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冻结法施工 岩土特殊施工学术研讨之 目 录 COMPANY PART 01 冻结壁的形成过程 冻结法施工中,冻结壁是用来承担周围土层的压力并隔断地下水侵入到开挖区 , 保障地层开挖施工作业安全的临时性结构物。在冻结壁没有解冻的施工过程中 , 井壁作为永久支护 , 其主要作用表现在以下两个方面：一是冻结壁未解冻前 , 并壁主要是用来约束冻结壁的变形 , 防止冻结壁塑性区的形成和进一步发展而导致冻结壁破坏。此时 , 井壁所承受的外部荷载主要是冻结壁变形压力和冻胀推力。二是井壁作为一种保温材料 , 可减少冻结壁的内表面与空气直接接触后因自然对流而造成热损失。当冻结壁解冻以后 , 井壁便成为永久挡土结构物 , 承担永久水压和土压力即永久地压 。 冻结壁是冻结法凿井中的临时支护结构 , 其功能是在一定的时期 内隔绝井内外地下水的联系和抵抗水 、土压力。当冻结壁完全交圈后 , 封闭的冻结壁即可起到隔绝地下水的作用 , 但要起到抵抗水土压力的作 用 , 冻结壁还必须有足够的强度和稳定性。冻结壁在冻结工程中的作用 是非常重要的 , 关系到工程的成败和经济效益。例如在一些冻结法凿井的掘进过程中 , 由于冻结壁的强度不是足够的大 , 导致在施工过程中 外井壁被压坏 , 还有冻结壁变形过大 , 导致冻结管断裂 , 拖延了工期 , 造成了重大的损失和安全隐患。 冻结壁的重要性 冻结壁的形成过程 冻结壁的形成过程 解释： 在开始冻结时 , 低温盐水与冻结管周围的地层产生剧烈的热交换 , 在每个冻结管周围很快形成圆柱形的冻结岩土柱。由于相邻冻结管间的相互影响 , 使轴面上比主面上更快地冻结 , 冻土柱由初始的图柱形变为椭图形。椭图形冻土柱进一步扩展 , 直至相交圈 , 在井简周围形成封闭的冻土墙一冻结壁。交圈后 , 原各冻结管的冻结锋面连成向井内扩展的内冻结锋面和向井外扩展的外冻结锋面 , 且内、外冻结锋面很快地趋于平滑。当界面上的冻结壁厚度等于冻结管的间距时 , 内、外冻结锋面就 基本上变为以井简为中心的圈柱面了。由于冻结孔不可避免地存在着偏斜 , 故实际冻结锋面的形状并不像圆柱面那样规则。冻结壁刚交圈时 , 冻结锋面向内发展的速度较交圈前慢 , 但随着内侧未冻土范围的减小 , 内冻结锋面向内推进的速度加快 , 如不加以控制 , 则并心将会冻实 , 内冻结锋面也随之消失。外冻结锋面的扩展速度较内冻结锋面慢 , 当其扩展至距冻结管布圈以外时 , 扩展速度就十分缓慢。此时 , 来自未冻土区的热与来自冻结管的冷趋于平衡 , 冻结温度场也趋于稳定。 主面是指过井筒中心与冻结管中心的竖直平面； 界面是指过井筒中心和相邻冻结管中心连线中点的竖直平面； 轴面是指过两个相邻冻结管中心的竖直平面。 在工程实际中以主面、界面和轴面这三个特征面上的温度分布作为指导施工和控制温度场的依据。 岩土冻结过程中,孔隙水开始发生结冰相变的面称为冻结锋面,它是冻土与未冻土的分界面 。 PART 02 冻结井壁的强度和稳定性 实际的冻结壁 , 从物理力学性质来看 , 是一个非均质、非各向同性、非线性体 , 随着地压的增大 , 由弹性体、粘弹性体向弹粘塑性体过渡。从几何特征来看 , 它是一个非轴对称的不等厚简体 。在盐水温度和冻结管的布里一定时 , 衡冻结壁的强度和稳定性的综合指标是厚度 , 而反映冻结壁整体性的综合指标是冻结壁的变形。冻结壁的变形过大 , 会导致冻结管断裂、盐水涌失融化冻结壁 , 还会使外井壁因受到过大的 冻结壁变形应力而破坏 。 冻结壁的强度和稳定性 土性 井壁暴露时间 冻结温度 掘砌段高 b c d a 冻结壁的强度和稳定性 影响冻土强强度的因素 PART 03 工程中提高冻结壁强度的技术措施 在冻结井壁凿井中 , 合理的确定冻结壁的整体强度和稳定性即合 理的控制冻结壁的变形 , 不仅可以保证工程安全 , 还可以带来可观的经 济效益。冻结壁的允许变形除了受外载 、土性 、温度和厚度的影晌外 , 还受冻结管变形能力和井壁支护抗力的影响。在人工冻结工程实践及实 测中 , 发现冻结粘土强度低 、变形大。因此在工程中须对深部性质最差 的粘土层中冻结井壁的允许变形进行控制 , 以保证工程的安全和获褥良 好的经济效益。 提高冻结强度的重要性 工程中提高冻结壁强度的技术措施 工程中提高冻结壁强度的技术措施 强化冻结的实质 1、使冻土更多的扩展进入荒径 , 以改善冻结壁下部的支承条件； 2、增大冻结壁的有效厚度和降低冻结壁的平均温度 , 提高冻结壁的整体强度。 强化冻结的结果 1、有可能使冻结壁处于弹粘性甚至是弹性状态 , 减小变形 , 提高 冻结壁的稳定性； 2、减少外层井壁受到的变形压力 , 避免外层井壁被压裂破坏； 3、减小冻结管的变形。 可能存在的不理因素