等工程数量逐年增加。冻结过程中,人工冻土冻胀容易引发上覆地表和相邻建筑物出现不均匀变形,造成上覆结构损坏。为保证双线隧道冻结施工中上覆结构安全,需要研究冻结下穿过程中的冻胀规律以选取最优施工方案。基于上海地铁18号线双线隧道冻结下穿地铁10号线国权路运营车站工程,开展冻结隧道下穿上覆车站相似模拟试验,并采用传感器对上部10号线国权路车站底板变形进行自动化监测,研究了上覆车站底板在全长冻结和分段冻结2种模式下的冻胀抬升规律,得出了工程施工过程中上覆车站底板变形规律。结果表明:分段冻结模式对上覆结构产生的最大抬升量为20.5 mm,出现在下行线隧道冻结期间,小于全长冻结模式产生的最大抬升量30 mm。车站底板在分段冻结模式下出现整体抬升,下行线隧道在积极冻结期间的抬升速度为0.12 mm/d,大于上行线隧道冻结时的抬升速度0.08 mm/d。采用分段冻结、分段开挖方案时,冻胀抬升和开挖沉降交替产生,车站底板抬升位移曲线呈锯齿状。实际工程中采用分段冻结、取土卸压等方法降低冻胀量,实测车站底板最大抬升量为25.41 mm。试验得出车站底板抬升规律与施工数据呈现较好的一致性,有效地指导了工程施工。

摘要： 为解决人工冻土水分迁移规律不明确等问题,基于两端控温的开放系统水分迁移试验,对不同影响因素下的人工冻结水分迁移量进行了定量研究。试验结果表明:上覆荷载是影响水分迁移的最显著因素,其次分别为含水率和冻结温度。土体水分迁移量随着上覆荷载的增大而减小,冻结温度为-28°C、土体含水率为25%时,上覆荷载增加1 kPa,水分迁移量减小约0.8%。土体水分迁移量随着初始含水率增大而增大,冻结温度为-28°C、上覆荷载为71.44 kPa时,土体含水率增加1%,水分迁移量增加约1.7%。土体水分迁移量随着冻结温度的降低而增大,土体含水率为25%、上覆荷载为71.44 kPa时,冻结温度降低1°C,水分迁移量增加约4%。分层测定了试样未冻土含水率,得出未冻土区含水率略有降低,开放系统中未冻土主要承担水分迁移通道的作用。研究成果可以为富水地层人工冻结水分迁移量估算提供参考,也可为冻胀引发上覆地层计算模型提供依据。

摘要： 为了研究软硬交错地层的联络通道冻结加固工程温度场演化规律,通过室内试验和数值计算方法,对于淤泥质土-砾质黏土-强风化花岗岩3种地层下的冻结温度场进行分析,讨论了温度场、冻结壁厚度、冻结扩展速度和交界面锋面形态等问题.研究结果显示:①软硬交错地层的冻结效果差异明显,工程中需要区别对待.②软硬交错地层的冻结壁厚度差异主要集中于积极冻结前期,在冻结后期这种差异性将得到保留,但不会过度扩大.③计算结果显示冻结锋面在软硬过度段呈明显改变,呈近似折线型分布.

摘要： 冻结法施工中,冻结管的布置间距往往大于单管冻结锋面半径,且考虑到冻结管影响范围有限,为增强冻结温度场计算的准确性,基于势函数叠加原理,推导双管冻结叠加稳态温度场的计算公式,并将其周期化得到单排等距多管稳态温度场.结合依托工程的地层参数,通过数值模拟对推导公式进行验证.研究表明:1)考虑相邻冻结管叠加影响范围有限性的双管稳态温度场计算公式能较准确地预测出一般冻结期内的温度分布规律;2)在双管温度叠加区内,冻结管连线中点为中垂线温度的最低点,且随着冻结管间距的减小,该点温度不断下降,但中垂线上冻结壁厚度并不改变;3)随着冻结壁厚度的增加,双管稳态温度场接近加强单管稳态温度场.

摘要： 由于市政工程周边环境较为复杂,富水地层中降水法受到限制,故常采用人工冻结法加固土体.介绍市政冻结技术的发展历程、应用现状及关键技术问题,总结出按强度指标确定的冻结壁厚度计算公式;研发出保压平衡钻进新工艺,解决钻进过程中冻结管钻不进、断裂等问题;研发出PVC管盐水高效输送技术,输送冷量的散失量仅为同条件钢管的37.83％;对冻融环境效应及工程控制对策给出典型冻结案例,分析市政冻结技术发展存在的问题,并对今后的发展做了展望.

摘要： 盾构始发及接收端头加固如受施工条件限制,或者采用高压旋喷法、深层搅拌法、注浆等方法进行端头加固土层难以达到盾构始发及接收的条件时,常采用人工冻结法进行盾构隧道端头加固.人工冻结法加固盾构端头技术就是在需加固处理的盾构端头打设水平或垂直冻结管,采用人工制冷技术临时冻结加固土体,使土体冻结,形成强度高,封闭件好的冻土,然后在冻土中达到盾构安全始发或到达的目的.

摘要： 近年来,在西北地区的富水岩层,越来越多地采用人工冻结法进行井筒建设.富水岩层中的裂隙渗流对人工活动极为敏感,极大地制约了冻结法凿井的可靠性.为此,本文以鄂尔多斯某井筒冻结工程为例,针对近水平的不整合接触面,通过数值分析研究裂隙渗流条件下三维稳态冻结温度场,以期为富水岩层的冻结设计和工程处置提供有益的借鉴.

摘要： 主要研究人工冻结法用于深基坑维护结构时的近似计算方法,将直线型冻土墙简化为薄板结构,考虑了基坑下部的被动土压力侧的弹性地基作用,利用能量法对冻土墙进行近似计算,并与冻土墙模型试验数据进行对比,结果表明,采用本文计算模型可以获得更好的模拟效果.

摘要： 针对上海地区软土地层的特点,考虑到盾构地中冻结的技术要求,研究了盾构地中对接冻结法的施工方案,并对冻结体的冻结范围、冻结应力、温度场的分布等因素进行了分析,提出了冻结孔布置、冻结温度分布等设计参数,并根据设计方案,提出了冻结施工的基本要求.研究提出的设计和施工方案,可以供类似的工程设计和施工参考.

摘要： 针对上海地区软土地层的特点,考虑到盾构地中冻结的技术要求,研究了盾构地中对接冻结法的施工方案,并对冻结体的冻结范围、冻结应力、温度场的分布等因素进行了分析,提出了冻结孔布置、冻结温度分布等设计参数,并根据设计方案,提出了冻结施工的基本要求.研究提出的设计和施工方案,可以供类似的工程设计和施工参考.

摘要： 针对上海地区软土地层的特点,考虑到盾构地中冻结的技术要求,研究了盾构地中对接冻结法的施工方案,并对冻结体的冻结范围、冻结应力、温度场的分布等因素进行了分析,提出了冻结孔布置、冻结温度分布等设计参数,并根据设计方案,提出了冻结施工的基本要求.研究提出的设计和施工方案,可以供类似的工程设计和施工参考.

摘要： 针对上海地区软土地层的特点,考虑到盾构地中冻结的技术要求,研究了盾构地中对接冻结法的施工方案,并对冻结体的冻结范围、冻结应力、温度场的分布等因素进行了分析,提出了冻结孔布置、冻结温度分布等设计参数,并根据设计方案,提出了冻结施工的基本要求.研究提出的设计和施工方案,可以供类似的工程设计和施工参考.

摘要： 人工地层冻结法的冻土帷幕厚度计算公式属于人工冻土温度场理论的应用。在这一领域，流行的排管冻结温度场公式有苏联的TPYHAK公式和БАХОЛДИН公式、中国的成冰公式、美国的Sanger＆Sayles公式和日本的户部·秋元公式等。本文另辟蹊径根据日本的高志理论建立了偶数管情况下有限管的人工冻土温度场冻土帷幕厚度计算方法，并应用数学方法和数值模拟方法对比了这些导出公式及БАХОЛДИН公式的适用性。结果表明，对于有限管的冻结工程，这些，公式具有很大的应用空间，且比БАХОЛДИН公式更具优势。

摘要： 人工地层冻结法的冻土帷幕厚度计算公式属于人工冻土温度场理论的应用。在这一领域，流行的排管冻结温度场公式有苏联的TPYHAK公式和БАХОЛДИН公式、中国的成冰公式、美国的Sanger＆Sayles公式和日本的户部·秋元公式等。本文另辟蹊径根据日本的高志理论建立了偶数管情况下有限管的人工冻土温度场冻土帷幕厚度计算方法，并应用数学方法和数值模拟方法对比了这些导出公式及БАХОЛДИН公式的适用性。结果表明，对于有限管的冻结工程，这些，公式具有很大的应用空间，且比БАХОЛДИН公式更具优势。

摘要： 一种基于冻结法的人工挖孔扩底桩施工方法，包括如下步骤：（1）、在桩基础平面外围施工外围冻结孔，在外围冻结孔内安设外围冻结管；（2）、外围冻结管开始冻结，以形成外围止水冻结壁；（3）、在外围止水冻结壁的止水作用下，在桩基础平面内进行人工挖孔扩底桩施工；（4）、外围冻结管停止冻结，拔出外围冻结管。本发明利用冻结技术形成冻结壁后再进行人工挖孔，桩周冻结壁可以临时起到砖、混凝土等护壁衬的支护作用，与传统护壁衬相比，桩周冻结壁可以一次成形，免去传统护壁衬的制作、运输、安装等工序，桩孔成孔速度快；桩周冻结壁的形成可大大降低人工挖孔时发生的土层坍塌、流砂、涌泥等安全事故的几率，以提高施工人员的安全性。

摘要： 一种人工地层冻结法对周围环境效应的模型试验装置，其包括模型箱和模型土体、冻结支架系统、冻结循环系统、测量设备、数据采集设备和水压控制设备。本发明还公开了一种人工地层冻结法对周围环境效应的模型试验方法。本发明克服了冻结法设计只能考虑短期施工阶段影响的缺陷，在达到设计的冻结温度和冻结强度的前提下，控制积极冻结方式和维护冻结，可以对不同冻结温度、冻结时间以及不同冻结方式和解冻方式下对比分析周围土体温度场，应力场和位移场的变化，对其变形机理进行研究。同时可以验证缩尺模型在冻结领域中的应用。

摘要： 本发明涉及一种模拟人工地层冻结法的冻融试验模型装置及方法，该装置包括试验土样、单向冻融仪、冷冻液制冷循环设备、量测设备和数据采集设备，单向冻融仪包括顶盖、土样腔、底板、土样盖板、连杆和支架，底板连接土样腔的一端，土样腔的另一端盖设顶盖，支架分别固定连接底板和顶盖，土样盖板置于土样腔内，连接连杆的下端，连杆的上端穿过顶盖，试验土样置于土样腔内，冷冻液制冷循环设备连接底板的冷冻液出入口，量测设备连接单向冻融仪，测量试验土样的试验参数，数据采集设备连接量测设备，采集并处理试验参数。与现有技术相比，本发明可以模拟多种土质的土体在不同冻结温度下的冻融过程，研究土体温度、水土压力等变化规律。

摘要： 一种基于冻结法的人工挖孔扩底桩施工方法，包括如下步骤：（1）、在桩基础平面外围施工外围冻结孔，在外围冻结孔内安设外围冻结管；（2）、外围冻结管开始冻结，以形成外围止水冻结壁；（3）、在外围止水冻结壁的止水作用下，在桩基础平面内进行人工挖孔扩底桩施工；（4）、外围冻结管停止冻结，拔出外围冻结管。本发明利用冻结技术形成冻结壁后再进行人工挖孔，桩周冻结壁可以临时起到砖、混凝土等护壁衬的支护作用，与传统护壁衬相比，桩周冻结壁可以一次成形，免去传统护壁衬的制作、运输、安装等工序，桩孔成孔速度快；桩周冻结壁的形成可大大降低人工挖孔时发生的土层坍塌、流砂、涌泥等安全事故的几率，以提高施工人员的安全性。

摘要： 本发明公开了一种利用人工冻结法实现随挖随支的基坑分区开挖方法，适用于城市地下工程的施工技术领域。在富水区的基坑开挖区域周圈预先竖向顶进冻结冷板，然后利用冻结冷板及其外部形成的冻结壁维护结构共同来抵抗周围的水土压力，并隔绝地下水，保持开挖范围外部土体的稳定性。根据基坑开挖范围的尺寸将多个冻结冷板分别顶入地层中包围基坑，每开挖一个冻结冷板的深度即沿冻结冷板继续向未开挖地层内竖向顶入新的冻结冷板，通过冻结形成冻结壁及冻结冷板的共同维护作用下，继续向下开挖基坑内土体直至完成整个基坑的施工。本方法步骤简单，使用效果好，冻结冷板能够重复使用，根据开挖的进程和周围地层条件随时调整冻结冷板的尺寸，施工灵活。

摘要： 一种模拟垂直人工冻结法的冻融试验设备，包括冷冻液制冷系统和冻融箱，冷冻液制冷系统包括冷冻液制冷循环设备和冷凝管，冷冻液制冷循环设备的出口与冷凝管一端连接，冷凝管从上至下穿过冻融箱，冷凝管的另一端与冷冻液制冷循环设备的进口连接，冷凝管上设置盐水泵，盐水泵位于冻融箱的下方，冷冻液制冷循环设备位于冻融箱的上方；冻融箱包括外壳、内箱和冻融箱门，内箱设有高分子复合制内壳，内壳通过搁架分为上下两层，位于内壳的冷凝管上设置温度传感器，冻融箱门与外壳之间铰接，冻融箱门与内箱的开口匹配；温度传感器与控温设备连接。本发明还原实际垂直冻结法施工后的土体工况，为试验提供更准确的土体试样，且操作安全、简单、快捷。

摘要： 本发明公开了一种利用人工冻结法实现随挖随支的基坑分区开挖方法，适用于城市地下工程的施工技术领域。在富水区的基坑开挖区域周圈预先竖向顶进冻结冷板，然后利用冻结冷板及其外部形成的冻结壁维护结构共同来抵抗周围的水土压力，并隔绝地下水，保持开挖范围外部土体的稳定性。根据基坑开挖范围的尺寸将多个冻结冷板分别顶入地层中包围基坑，每开挖一个冻结冷板的深度即沿冻结冷板继续向未开挖地层内竖向顶入新的冻结冷板，通过冻结形成冻结壁及冻结冷板的共同维护作用下，继续向下开挖基坑内土体直至完成整个基坑的施工。本方法步骤简单，使用效果好，冻结冷板能够重复使用，根据开挖的进程和周围地层条件随时调整冻结冷板的尺寸，施工灵活。

摘要： 一种人工冻结法封闭驱替土壤中污染物的方法，属于绿色污染土壤处理方法。驱替土壤中污染物的方法：对探明的污染场地的面积和深度范围，采用人工冻结的方式在污染场地四周形成封闭的冻土墙，利用冻土墙自身优良的防渗功能，将污染场地封闭起来，避免污染物进一步扩大；然后，针对污染物的结冰温度和析出速率的特性，选择‑10°C～‑30°C的冻结温度，控制1厘米/天～10厘米/天的冻结速率，由外向内利用冻结净化原理逐步驱替污染土壤中的污染物，将污染物集中，剩余浓度高的污染土壤再采用化学处理。优点：充分利用了水结冰相变析出污染物的冻结净化功能，治理过程中只向地层中输入冷量，具有无污染、施工简便、性价比高等众多优点。

摘要： 一种模拟垂直人工冻结法的冻融试验设备，包括冷冻液制冷系统和冻融箱，冷冻液制冷系统包括冷冻液制冷循环设备和冷凝管，冷冻液制冷循环设备的出口与冷凝管一端连接，冷凝管从上至下穿过冻融箱，冷凝管的另一端与冷冻液制冷循环设备的进口连接，冷凝管上设置盐水泵，盐水泵位于冻融箱的下方，冷冻液制冷循环设备位于冻融箱的上方；冻融箱包括外壳、内箱和冻融箱门，内箱设有高分子复合制内壳，内壳通过搁架分为上下两层，位于内壳的冷凝管上设置温度传感器，冻融箱门与外壳之间铰接，冻融箱门与内箱的开口匹配；温度传感器与控温设备连接。本发明还原实际垂直冻结法施工后的土体工况，为试验提供更准确的土体试样，且操作安全、简单、快捷。

摘要： 本新型涉及一种人工冻结法远程智能测控装置，包括远程监控平台、通讯网络、通讯基站、现场采集终端，现场采集终端若干，各现场采集终端均沿施工作业面轴线分布在施工作业面外表面及冷冻回路的管路阀门处，且各现场采集终端相互并联并均与通讯基站连接，通讯基站至少一个，各通讯基站间通过通讯网络相互连接，所有通讯基站与远程监控平台连接。本新型一方面可有效满足多种结构类型隧道等结构作业面冷冻施工远程监控作业的需要；另一方面数据检测全面且检测精度高，同时具有良好的数据通讯能力，从而极大的提高了对隧道等建筑冷冻施工作业效率及施工质量检测的准确性和可靠性。