液氮冻结技术在隧道工作井二次封堵水中的应用

为封堵工作井异常涌水涌砂缝隙,以某隧道新工作井液氮二次冻结封堵水工程为背景,基于液氮气化时剧烈吸热的原理,提出采用液氮土层冻结技术快速冻结封堵涌水的解决思路。研究在初期盐水冻结壁有缺陷存在条件下运用原有冻结管和新增冻结管液氮封水冻结,冻结帷幕形成和冻结孔布置参数的设计、施工流程以及冻结效果。得到以下结论:1)通过温度数据监测得出测温孔最低温度达-30℃;2)C4测温孔数据表明总体冻结壁发展半径超过原设计的0.54 m;3)C5测温孔数据表明,在距地面9.6m处土层温度已达到-10℃,冻结壁发展半径超过0.70 m;4)裂缝处冻结壁有效厚度达到0.85 m,槽壁内侧温度低于-4℃,且随着深度的加大接缝位置处平均冻结温度降低。     

人工冻结壁温度场数值分析

冻结壁的热学分析是人工冻结法的关键技术理论。对人工冻结工程中冻结壁 温度场进行数值模拟表明：冻结管两侧冻结壁发展具有非对称性,冻结壁厚度可用函数y=ax^b近似表示;最佳冻结期限为3—5个月。     

大直径公路隧道圆形联络通道的冻结加固设计与实践

人工冻结技术是软土地层中联络通道加固的常用方法,而联络通道结构形式是影响冻结加固设计和施工的重要因素。依托上海沿江通道工程,针对江底大直径隧道的工程特点和地质条件,介绍了圆形冻结加固体的设计方法和施工过程,分析了地层温度和隧道变形的变化规律。获得以下结论:水土压力作用下,圆形冻结壁内部不会出现拉应力,可以充分发挥冻结壁抗压强度高的优势;沿联络通道轴线平行布置的双圈冻结孔布置形式,使形成的冻结壁更均匀,而管片内表面敷设的冷排管的加强冻结方式,也可以避免冻结壁内部出现薄弱环节。圆形冻结壁结构形成过程中产生的冻胀作用,对两侧大直径隧道影响较小,可以保证隧道的安全和稳定。研究结果表明,圆形联络通道冻结加固形式较传统直墙拱形断面具有明显的优势,研究成果可供类似地层的联络通道冻结设计和施工时参考。     

广州地铁天河站水平冻结施工数值分析

结合国内外水平冻结规模最大的广州地铁天河客运站折返线隧道冻结施工,采用数值仿真对冻结壁的温度场分布进行分析得出:冻结壁的交圈时间为17.5天,形成平均温度-10℃的冻结壁所需的时间为86.7天,形成平均温度-8℃的冻结壁所需的时间为68.3天;冻结壁主面冰峰面的扩展速度拱部冻结比仰拱快。文中还首次研究了冻结管偏斜对冻结温度场的影响:冻结壁冰峰面的扩展速度有所降低,交圈时间和达到设计温度的时间有所延长。     

杭州地铁冻结工程冻土力学特性试验研究

为保证冻结工程及隧道施工的顺利进行,以杭州地铁1号线滨江站至富春路站区间盾构过江隧道联络通道为例,对冻土体无侧限抗压、抗弯强度以及破坏挠度等进行试验研究。根据试验数据分析并结合理论计算可得到以下结论:在-10℃下各土层无侧限抗压强度为2.9～5.9 MPa,强度得到大幅度提高;破坏应变以及破坏挠度满足施工要求;相比之下冻结粉砂的抗压强度最大,淤泥质粉质黏土破坏应变较其他层土大;圆砾和粉砂的抗弯强度增幅明显,达到8 MPa以上,淤泥质粉质黏土和粉质黏土的冻土抗弯强度可以增强到4.0～5.5 MPa;淤泥质粉质黏土、粉质黏土和粉砂的破坏挠度相当,冻结圆砾土的挠度最小。     

液氮冻结二次加固在富水软弱地层小盾构接收中的应用与实测

为研究富水软弱地层盾构工程单独使用水泥土加固难以解决涌水涌砂的问题,以秦淮-滨南220 kV线路盾构隧道“K4”井盾构接收工程为背景,对已有化学加固的盾构端头采用液氮垂直局部冻结进行二次加固封水,提出盾构接收时冻结实测应满足的条件,进行冻结实测及温度发展规律分析。实测表明： 1）水化热影响下,冻结壁平均发展速度为81.9 mm/d,为正常液氮冻结速度的55%~68%,为常规盐水冻结速度的3.2倍; 2）液氮冻结的冻结壁平均温度为常规盐水冻结的3倍; 3）液氮冻结工期为常规盐水冻结的1/3~1/2; 4）维护冻结期间液氮消耗量为积极冻结期间的1/3便可维持冻结壁温度。利用液氮快速冻结进行二次加固封堵涌水能有效保证工期,避免事故的发生。     

人工冻土冻结过程分析及冻结管布置间距的计算

为确定在冻土冻结过程中冻结影响范围与冻结时间的关系,将人工冻土冻结过程拆分为土体表面的热散失和冻结管的冻结2个过程,并以热势能及热势能耗散过程中的平衡方程分析上述关系。为确定冻结管间距的合理取值,引入热势能理论并计算当量热阻,建立在多个冻结管影响下微元体的冻结时间方程,提出一种在多个冻结管作用下冻结影响范围与冻结时间的关系的计算方法及冻结管布置间距的确定方法。通过实例分析了人工冻土厚度的计算方法,以数值模拟方法比较了不同冻结管布置对冻结时间的影响。上述研究成果深化了人工冻土理论研究与实际应用之间的关系。     

冻结加固技术在长地铁联络通道施工中的应用

南京地铁二号线油坊桥—中和村站盾构区间联络通道线间距为20m,通过方案比选,最终确定采用双侧冻结加固方案,就冻结壁厚度、冻结孔布置、冻结系统设计和冻结孔施工、冻结站安装及运转等几个问题重点论述,然后从去回路盐水温度、冻结帷幕温度、地表变形3个方面总结工程监测的变化规律,并对冻结效果、风险评估进行分析。     

盾构隧道端头井垂直冻结加固不同冻结管间距温度场数值分析

当采用垂直冻结工法作为盾构隧道端头地层加固方式时,确定冻结管间距及加固所需范围与工艺、掌握冻土帷幕温度场发展与分布规律等是需要解决的关键问题。结合南京地铁10号线过江隧道盾构始发工程,运用有限元分析软件,在其他影响因素不变的情况下,研究不同冻结管间距对垂直冻结壁温度场发展的影响。数值分析表明： 1）用所建数值模型来模拟垂直冻结壁温度场的变化过程是可行的; 2）间距减小对温度场影响较为显著,冻结管间距每增大0.1 m,冻结壁交圈时间增加约1 d; 3）随着冻结管间距的增大,冻结壁交圈时间线性增大; 4）冻结管间距越小,垂直冻结帷幕温度越低,形成的垂直冻结壁强度越均匀。     

人工地层冻结法在地铁联络通道中的应用

随着城市地铁规模的不断发展,区间隧道联络通道在防灾、排水、联络等方面的功能日渐突出,人工地层冻结法(以下简称冻结法)在地铁区间联络通道中的应用越来越受到人们的关注,其设计、施工技术和质量控制要点更成为人们关注的重点.以上海市轨道交通某区间联络通道为例,就冻结法在地铁区间联络通道中的应用作一浅析,以期得到更多业内资深人士的关注,使冻结法的设计施工技术和质量控制要点更趋完善.     

沪嘉高速公路软土地基处理设计与问题探讨

沪嘉高速公路穿越温湿地带均属于高压缩性软土地基,2.5m 以上路堤达70%,综合考虑对3.5m 以上的路堤采用袋装砂井预压排水固结法。根据太沙基固结理论,将袋装砂井埋设在软土基中,砂井直径一般为7cm,井路1.5m 和3m 两种,砂井长度一般为12—15m,最长小于25m,均未打穿淤泥质粘土层。砂井平面为等边三角形,并在其上铺设     

异型冻结管单管冻结温度场数值分析

为解决现有冻结管单管冻结能力不强致使增加循环冷媒介质用量和施工机械能耗的问题,可将传统圆形截面设计成异形截面。对X形冻结管截面形式和施工工艺作一简单介绍,运用有限元软件对X形冻结管与传统圆形冻结管单管冻结时的温度场进行对比分析,主要得出:X形冻结管可在不增加工程量的前提下大大提高单管冻结能力;虽然X形冻结管为非圆形截面,但其冻土帷幕温度也是以冻结管为圆心呈同心圆分布;在靠近冻结管200 mm范围内,X形冻结管比圆形冻结管降温快,制冷效果更好;在与水平夹角45°的方向,两种冻结管降温过程完全一致。     

盾构隧道端头杯型冻结壁加固温度场数值分析

当采用杯型水平冻结工法作为盾构隧道端头地层加固方式时,确定冻结加固所需范围及加固工艺、掌握冻结帷幕温度场发展与分布规律等是需要解决的关键问题。结合南京地铁2号线逸仙桥站西端头盾构始发工程,对杯型冻结壁加固温度场发展与分布规律进行了研究。数值模拟结果表明:在设计冻结方案下,杯型冻结帷幕厚度满足加固范围要求,开始交圈时间由早到晚依次为外圈管中圈管内圈管,形成闭合的杯型冻结帷幕的时间为15天。     

水平冻结法温度场数值模拟

利用ANSYS有限元软件,选取合适的物理参数对冻结壁的温度场进行数值模拟,得到冻结壁的温度分布再与实测的测温孔的温度比较,从而论证模拟的数据与实测温度的吻合度。     

人工地层冻结的环境效应及其工程对策

以应用较广泛的人工地层冻结法为例,从人工冻土环境效应的角度,分析冻土的重要物理力学特性如冻胀、冻胀力和融沉的作用机理,探讨适当的工程对策以控制或减少这些因素对环境的影响,最后通过地铁工程实例进一步说明这些因素与环境相互作用的规律,为拓宽人工地层冻结法在复杂环境中的应用提供参考。     

冻结法施工在润扬大桥南锚碇基础工程中的应用

根据土层冻结工法的基本原理，结合润扬长江公路大桥工程实际，介绍了在润扬大桥南锚碇基础基坑开挖时，采用冻结工法加固土层进行基坑封水的原理和工程实践，并探索了冻结工法在桥梁工程施工中的应用前景。     

地铁联络通道人工冻结粉质粘土变形与温度特性试验研究

为研究温度对粉质粘土变形特性的影响,以冻结粉质粘土为研究对象,通过三轴剪切试验,研究了不同温度条件下粉质粘土变形特性.试验结果表明:温度对土体的变形和强度存在显著影响.同一偏应力作用下,温度越低,变形越小.温度与冻结粉质粘土强度大致呈反余切函数关系.冻结粉质粘土应力-应变关系呈硬化型,无峰值强度.未冻粉质粘土应力-应变关系呈软化型,有峰值强度.依据Duncan-Chang模型建模思路建立了以温度为影响因子的冻结粉质粘土本构模型.偏应力和应变呈幂次函数关系.温度则主要通过幂次函数的系数A和B影响冻结粉质粘土的应变.最后,将建立的本构模型导入有限元分析软件MIDAS中,并以沈阳地铁DK11+ 395联络通道处工程为例,对冻结法施工过程中的土体变形进行了数值模拟.数值计算结果与现场监测结果吻合程度较好,验证了所建立本构关系模型的有效性.     

地铁工程盾构接收渗漏险情的处理实践

为研究地铁盾构接收洞门渗漏处理的措施，保护周边复杂环境安全，以某盾构接收端突发⑦1-2砂质粉土层中的承压水穿透⑥粉质黏土层从洞门涌出的险情处置为例，通过对渗漏成因的分析、各处置方案进行比选，提出盾构停止掘进、盾壳内壁冻结封堵渗漏通道的处理方案，达到封水条件后抽干接收井内的积水，将盾壳留置在地层中并施工隧道衬砌，最终完成盾构接收。研究结果表明： 地面引孔注聚氨酯的措施对洞门渗漏承压水层突涌的封堵效果不佳，通过冷板冻结可有效冻结漏水通道，但须考虑水体流动带来的冷量损失。     

振冲碎石桩在防洪堤软土地基处理中的应用

结合盘锦城市防洪堤的实际工程，介绍振冲碎石桩在淤泥质软弱土层地基处理中的应用，对振冲碎石桩加固淤泥软弱土层的效果进行了分析，可供施工参考。     

两徽高速公路软土地基管桩处理设计研究

新建两徽高速公路地处甘肃省陇南秦巴山区东部，南北两侧均为秦岭，项目区地形为崇山峻岭与河谷盆地相间。路线经过厚层冲积淤泥质土（软土）分布区，局部淤泥质土层中夹有冲积砂砾层，软土路基不均匀沉降控制是需要解决的重要问题。对此，从地基承载力、地基沉降、施工可行性等方面进行研究，并经多方案比选，确定采用高强度预应力混凝土管桩对软土地基进行处理，施工后地基满足工后沉降控制要求。