冻结壁

摘要： 采用室内模型试验,研究地下工程中水渗流对砾石地层人工冻结过程的影响,分析砾石地层的温度场分布特征及冻结壁的形成过程、交圈时间和厚度演化机制。结果表明:人工冻结管的冷量扩散与地下水渗流之间存在显著的耦合效应;无渗流时,人工冻结过程中砾石地层上下游温度场呈现对称分布特征,且冻土圆柱和冻结壁厚度均匀一致;地下水渗流导致砾石地层上下游温度场呈现显著的不对称性,且渗流速率越大,不对称性越明显;冻结壁交圈时间随地下水渗流速率的增加而近似线性增长,渗流速率达到5.00 m·d^(-1)时为无渗流时的3.2倍;由于地下水渗流的"冲蚀"作用,上游冻结壁厚度随渗流速度线性减小,下游冻结壁厚度则线性增大,冻结壁呈现"马鞍"形状。

摘要： 为探究椭圆形冻结管在地层中的土体冻结发展规律及其影响机制,基于温度场和渗流场耦合基本理论,建立不同截面形状椭圆形冻结单管和双管土体冻结发展的多场耦合数值模型,模拟研究了不同冻结条件下土体冻结温度场、冻结壁厚度和冻结壁交圈时间的分布规律。结果表明:椭圆形冻结管有利于管内与周围水土进行冷量交换,有效提高冷量的热力扩散效应,使得椭圆形冻结管土体的冻结区域面积大于圆形冻结管;随着椭圆形冻结管长、短轴长度比值n的增大,土体冻结区域面积相应地增加;在地下水渗流影响下,椭圆形冻结管单管土体冻结壁发展速度快于圆形冻结管,冻结完成时椭圆形冻结管土体的冻结壁厚于圆形冻结管;在双管冻结过程中,椭圆形冻结管土体冻结壁交圈时间和冻结完成时间均远远小于圆形冻结管,说明椭圆形冻结管相比于圆形冻结管可以提高人工冻结效率,节省冻结成本。

摘要： 以钱营孜矿为工程背景利用有限元软件对井壁冻融过程进行研究。对冻结条件下开挖至控制层后的冻结壁厚度、平均温度进行了分析计算。实验结果证明:通过数值模拟预测的新副井表土段冻结壁交圈形成整体冻结帷幕的时间与实际水文孔记录的出水时间相吻合。冻结过程中,通过有限元模拟的测温孔温度与实测结果相符,验证了有限元软件模拟井壁冻结过程的准确性,通过有限元软件对冻结壁融化过程的分析,为现场壁间注浆施工提供了有效参考。

摘要： 为解决施工过程中冻结温度场难以预测的问题,基于冻结孔实际成孔位置以及土体的热物理参数,并结合测温孔数据,利用COMSOL Multiphysics软件,对临涣煤矿中央风井各层位冻结壁交圈时间及不同月进尺条件下冻结温度场的发展情况进行预测分析。结果表明:该风井不同层位冻结壁的交圈时间介于31~48 d之间,其中-65 m细砂层位冻结壁的交圈时间最短,仅为31 d;-215 m黏土层冻结壁的交圈时间最长,达到48 d。分别以85 m/月和100 m/月的速度掘进,开挖至各个层位时,冻结壁均能交圈,且平均温度均低于-17°C,均能够满足设计要求。

摘要： 为了得到冻结井外层井壁混凝土水化热对冻结壁的影响规律,采用现场实测与数值计算方法对淮北青东煤矿东风井外层井壁浇筑混凝土期间冻结壁的冻融情况进行了分析。结果表明:井壁混凝土浇筑后10 d内为冻结壁急剧升温阶段,冻结壁达到最大融化深度;水化热使得黏土层位冻结壁井帮升温至20°C以上,升温幅度达25°C以上,黏土层位最大融化深度达到334~358 mm,黏土层位最大融化深度是细砂层位的4.0~4.5倍;在保持冻结孔正常的供冷条件下,井壁混凝土浇筑26 d后,融化的冻结壁完成回冻,因此井壁混凝土有充足的正温养护时间,不会影响其早期强度;井壁混凝土入模温度与冻结壁融化深度呈指数函数变化的非线性关系;冻结壁与井壁之间的聚苯乙烯泡沫塑料板可有效的减小深部地层中井壁混凝土水化热对冻结壁的影响,保证冻结壁不会因水化热的影响而融化深度过大,从而有效的保证了施工过程中冻结壁强度与稳定性。

摘要： 针对沿海地区高渗流砂层的特殊条件,汇总了目前井筒冻结施工现状,以瑞海金矿斜井为例,采用理论计算和数值模拟手段进行了冻结壁计算,确定了冻结管直径、冻结孔间距和盐水温度等参数,并结合冻结期间的监测数据验证了冻结壁设计的合理性,确保了斜井冻结的施工安全,为类似地层的井筒冻结提供有益参考。

摘要： 为了合理分析定向渗流诱导的非均质冻结壁的力学特性,将冻结壁最迟交圈的位置视为“危险截面”,通过分段等效的方法结合温度特征点的分布规律,得出该截面的温度曲线表达式;根据冻土力学参数与冻结温度的线性关系,将冻结壁视为随温度函数变化的非均质材料;分别基于M-C准则、D-P准则、广义Tresca准则及双剪强度准则,推导得出定向渗流诱导的非均质冻结壁应力计算公式。基于该公式,结合实际冻结方案的设计参数对冻结壁的力学特性进行计算分析。计算结果表明:冻结壁的承载力随着水流速度的增大而减小,当水流速度为5m·d时,基于M-C、D-P、广义Tresca、双剪强度准则计算得出的弹性极限承载力以及塑性极限承载力分别为2.480、2.462、2.741、3.202以及4.349、4.318、4.561、5.779;当地下水流速增加至10m·d时,对应的弹性极限承载力以及塑性极限承载力降低至2.087、2.085、2.203、2.784以及3.700、3.707、3.908、4.939。冻结壁的径向应力随着相对半径r的增大而增大,而环向应力的分布具有明显的区域差异性;在弹性极限状态下,冻结壁的环向应力的最大值出现在靠近冻结壁中间的位置;在塑性极限状态下,冻结壁的环向应力的最大值出现在冻结壁的分区界线(r=1.685)处。

摘要： 地铁盾构隧道施工过程中刀具损耗大,需经常开仓检修,但开仓作业安全风险高,是事故易发多发环节,因此保障开仓作业的安全至关重要,尤其当遇到不良地质条件时,工程更需要谨慎研究、采取最科学最可靠的技术措施来为盾构开仓作业提供安全支撑与保障。冻结法技术通过对盾构刀盘周边地层与地下水的冷冻加固,不仅能有效地解决不良地质条件下地层自稳性差及地下水侵蚀的双重风险问题,而且还能充分利用冻结壁的保护为盾构开仓作业创造出安全可靠的工作环境,不但对地层的适应性强,而且加固形状灵活可变、加固效果安全可靠,因此被广泛地应用在地铁工程上。结合工程实例,对冻结法加固设计与施工的技术要点进行研究,总结冻结法常压开仓作业安全管控重点,为类似工程提供参考。

摘要： 联络通道是地铁区间的重要结构,冻结法凭借封水性好和适应性强等优势成为复杂环境条件下建造联络通道的核心工法。依托北京地铁19号线草桥站-右安门站区间3#联络通道冻结工程,通过现场实测研究地层温度场和泄压孔压力的发展规律,分析冻结帷幕的交圈情况,以保证联络通道冻结施工顺利推进。结果表明:盐水去回路温度和测温孔温度均经历快速降温、缓慢降温和持续降温3个阶段,冻结壁外侧温度高于内侧,迎水面侧温度高于背水面侧,应重点关注迎水面冻结壁外侧的交圈情况。泄压孔压力经历保持平稳、压力增长和压力释放三个阶段,冻结28 d后,泄压孔压力增长趋缓,冻结壁交圈良好。冻结37 d后,测温孔的平均温度均低于-10 °C,泄压孔压力降为0 MPa,冻结壁已基本不再发展。

摘要： 对于人工冻结工程,冻结壁发育状况的准确评判极为重要,大体积冻结工程的冻结壁发育状况检测与评判尤为困难,经验亦严重匮乏。以广州地铁11号线云台花园站—大金钟站区间2~#横通道冻结工程为例,为了更好地分析该大体积冻结工程的冻结效果,分别采用测温孔观测、基于测温数据的计算法及经验法、图乘法、冻结器内纵向测温、探孔法等手段,对该工程的冻结壁发育状况进行了分析,结果表明:(1)冻结壁厚度、冻结壁平均温度均达到设计要求;(2)拱顶区探孔无水流出,土体坚硬;(3)探孔内与冻结器内纵向测温未发现异常。判断该冻结壁的发育状况良好。后续施工安全顺利,充分证实了该评判结果的准确性。该工程的检测过程可供类似工程参考和借鉴。

摘要： 将非均质冻结壁的温度场等效为抛物线形分布,考虑冻结壁内部土体的卸载作用,基于粘弹性理论结合数值积分方法推导了非均质冻结壁的应力场与位移场的半解析解表达式.对比分析了在冻结壁卸载初期到井壁完成施工的24h的时间里,非均质冻结壁与均质冻结壁的承载力与位移变化情况.结果表明:对应相同的时刻,非均质冻结壁的承载力小于均质冻结壁,而非均质冻结壁的井帮位移要大于均质冻结壁.

摘要： 以往研究冻结壁解冻周期都只是泛泛地认为冻结壁化冻时间是冻结时间的1.1～1.2倍,或者按经验公式计算,冻结壁厚度除以化冻速度,这都是很不准确的方法,误差也很大,往往不能指导施工.本文通过对冻结壁的深入研究,揭示冻结壁解冻的一般规律,推算出不同工况下,冻结壁化冻周期的理论公式,从而正确指导冻结工程、掘砌工程施工,制定准确适合壁间注浆的时机.

摘要： 本文针对甘肃中东部地区某矿井井筒冻结施工中含水率极低特殊地层,设计采用"小梅花"型冻结孔布置,该布置方法的优点在于:内圈孔之间的孔间间距为2.56m，外圈孔之间的间距为2.66m，而内圈孔和外圈孔之间的孔间距只有1.341m，如此布置即可满足上部含水层迅速交圈冒水，实现快速开挖的需求，又可确保下部冻结壁的强度和厚度，确保井筒掘砌安全.另外还需依据在含水率极低的地层中判断冻结壁交圈情况、结合掘砌速度实时控制冻结壁厚度。

摘要： 利用无限介质中点热(冷)源产生温度效应的基本解,经线性叠加,给出了冻结器任意复杂布置的冻结壁稳定温度场的表达式,并给出求其定解的边界方程组,对稳定温度场,本结果具有普适性.根据冻结壁设计时,所布置的冻结器具有某种对称性的特点,得到了求算两种冻结器按不同方式全对称时冻结壁稳定温度场的显式解,便于设计应用.最后给出一个双排冻结器对称布置的直墙式冻结壁温度场计算算例.其结果可用于现场冻结壁工程利用测温孔资料推测冻结壁冻土外扩的边界.

摘要： 针对张集副井地层的特殊性,连续粘土层厚度达169m的情况,对井帮温度和冻结壁位移进行了实测,研究了超厚粘土层冻结壁的位移变化规律,为今后类似地层的冻结法施工提供可借鉴的工程经验.

摘要： 针对冻结法凿井工程面临的表土层百度不断增加，而现有冻结壁的设计理论滞后于工程实践的问题，由于冻结壁是属于水、温度、应力、位移多场耦合的非线性问题，且冻结法凿井工程本身特殊力学行为（有压冻结－开挖卸载－支护加载），理论和数值模拟研究进展不能满足工程要求的现状。依据相似理论的物理模拟试验研究是目前条件最可能获得相对准确规律的研究手段，综述了国内外关于深厚表土层中冻结壁物理模拟试验的研究历史、现状以及存在的问题等，同时提出需要在以后研究中需要重点关注的问题。

摘要： 本文分三个部分，即龙固副井外圈孔外侧冻结壁发展厚度、冻结壁随深度变化的力学模型和郭屯风井具体冻结壁设计实例。

摘要： 通过对信湖煤矿副井冻结壁冻结压力和井帮温度、内部混凝土温度长时间的监测,获得了冻结压力随时间发展的第一手资料,通过对数据曲线的研究,得出了冻结压力随时间变化的规律,并进一步探讨了冻结压力与温度变化之间的关系及冻结压力的不均匀性,并对其原因作了合理的解释.由于信湖矿冻结段深度达400多米,属于典型的深厚表土层施工样例,故在深厚表土层冻结法凿井施工过程中,对两淮地区及处在深厚表土层段的矿井井筒的施工掘进,安全,经济效益都有重要的指导意义.

摘要： 顾桥副井冻结首次提出了辅助孔插花布置新思路解决冻结井片帮和冻结壁安全性矛盾，取得了良好的效果。

摘要： 随着煤炭资源的开采和利用，冻结井筒深度越来越深。在冻结壁设计中，水平地应力的分析和研究是非常重要的，是冻结壁设计的前提。本文对以往水平地应力的计算方法进行了讨论分析。

摘要： 本发明公开了一种提取冻结壁内侧冷量用于加强下部冻结的方法，属于深厚表土层矿井冻结领域，可以实现在井筒开挖掘砌至防片孔深度以下后，使已经停止冻结的防片孔内的盐水在冻结孔和冷却水池内的盘管之间循环，创新性的设置磁延导冷棒加速转移防片孔周围的冷量，减少上层冷量继续向内传递，提高上层井壁的安全性和稳定性，而防片孔周围的冷量被不断抽出用于降低冷却水池内的冷却水温度，以提高外圈孔制冷机组的换热能力，从而强化外圈孔冻结，既可以防止上部冷量过多地向井壁传输，影响井壁的强度增长，有利于上层井壁的安全，又能够增强外圈孔制冷机组的制冷能力，有利于盐水温度的下降，最终能提高下部冻结壁的厚度和强度。

摘要： 本发明公开了一种形成环形冻结壁的垂直节能型冻结器，包括内层冻结管和外层承压管，所述内层冻结管包括隔热段冻结管和未隔热段冻结管，所述隔热段冻结管的管径小于未隔热段冻结管的管径；所述隔热段冻结管和未隔热段冻结管之间通过变径接头连接，所述变径接头外部包裹焊接有第一外接箍；所述隔热段冻结管的外表面敷设有第一隔热层，所述第一外接箍焊接至所述外层承压管；所述未隔热段冻结管敷设在环形冻结区域，所述隔热段冻结管敷设在所述环形冻结区域的环外及环内，从而形成环形冻结壁。本发明既可以实现开挖构筑物结构底部的冻结，又避免了将待开挖断面冻实，即形成环形冻结壁，不仅实现节能，也减少全断面冻结引起冻胀融沉危害。

摘要： 一种冻结壁保护下的壁间注浆防水及强化井壁结构的施工方法，属于壁间注浆防水及强化井壁结构的施工方法。该施工方法，主动选择冻结壁保护下的注浆时机，在施工内层井壁的同时，在内、外壁之间预埋注浆管，待内层井壁施工完成后，且冻结壁未融化之前，在冻结壁保护下，在地面对内、外层井壁壁间进行注浆，对内、外层井壁壁间实施主动封堵，提高注浆保护效果，充分提高外层井壁的封水效果，发挥内、外层井壁共同承载作用。具有注浆压力小、注浆密实的优点，注浆后可大大提高外层井壁的密封性能，冻结壁融化后水压不会直接作用在内层井壁上，极大改善了内层井壁和外层井壁的受力状态，其施工简便、性价比高、封水效果明显，节省工期。

摘要： 本发明公开冻结壁发育状况超声电阻率参量的冻结相似模拟试验平台，包括超声波测试系统、电阻率测试系统、温度测试系统、盐水供给系统、清水供给系统、制冷系统、模拟实验箱和土层补水系统；超声波测试系统、电阻率测试系统和温度测试系统的采集端安装在所述模拟实验箱内，所述超声波测试系统、所述电阻率测试系统和所述温度测试系统的测试端接收所述超声波测试系统、所述电阻率测试系统和所述温度测试系统的采集端的数据进行测试。本申请的模拟试验系统可以模拟不同地压、地下水补给等工况的冻结壁发育超声‑电阻率参量。可以通过声测管、电阻率测试线测定不同时刻测线位置的超声‑电阻率参量，结合测温数据判断不同时刻冻结壁的发育状况。

摘要： 本发明涉及竖井挖掘的技术领域，提出了一种非等强复合冻结壁冻结方法，用于减少竖井开凿时产生的内应力，所述竖井上下依次分为上部、中部和下部，包括以下步骤，确定待开凿竖井位置，沿所述待开凿竖井位置外围开凿防片帮孔、内孔、中孔和外孔，其中防片帮孔、内孔、中孔、外孔依次远离竖井位置，且均与竖井为中心圆周设置，其中中孔中开凿深度最深，内孔、外孔、防片帮孔依次变浅，冻结所述防片帮孔和所述内孔，直至用于井筒开凿时防止井帮片帮完成冻结，对所述待开凿竖井位置进行开挖，同时直至所述中孔完成冻结，完成竖井上部挖掘，开始进行竖井中部挖掘，同时开始冻结所述外孔直至井筒掘砌至冻结孔深度后完成冻结，完成竖井中部挖掘，开始进行竖井下部挖掘，完成竖井挖掘，通过上述方案，解决了现有技术中冻结壁井下位移较大，井筒内底鼓严重等问题。

摘要： 本发明公开了一种提取冻结壁内侧冷量用于加强下部冻结的方法，属于深厚表土层矿井冻结领域，可以实现在井筒开挖掘砌至防片孔深度以下后，使已经停止冻结的防片孔内的盐水在冻结孔和冷却水池内的盘管之间循环，创新性的设置磁延导冷棒加速转移防片孔周围的冷量，减少上层冷量继续向内传递，提高上层井壁的安全性和稳定性，而防片孔周围的冷量被不断抽出用于降低冷却水池内的冷却水温度，以提高外圈孔制冷机组的换热能力，从而强化外圈孔冻结，既可以防止上部冷量过多地向井壁传输，影响井壁的强度增长，有利于上层井壁的安全，又能够增强外圈孔制冷机组的制冷能力，有利于盐水温度的下降，最终能提高下部冻结壁的厚度和强度。

摘要： 本发明涉及一种垂直孔树状冻结壁冻结方法，属于冻结加固技术领域。该方法包括以下步骤：S1在需冻结地面钻进穿层钻孔形成竖孔；S2在竖孔中安装预留有转向孔的竖向冻结管；S3在需要冻结层段通过竖向冻结管道中预留的转向孔，转向顺着需要冻结层方向自进式钻进形成一级树状分支钻孔；S4在一级树状分支钻孔中安装一级树状冻结管；S5通过一级树状冻结管道中预留的转向孔，顺着需要冻结层方向自进式钻进形成二级树状分支钻孔；S6在二级树状分支钻孔中安装二级树状冻结管；S7冻结管安装完成后，根据冻结要求，安装隔温材料；S8检查管道安装与密封情况；进行冻结施工和冻结温度监测。本发明实现快速冻结和减少不必要的经济损失。

摘要： 本发明公开了一种形成环形冻结壁的垂直节能型冻结器，包括内层冻结管和外层承压管，所述内层冻结管包括隔热段冻结管和未隔热段冻结管，所述隔热段冻结管的管径小于未隔热段冻结管的管径；所述隔热段冻结管和未隔热段冻结管之间通过变径接头连接，所述变径接头外部包裹焊接有第一外接箍；所述隔热段冻结管的外表面敷设有第一隔热层，所述第一外接箍焊接至所述外层承压管；所述未隔热段冻结管敷设在环形冻结区域，所述隔热段冻结管敷设在所述环形冻结区域的环外及环内，从而形成环形冻结壁。本发明既可以实现开挖构筑物结构底部的冻结，又避免了将待开挖断面冻实，即形成环形冻结壁，不仅实现节能，也减少全断面冻结引起冻胀融沉危害。

摘要： 本发明提供一种斜井冻结壁的冻结方法，解决斜井含水层段冻结施工中挖掘困难、施工速度慢的问题，满足斜井含水层段的安全快速施工要求。该方法首先从地面沿斜井筒轴向冻结范围内，钻进数排互相平行、竖直布置的冻结孔，冻结孔的排数根据斜井筒的断面大小和所需冻结时间确定，侧部冻结孔及端部冻结孔深度均深入到隔水层中，利用隔水层隔绝下部含水层的水，顶部冻结孔深度达到斜井筒顶部；再在上述钻设的冻结孔内设置冻结管和供液管，冻结管和供液管与外部的冷冻站相连通；最后，启动冷冻站使其制出的低温盐水在冻结管中流动，吸收冻结管周围地层的热量，形成冻结圆柱，各冻结圆柱不断扩大，进而连成不透水的且能抵抗地压和水压的冻结壁。

摘要： 本发明公开了一种高梯度非均质冻结壁的冻结方法，采用“盐水+液氮”的混合冻结模式，其在井筒周围的土体需冻结处布设冻结管，冻结壁内侧布设盐水冻结管，外围布设液氮冻结管。所述液氮冻结管布置一排，盐水冻结管至少布设一排，每一排都布置成圆环状。盐水冻结管为两排及以上时，其最内排的圆环圈径大小应确保开挖时井帮温度不高于有利于井帮稳定的理想值；盐水冻结管的盐水温度设定应保证能形成由内而外逐渐降低的温度场。本发明冻结管布法形成的温度场具有明显的高梯度非均匀性。相比常规盐水冻结，相同荷载条件下，此种布管方式形成的冻结壁厚度小但具有更高的承载力，这样会使冻胀融沉量减小，且冻结孔造孔工程量减小、冻结工期缩短。