2009年第3期（总第89期） 华东建工勘察 1 冻结法工程施工中冻胀和融沉问题的分析与研究
徐敏生 龚启昌
上海市城市建设设计研究院
【提 要】本文主要讨论地下土木工程中使用冻结法施工引起的冻胀和融沉工程问题，从岩土工程的角度介绍冻结土的形成及其工程力学性质。较为全面的阐述冻结土的岩土工程设计及施工特点。
【关键词】冻结土 融沉 冻涨 措施 工程力学性能
1 冻结土的冻胀和融沉（问题）的产生
冻胀主要发生在砂性土、粉性土及黏性土中。粗砂砾粒类土不会出现冻胀现象。寇克娄等的著作中认为：在“不均匀的土粒（U＞15），d﹤0.02mm所占百分比﹥3％；很均匀的土粒（U﹤5），d﹤0.02mm土粒所占百分比﹥10％ ”土中，易产生冻胀。陈肖柏等认为形成冻土的基本条件：冻胀与土层性质、含水量、渗透性、冻结温度和周围压力等因素有关。冻胀形成，一般先是土层中孔隙水结冰产生基本冻胀，水变成冰其体积约增9％，而土体冻胀量约为3％。冻土中未冻水由于颗粒表面能的作用，使未冻水与冰间保持动态平衡，温度再降低时未冻水以冰的形式出现。理论上一般认为冻胀主要由于冻结过程中土层冻结峰面水分的迁移，并结晶形成冰夹层，使体积增大很多。黏土中由于冻胀中产生的孔隙水压力在逐渐消失时，引起冻土融沉。
从工程角度讲，人工冻土过程中地温下降至0零度以下，土体（孔隙中自由水）温度达到结晶点时，形成冻结，温度进一步下降，结合水冻结，冰晶结体、透镜体及冰夹层等形成冰侵入体，引起土体积增大，从而地表不匀上升，即为冻胀。当土体温度上升时，冻结的土体发生变化，土体中的冰侵入体消融，引起地表下陷。
2 徐敏生等：冻结法工程施工中冻胀和融沉问题的分析与研究 2009年第3期（总第89期）
土的冻胀与土的含水量、渗透性等有关，文献【3】长江口越江隧道联络通道处的⑤3层灰色黏土，含水量34.8％，容重18.1/kg.m -3,孔隙率为0.498，考虑土层盐度后的试验室冻胀率融沉率分别为6.0％、5.9％。工程中土的冻胀所产生压力与时间（或温度）的变化实测值，见图1【7】。笔者认为压力达到最大时，隧道管片发生变形、位移，压应力松弛，孔压
稍有减少。文献【4】
介绍的室内模拟试验，温度从+3～-5℃地表面急剧隆起，其冻胀量约为总冻胀量58.6％，这是土体中自由水转变为冰而使体积膨胀，其间土体应力急剧增大，冻胀力约为总冻胀力的80％；在-10～-30℃冻胀量增长缓慢，当温度更低时，冻胀量增大，这是土
颗粒结合水结冰所致。冻土温度-15℃
时，冻胀率为2.73％。冻胀与温度的关
系见图2。
2 冻结法工程中的冻胀和融沉 在地铁、越江隧道联络通道、隧道盾构进出洞冻结法施工中，冻土的冻胀
受阻会产生压力，使隧道横向断面产生
变形，地面下的管涵受土体冻胀而产生
变形，工程实施过程中必须考虑加固方
案并实行跟踪监测，根据监测资料分阶
段采取不同对策。上海地铁2号线工程穿越黄浦江，上下行隧道净距约6.3 m，其一联络通道上覆土厚9m ，联络通道底下的粉质黏土中冻胀造成管片的最大位移﹤20mm 【5】。大连路越江隧道联络通道净距约21.4m，联络通道在⑥、⑦1-1层穿越，水平冻结法加固，土体交圈后冻结压力开始增大，最大至1MPa 左右，见图2，冻胀使隧道衬砌变为近似竖椭圆形，水平轴中心位移不大于6.1 mm 和8.5 mm，长轴向较原直径伸出10mm 【6】【7】。上海复兴路越江隧道出洞时为保证工程安全，采用竖直冻结与上部拱棚水平冻结技术，纵向拱顶加固8.9m，厚2.5m，宽12m，上覆土厚7.63m，实测出洞区最大冻胀量为15.3 mm，最大冻胀力为0.678MPa，由于采取结构加固，这一开放式局部冻结冻胀对结构产生的影响较小【8】。
南京一地铁进洞工程，上部用冻结法加固，加固厚度为1.6m，地表最大隆起位移5.6 mm。 北京一地铁上覆地层中管线纵横交叉且下面有 2 m 厚的粉细砂层,对砂层进行拱跨度6.0 m 的半圆拱形水平冻结加固方案，冻结厚度1.2～1.6 m，冻结期间地表最大隆起位移5.8mm
【5】。
冻结法施工结束后冻结土体面临着融沉，引起相关土体的融沉。融沉主要是冻土融化时排水固结所致。冻结土的融沉量与冻土层工程特性有关，例如与土的构造有关，晶粒构造的冻土融沉量不大，而层状和网格状构造的冻土会产生较大的融沉。冻结土的融沉量主要与冻
图2冻结过程中冻胀力与温度关系
2009年第3期（总第89期） 华东建工勘察 3 土体积密切相关，即与冻土厚度有关。上海某一越江工程对融沉釆用多种措施后隧道下沉6.73 mm，地表下沉13.47mm。又例上海地铁2号线中山公园地铁盾构西侧进洞采用水平冻结法施工，上覆土厚11.8m，其中顶板厚1.3 m，纵向加固6.1 m，盾构中心埋深约15 m，洞顶上方有一污水箱涵，采取全断面冻结的为8.6 m，融沉稳定后地表最大下沉3.5 mm，在允许范围之内【9】。又例复兴路越江隧道出洞解冻后采取多项措施，地面最大才沉降18.5 mm【8】。
冻结工程中的融沉不宜使用多年冻土的融沉性指标来评价，地下工程中的融沉，应考虑上覆压力对其的影响和对各类工程设计不同类型断面冻结体以及解冻后采取的工程措施有关。
上面几个工程实例，可见联络通道的冻结法施工所产生的融沉量最大为13.5mm左右。对周边（包括浅埋管线）未带来明显影响。旁通道冻结法技术规程（DG/TJ08-—902—2006）中对融沉量有明确规定，地表沉降监测+10mm、-30mm为累计报警值，±3mm为日变量报警值 ；地下管线及隧道以±10mm为累计报警值，±3mm为日变量报警值。规程规定施工中“地层沉降大于0.5mm/d,或累计地层沉降大于3mm时，应进行融沉补偿注浆 。”
实际上冻土的融沉是三维固结问题，需要综合考虑水、热、力的三场相互作用，目前，研究成果还不能解决工程问题。另外，冻结工程中的融沉不宜使用多年冻土的融沉性指标来评价，地下工程中的融沉，尚应考虑上覆压力对其的影响和对各类工程设计不同类型断面冻结体以及解冻后采取的工程措施有关。
3 解决冻土的冻胀和融沉工程措施
在饱和软土地区浅层土冻结时，易产生较大的冻胀量，最后必然会产生较大的融沉。
一般冻结施工前隧道管片应按要求作加固，冻土通道的开挖导致应力平衡改变，应力重新分布，且会形成新的附加荷载作用于冻土帷幕，为控制变形发展需及时支护，一般冻结施工前隧道管片应按要求作加固，例如设置预应力支架。帷幕开挖面的临时支撑要有足够的强度抵挡冻结压力，保证帷幕变形在控制范围之内。
工程上防止冻胀技术措施：隧道壁设置卸压孔，减少土体冻胀对旁通道两端隧道及地表的影响；合适位置（一般在顶部）设置注浆孔注浆。在停止冻结且冻结孔封死后先在衬砌后充填注浆，后根据地层沉降监测情况及冻结壁融化情况制定冻结壁注浆方案，在冻融中尚注意土体融化时冰变水，土颗粒发生位移，强度大幅降低且透水系数增加带来的工程问题。
南京某一工程中上部釆用减压孔和热水循环及地基中注入水泥浆等综合有效有序的措施，最终使地表沉降﹤3mm。
在保证安全冻土的情况下一般采取局部冻结，减少冻土体积，并且在拔冻结管时跟踪注浆，特别在洞口管片处、联络通道管片处跟踪注浆，降低融沉量，使它控制在很小范围内。
控制冻胀是避免融沉的根本手段，冻土内水分迁移是冻胀的主要原因，限制水分迁移、
4 徐敏生等：冻结法工程施工中冻胀和融沉问题的分析与研究 2009年第3期（总第89期）
降低土的渗透性，从而减少冻土的冻胀和融沉。日本的试验研究和上海的试验研究结果表明【3】，土体中掺入一定量的水泥后，冻土的渗透性随掺入的水泥量增加而减少，可以控制所产生的冻胀和融沉在很小范围内。
4 结语
冻胀和融沉是冻土的岩土工程问题，而冻胀和融沉又是冻土的基本特征。一般而言，冻胀（率）量大，融沉（率）大，另一反之。黏性土的冻胀量较粉性土大。
冻结法施工过程中地下结构物常因冻胀产生变形，地下管线、地面交通等因融沉产生不均匀沉降，造成一定的危害，工程实施前必须有预案。
越江隧道河床的地层应关注其含盐量，含盐量的不同土体导热系数不同，直接影响冻土的抗压强度、冻土起始冻结温度以及冻胀、融沉。
参 考 文 献
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[10]上海市工程建设规范 旁通道冻结法技术规程（DG/TJ08—902—2006）
1.季节性冻土施工范围 1.1.季节性冻土定义和成因 当温度为0℃或负温，含有冰且土颗粒呈胶结状态的土称为冻土。土层冬季冻结，夏季全部融化，冻结延续时间一般不超过一个季节，称为季节性冻土层，其下边界线称为冻深线或冻结线。 路基土质、水分及冻结条件的不均一性，会产生不均匀冻胀，冻胀造成地面开裂；春季融化时，土体处于饱和状态，土颗粒间摩擦力降低至消失，在荷载作用下则千出现下沉、翻浆冒泥等病害。 1.2.季节性冻土范围 目前我国东北地区既有铁路冻害比较普遍、严重，路基冻胀和融沉使路基产生不均匀变形，破坏轨道的平顺性，成为影响铁路运行速度和安全的重大隐患之一，也给铁路养护维修千万很大的困难。 2.季节性冻土路基工程施工对策 2.1.季节性冻土路基防冻胀措施 为防止路基结构冻胀变形，主要是改善路基结构和填料及周围水分疏导，从形成起因减少冻胀力和冻胀性来防治冻胀，主要采取如下措施： 2.1.1.填筑非冻胀填料设隔防渗层 路基面以下冻结深度范围内填筑非冻胀性填料(非冻胀填料为细颗粒含量小于15%的A、B组碎石类土，基床表层70cm填级配碎石)，于基床表层下部铺设两布一膜不透水工布，土工布上下各设置0.1m中粗砂垫层。基床底层采用A、B组填料和C组块石、砾石类填料，有效的阻隔地表水渗入基床底层。
2.1.2.排水设施降、排水 在地下水埋深较浅段且路基高度小于季节性冻胀地段，考虑毛细水强烈上升高度，路基两侧设置降排水盲沟设施，使地下水降至季节冻深以下。对边沟积水的路段，尤其是低填方段设置集水坑将积水排除，挖方地段路基，加大边沟坡纵向排水坡度，将积水引导排到路基以外。 2.1. 3.防冻胀护道 为防止冻胀破坏路堤边坡，对地下水位较高地段，路堤坡脚两侧设置防冻胀护道，按设设计尺寸(高、宽均为2m),大于最大冻结深度。 2.2.季节性冻土路基施工工艺流程及要点 季节性冻土施工工艺流程如下图。
目录 一、前言 二、特点 三、使用范围 四、工艺原理 五、工艺流程 六、施工操作要点 七、机具设备 八、质量标准 九、劳动力组织 十、安全环境保护 十一、效益分析 十二、工程实例
冻结法施工工法 一、前言 作为一种成熟的施工方法，冻结法施工技术在国际上被广泛应用于城市建设和煤矿建设中，已有100多年的历史，我国采用冻结法施工技术至今也已有40多年的历史，主要用于煤矿井筒开挖施工，其中冻结最大深度达435m，冻结表土层最大厚度达375m。 自1992年起，冻结法工艺被广泛应用于XX、北京、深圳、南京等城市地铁工程施工中。XX集团在XX地铁M8线Ⅲ标段XX站～XX中路站区间隧道旁通道工程施工中,采用了冻结法加固的施工方法,通过对施工工艺的归纳总结，以及参考有关施工技术资料,形成本工法。 二、特点 冻结法适用于各类地层尤其适合在城市地下管线密布施工条件困难地段的施工，经过多年来国内外施工的实践经验证明冻结法施工有以下特点： 1、可有效隔绝地下水，其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的，对于含水量大于10%的任何含水、松散，不稳定地层均可采用冻结法施工技术； 2、冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，冻土强度可达5-10Mpa，能有效提高工效； 3、冻结法是一种环保型工法，对周围环境无污染，无异物进入土壤，噪音小，冻结结束后，冻土墙融化，不影响建筑物周围地下结构； 4、冻结施工用于桩基施工或其它工艺平行作业，能有效缩短施工工期。 三、使用范围 冻结法适用于各类地层，主要用于煤矿井筒开挖施工。目前在地铁盾构隧道掘进施工、双线区间隧道旁通道和泵房井施工、顶管进出洞施工、地下工程堵漏抢救施工等方面也得到了广泛的应用。 四、工艺原理 冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，将松散含水岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水，以便在冻结壁的保护下，进行地下工程掘砌作业。它是土层的物理加固方法，是一种临时加固技术，当工程需要时冻土可具有岩石般的强度，如不需要加固强度时，又可采取强制解冻技术使其融化。
地铁施工旁通道冻结法施工工艺 一前言 作为一种成熟的施工方法，冻结法施工技术在国际上被广泛应用于城市建设和煤矿建设中，已有100多年的历史，我国采用冻结法施工技术至今也已有40多年的历史，主要用于煤矿井筒开挖施工，其中冻结最大深度达435m，冻结表土层最大厚度达375m.自1992年起，冻结法工艺被广泛应用于xx、xx、xx、xx 等城市地铁工程施工中。公司在xx地铁隧道旁通道工程施工中，采用了冻结法加固的施工方法，通过对施工工艺的归纳总结，以及参考有关施工技术资料，形成本工法。 二、特点 冻结法适用于各类地层尤其适合在城市地下管线密布施工条件困难地段的 施工，经过多年来国内外施工的实践经验证明冻结法施工有以下特点： 1、可有效隔绝地下水，其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的，对于含水量大于10%的任何含水、松散，不稳定地层均可采用冻结法施工技术； 2、冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，冻土强度可达5-10Mpa，能有效提高工效； 3、冻结法是一种环保型工法，对周围环境无污染，无异物进入土壤，噪音小，冻结结束后，冻土墙融化，不影响建筑物周围地下结构； 4、冻结施工用于桩基施工或其它工艺平行作业，能有效缩短施工工期。 三、使用范围 冻结法适用于各类地层，主要用于煤矿井筒开挖施工。目前在地铁盾构隧道掘进施工、双线区间隧道旁通道和泵房井施工、顶管进出洞施工、地下工程堵漏抢救施工等方面也得到了广泛的应用。 四、工艺原理 冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，将松散含水岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水，以便在冻结壁的保护下，进行地下工程掘砌作业。它是土层的物理加固方法，是一种临时加固技术，当工程需要时冻土可具有岩石般的强度，如不需要加固强度时，又可采取强制解冻技术使其融化。 五、工艺流程冻结法 六、施工操作要点施工时，应不断对每个施工工序进行管理。控制冻结孔施工、冻结管安装、冻结站安装、冻结过程检测的质量。
特殊凿井 绪论 一、特殊凿井分类 特殊施工是相对于普通施工技术而言，可定义为：在松散不稳定含水地层，或在涌水量很大的稳定裂隙岩层中，采用围岩加固、堵水、超前支护或采用大型钻井机械施工的技术，这种技术主要有：冻结法、注浆法、钻井法、沉井法、混凝土帷幕法等表土施工技术。 深表土——冻结法、沉井法、钻井法、注浆法。 特殊凿井施工技术按其实质和特点可分为三类： 1、超前支护类 在地下工程挖掘之前，采用超前支护以隔绝或减少流砂和地下水的涌入，然后在超前支护的保护下掘进，属于此类者有：沉井法、混凝土帷幕法。 2、围岩加固类 在地下工程开凿之前，采用措施暂时，永久地加固围岩，改善围岩的稳定条件，而后进行掘砌作业，如冻结法、注浆法等。 3、机械破岩类 应用大型机械直接破岩、出矸，使卸掘砌作业机械化图钻井法等。 二、岩特殊凿井的历史 53年新汶孙村矿注浆井首次采用深井法。 55年新汶张庄矿首次在井筒进行工作面预注浆 55年开滦矿物局林西矿采用冻结法（波兰设计与施工） 56年开滦矿物局唐家矿采用冻结法（苏联指导，自己设计施工） 58年峰峰矿物局薛村矿主井采用地面预注浆 69年淮北矿物局朔利村南风井采用钻井法 74年鹤岗矿物局兴安矿南风井采用混凝土帷幕法 目前： ①沉井法（沉箱法）于90年代在煤矿使用，软表土地基中土建工程用的很多。沉深192m——曲阜单家村主副井，上海基础公司沉井。 ②帷混凝土帷幕法84年施工新汶鄂庄注浆井是使用，单深57m，主要用于地下挡土墙，水电部的应用较多， ③钻井法主要在西淮地区，φ9m，单深513m， ④冻结法，目前龙崮主副风井三个井筒采用，副井冻结深度650m，巨野煤田郭屯冻结达到702m；国投新集口孜东主井冻深737m，万福主井894m，万福副风井840mm。 ⑤注浆法遍及各矿区主井，平巷，硐室均在采用。 主要内容：冻结法、注浆法、钻井法、沉井法、混凝土帷幕法看录像。 第一章：冻结法施工 冻结法应用较多，尤其对深层表土的矿区，目前冻结法施工逐渐有城市的地铁发展，这里我们以矿区为例介绍。 §1、概述 冻结法凿井既是在井筒开挖之前，用人工制冷的方法，将井筒周围的岩层冻结形成封闭的圆筒——冻结壁，以抵抗地压，隔绝地下水与井筒的联系，然后在其保护下，进
7、冻结法联络通道施工工法 7.1 施工顺序 在第一台盾构机掘进贯通后立即开始联络通道施工，采用冻结法进行地层加固，然后采用矿山法在区间隧道内直接进行联络通道的开挖、初期支护、防水和衬砌施工。 由于盾构隧道内施工空间狭小，机械设备运输、转场困难，选择从最先贯通的隧道内向另外一侧隧道侧施工。 由于冻结加固和后续结构施工工序之间工艺要求衔接紧密，合理的安排各个联络通道的开工时间，是实现联络通道安全、快速施工的关键。 7.2施工流程 ①施工准备→②冻结孔施工和冻结管路安装→③积极冷冻，隧道管片加固保暖→④水平钻孔检验冻结效果→⑤打开钢管片→⑥联络通道开挖并实施临时支护，全过程维护冷冻→⑦防水层施工联络通道内衬结构施工→⑧冻结孔封孔、地层跟踪注浆、撤离。 7.3冻结加固方案施工 7.3.1 冻结帷幕 7.3.2 冻结孔布置及制冷 （1）冻结孔的布置 冻结孔开孔间距：冻结孔取0.8～1.0m。冻结孔偏斜控制，原则上不允许内偏，为减少冻土挖掘量，应控制终孔径向外的偏角在0.5～1.0°范围。终孔间距最大控制在1.4m之内。根据施工工艺确定，冻结管选用φ89×8mm低碳钢无缝钢管。 联络通道冻结施工冻结孔布置形式及数量见表。 联络通道冻结施工冻结孔布置形式及数量一栏表 （2）制冷
①冻结参数确定 设计盐水温度为-28℃～-30℃。 冻结壁厚度：3.0m。 冻结孔单孔流量不小于4m3/h。 冻结孔终孔间距Lmax≤1400mm，冻结帷幕交圈时间为35天，达到设计厚度时间为45天。积极冻结时间为50天，维护冻结时间为60天。为保证缩短冻结时间，保证整体冻结效果，在另一侧盾构隧道的联络通道冻结相应位置处在管片内部设置保温层。 测温孔和泄压孔分别为8个和4个，具体位置视现场情况而定。测温孔一般定在终孔间距较大的位置。 ②需冷量和冷冻机选型 冻结需冷量计算：Q=1.2·π·d·H·K 式中:H—冻结总长度； d—冻结管直径：φ89×8mm； K—冻结管散热系数：1.2； 将上述参数代入公式得： Q=1.2·π·d·H·K =61989Kcal/h 选用YSLGF300型螺杆机组2台套，设计工况制冷量为87500 Kcal/h，电机功率95KW。 ③冻结系统辅助设备 盐水循环泵选用200S42A型2台，流量200m3/h。 冷却水循环选用IS125-100～250J型2台，流量200m3/h，电机功率30KW。 冷却塔选用NBL-50型2台，补充新鲜水15m3/h。 ④管路选择 （1）冻结管选用Φ89×8mm，20#低碳钢无缝钢管，丝扣连接，单根长度1m 或1.5m。 （2）测温孔管选用Φ40×4mm，20#低碳钢无缝钢管。 （3）供液管选用Φ48×3mm钢管，采用焊接连接。 （4）盐水干管和集配液圈选用Φ159×6mm无缝钢管。 （5）冷却水管选用Φ133×4.5mm无缝钢管。
季节性冻土对工程的影响及防范措施 冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤。一般可分为短时冻土（数小时/数日以至半月），季节冻土（半月至数月）以及多年冻土（数年至数万年以上）。地球上多年冻土，季节冻土和短时冻土区的面积约占陆地面积的50%，其中，多年冻土面积占陆地面积的25%。冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰。因此，冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征。中国冻土可分为季节冻土和多年冻土。季节冻土占中国领土面积一半以上，其南界西从云南章凤，向东经昆明、贵阳，绕四川盆地北缘，到长沙、安庆、杭州一带。季节冻结深度在黑龙江省南部、内蒙古东北部、吉林省西北部可超过3 米，往南随纬度降低而减少。多年冻土分布在东北大、小兴安岭，西部阿尔泰山、天山、祁连山及青藏高原等地，总面积为全国领土面积的1/5 强。冻土地区气温低，土层冻结，降水少，流水、风力和溶蚀等外力作用都不显著，冻融作用则成为冻土地貌发育的最活跃因素。随着冻土区温度周期性地发生正负变化，冻土层中水分相应地出现相变与迁移，导致岩石的破坏，沉积物受到分选和干扰，冻土层发生变形，产生冻胀、融陷和流变等一系列复杂过程，称为冻融作用。它包括融冻风化、融冻扰动和融冻泥流作用。融冻泥流是冻土地区最重要的物质运移和地貌作用过程之一。一般发生在数度至十余度的斜坡上。当冻土层上部解冻时，融水使主要由细粒土组成的表层物质，达到饱和或过饱和状态，从而使上层土层具有一定的可塑性，在重力的作用下，沿着融冻界面向下缓慢移动，形成融冻泥流，年平均流速一般不足1米。由于泥流顺坡蠕动时，各层流速不一，表层流速大于下层，所以有时可把泥炭、草皮等卷进活动层剖面中，产生褶皱和圆柱体等构造形态。 季节性冻土指的是冬季冻结春季融化的土层。自地表面至冻结层底面的厚度称冻结深度。季节性冻土是受季节性的影响，冬季冻结、夏季全部融化。我国季节性冻土区面积大约513.7万平方千米，占国土面积的53.5%,其南界西从云南章凤，向东经昆明、贵阳，绕四川盆地北缘，到长沙、安庆、杭州一带。季节冻结深度在黑龙江省南部、内蒙古东北部、吉林省西北部可超过3米，往南随纬度降低而减少。季节性冻土的冻胀性、融沉性等特性对工程影响重大。所以在季节性冻土地区的工程建筑或项目应特别注意考虑季节性冻土对工程的影响及防范措施。
126 实例8：用于隧道支护中的地层冷冻法（隧道译丛1985-5） 1．以往的应用 在冻结的地层中开挖洞室，采用任何一种方法，有时总会遇到意外的困难。而爆破法或许是一种有效的方法。与岩石比较，当然冻结的材料不如其坚硬，但对于起爆点来说不存在裂化。冻结的地层是致密和不透水的。 用人工法来冻结地层使地层更加坚固和密实，这一概念是在大约一百年以前产生的。德国人首先采用在通过含水土层的矿山竖井施工中。 在瑞士第一次考虑采用这种方法要追溯到1908年对勒奇堡铁路隧道的病害处理。当时松散地层伴随高压水意外地坍塌，水和碎石涌入开挖的坑道，大约充填了1km ，淹没了25个人(图1)。 为了定出沿隧道轴向劣质土体的长度，用一台德国冷冻压缩机从地表打下两个勘探孔，一直打下220米深，超过隧道底部，发现底下没有岩石，即确定出隧道的位置后，沿轴向必须要通过350米极坏地层。若用冷冻压缩机从地表通过钻孔来冻结地层或许能够开挖，然而当时这样一种装置的造价超过一般通用的设备，造价昂贵。因此，决定改变隧道方向，来一个大的拐弯，使隧道轴线不脱离密实的岩层。这样就使隧道延长了约800米，但允许用常规的爆破法继续开挖。 在瑞士第一次真正使用冷冻法是1968年在翁格林(Hongrin ）属于水工用途的一个过水隧洞。当时证明，在不得已的情况下冷冻法是最后一种可采用的手段。由于隧洞完全位于岩层之中，又加上高压水的作用，使隧洞堵塞停工达两年。在试用其它方法处理以后，在这种情况下求助于冷冻法。 围绕奥尔滕(Olten)铁路系统改建工程中，有一浅埋的博尔纳(Born)隧道已经施工。部分位于粘土层斜坡上，由于覆盖层相当薄，冷冻是靠从地表垂直打下或多或少的管子来实现的。 2．米尔黑布克隧道 最近的一个工程实例是在苏黎士市区的米尔黑布克(Milchbuck)公路隧道。对于这个例子我们将比较详细地加以讨论，不仅阐述这—施工方法的特性，还要对如何解决与市区的正确位置有关的问题进行讨论。 米尔黑布克隧道在苏黎士市高速公路网内，是一条重要线路。它从利马(Limmat)山谷通向米尔黑布克山，位于2.7％的坡道上(图3)，其中有1300米长的一段是用常规明挖法施工的。上部位于泥灰岩和砂岩地层，不需赘述，剩下350米的一段通过冰积层，而更不利的
国道318线东海路改建工程D6合同段 季节性冻土处理 施工方案 榆林市天元路业有限公司 国道318线东海路改建工程D6合同段项目部 2012年5月28日
季节性冻土处理施工方案 一、工程概况 本标段起讫桩号K42-040～K61+741.8，全长19.7km。其中除K54+698.5三道桥小桥、k57+405日斗中桥外，其余均为季节性冻土处理段。处理方式为换填及填筑砂砾石，总共挖土方为52180m3,回填砂砾石为84144 m3，铺设防渗土工布为161046m2,路床补充碾压为167081 m2。 二、施工特点 （一）路基低填方段和湿软路基基底处理采用透水性好的砂砾换填，砂砾石因材料空隙大，形成的毛细管少，减少了地下水的上升。还可以减少冻胀路基土方的厚度，减轻冻土的膨胀程度，消弱冻胀土的抬拱力。 （二）在考虑冰冻深度影响的同时，采用纵、横向渗沟加强地面和地下排水并降低地下水位，将地下水汇集于沟内，并通过沟底通道将水排至指定地点。使土基保持干燥，减少冻结过程中水分聚流的来源。 三、工艺原理 针对季节性冻土区路基冻胀产生的原因，结合已有季冻区施工经验，通过隔断地面水的渗入和毛细管水上升的途径，从而降低地下水位，减少路基填料中的原始含水量，使之保持在最佳含水量附近，从而切断聚冰过程中的供水来源。进而有效的预防由于施工中填筑材料及工艺不合理造成的路基冻胀，保证通车后的道路质量。 四、基底处理 1、清除路基范围内的杂物，根据测工放样的高程推除积土，达到设计高程后，用压路机进行碾压至设计规定压实度标准。
2、粘性土、砂性土基底路段，按现场实际情况挖除原地基土，换填砂砾并分层压实，保证路槽下压实度。 3、要保证结构层下填筑高度不足50cm地段，其处理深度必须达到50cm。 4、路基基底范围内的植被、腐殖土及树根必须全部按设计要求清除。清基进度要与施工进度相对应，基底暴露时间不能过长，以免受水浸害。 五、施工方法 1、路基施工开工前，应在全面理解设计要求和设计交底的基础上，进行现场 2、进行现场恢复和固定路线。内容包括导线、中线的复测，水准点的复测与增设、中线放样及路基放样等。 3、路基填筑高度也尽可能控制在1.5米以上，处治措施主要是加强地表截排水、降低地下水位，采用粗颗粒材料填筑等。当路床范围填料粒径d≤0.074mm 的细颗粒含量≥7%时，应进行换填处理。路堤范围填料粒径d≤0.074mm的细颗粒含量不得大于15%。 4、对路堤填筑高度小于1.5米得季节性冻土路段，视为零填路段，其路床范围采用砂砾石材料换填。下设高强土工材料或2~4cm碎砾石作为纵向渗沟的形式进行排水。同时还应视地形情况酌情加深排水沟，以降低地下水位。根据地形情况，纵向渗沟每隔50~100m设置一道横向渗沟，将地下水引出路基之外。 5、对路堤填筑高度大于1.5米得季节性冻土路段，一般于原地表铺设50cm 厚砂砾石垫层，以加强地表排水，减弱毛细水上升，垫层以上路基体则选用粗颗粒类土填筑；路床处理方式同零填路基。 6、对处于挖方的季节性冻土路段，路床处理方式与零填路基一致，但其两
冻结法施工工艺 地铁施工旁通道冻结法施工工艺冻结法施工工法一、前言作为一种成熟的施工方法，冻结法施工技术在国际上被广泛应用于城市建设和煤矿建设中，已有100多年的历史，我国采用冻结法施工技术至今也已有40多年的历史，主要用于煤矿井筒开挖施工，其中冻结最大深度达435m，冻结表土层最大厚度达375m.自1992年起，冻结法工艺被广泛应用于上海、北京、深圳、南京等城市地铁工程施工中。公司在上海地铁隧道旁通道工程施工中，采用了冻结法加固的施工方法，通过对施工工艺的归纳总结，以及参考有关施工技术资料，形成本工法。 二、特点冻结法适用于各类地层尤其适合在城市地下管线密布施工条件困难地段的施工，经过多年来国内外施工的实践经验证明冻结法施工有以下特点： 1、可有效隔绝地下水，其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的，对于含水量大于10%的任何含水、松散，不稳定地层均可采用冻结法施工技术； 2、冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，冻土强度可达5-10Mpa，能有效提高工效； 3、冻结法是一种环保型工法，对周围环境无污染，无异物进入土壤，噪音小，冻结结束后，冻土墙融化，不影响建筑物周围地下结构； 4、冻结施工用于桩基施工或其它工艺平行作业，能有效缩短施工工期。 三、使用范围冻结法适用于各类地层，主要用于煤矿井筒开挖施工。目前在地铁盾构隧道掘进施工、双线区间隧道旁通道和泵房井施工、顶管进出洞施工、地下工程堵漏抢救施工等方面也得到了广泛的应用。 四、工艺原理冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，将松散含水岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水，以便在冻结壁的保护下，进行地下工程掘砌作业。它是土层的物理加固方法，是一种临时加固技术，当工程需要时冻土可具有岩石般的强度，如不需要加固强度时，又可采取强制解冻技术使其融化。 五、工艺流程冻结法 六、施工操作要点施工时，应不断对每个施工工序进行管理。控制冻结孔施工、冻结管安装、冻结站安装、冻结过程检测的质量。 1、冻结孔施工 1.1开孔间距误差控制在±20mm内。在打钻设备就位前，用仪器精确确定开孔孔位，以提高定位精度。 1.2准确丈量钻杆尺寸，控制钻进深度。 1.3按要求钻进、用灯光测斜，偏斜过大则进行纠偏。钻进3m时，测斜一次，如果偏斜不符合设计要求，立即采取调整钻孔角度及钻进参数等措施进行纠偏，如果钻孔仍然超出设计规定，则进行补孔。 2、冻结管试漏与安装 2.1选择φ63×4mm无缝钢管，在断管中下套管，恢复盐水循环。 2.2冻结管（含测温管）采用丝扣联接加焊接。管子端部采用底盖板和底锥密封。冻结管安装完，进行水压试漏，初压力0.8MPa，经30分钟观察，降压≤0．05MPa，再延长15分钟压力不降为合格，否就近重新钻孔下管。 2.3冷冻站安装完成后要按《矿山井巷工程施工及验收规范》要求进行试漏和抽真空，确保安装质量符合设计要求。 3、冻结系统安装与调试 3.1按1.5倍制冷系数选配制冷设备。 3.2为确保冻结施工顺利进行，冷冻站安装足够的备用制冷机组。冷冻站运转期间，要有两套的配件，备用设备完好，确保冷冻机运转正常，提高制冷效率。 3.3管路用法兰连接，在盐水管路和冷却水循环管路上要设置伸缩接头、阀门和测温仪、压力表、流量计等测试元件。盐水管路经试漏、清洗后用聚苯乙烯泡沫塑料保温，保温厚度为50mm，保温层的外面用塑料薄膜包扎。集配液圈与冻结管的连接用高压胶管，每根冻结管的进出口各装阀门一个，以便控制流量。 3.4冷冻机组的蒸发器及低温管路用棉絮保温，盐水箱和盐水干管用50mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料板保温。
冻结法加固应用于盾构隧道施工 浙江大成建设集团有限公司章履远 由于搅拌桩、注浆、高压旋喷等土体加固方法存在土体加固不均，可能存在局部薄弱带而不能封堵具有压力的地下水。而采用冻结土形成的冻结帷幕，其冻土墙均匀性好、强度高（大于3MPa）。尤其是冻结体与井壁能做到无缝对接，可保证滴水不漏。因此，大直径的泥水平衡盾构大多采用冻结法加固技术。大直径泥水平衡盾构使用最多的是日本，其进出洞土体加固大多采用冻结法。 1995年，上海延安东路南线隧道，11.22m泥水盾构，当时始发井采用水泥土搅拌桩加固，盾构出洞始发，因覆土浅产生冒浆而不能建立泥水平衡，影响了3个月工期后，最后改用冻洁法加固土体取得成功（国内第一次）。从2001年以来，上海的泥水平衡越江隧道，如大连路隧道、复兴东路隧道、翔殷路隧道、上中路隧道等都采用了冻结法加固取得成功。因此，掌握冻结法施工技术对隧道工作者来说，也是必不可少的工作。 然而，冻结法施工最大缺点是施工成本高，冻融隆沉大，应该懂得采取相应技术措施。下面就来谈一谈冻结法的施工和用冻结法施工的成功案例。 一、冻结法施工技术 1、概况：
冻结法是利用人工制冷技术使地层中的水冻结，把天然岩土变成冻土，从而增加岩土的强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁保护下进行隧道、竖井、地下联络通道和其他地下工程的开挖与施工的一种特殊施工技术。其实质是人工制冷技术临时性改变岩土的状态以固结地层。 冻结法施工技术在矿井建设、地基基础工程、水利工程、河底隧道、地下铁道和其他地下工程中，当遇到不稳定地层或含水量丰富地层、裂隙岩层等，只要是地下水含盐量不大，且流速慢（6m/d）都可以采用冻结法固结地层，完成地下工程施工。 英国人和德国人早在1862年、1883年利用冻结技术完成建筑基础、煤矿深井施工。1886年、1906年瑞典和法国用冻结法施工人行隧道，穿越河底地铁工程。前苏联、日本也在20世纪70年代用冻结法施工地铁隧道，排水管等。据不完全统计已有数百项工程用冻结法来完成工程施工。 我国从1955年～1999年在煤炭系统，利用冻结技术，建设煤矿竖井近500个，总长达70Km，最大冻结深度达435m。随着冻结技术不断发展，水平冻结、斜井冻结也取得成功。近年来，随着地下工程日益增多，特别是地下铁道建设兴起，冻结技术开始应用于城市地铁工程的隧道施工。北京、上海、广州已分别采用了垂直冻结、水平冻结技术完成了多
3.1冻融土壤的物理学特性 在季节性冻土的冻结和融化过程中，冻融土壤的物理学特性会发生改变，具有不同于非冻结土壤的特点。所以从分析物理成因着手，分析冻土的物理学特性的变化是研究冻土的冻融过程和冻融规律的很重要的基础环节。 3.1.1季节性冻土的物质组成 未冻土是复杂、多孔、疏松而分散的多相体系，由土壤颗粒、土壤孔隙水、土壤空气三相物质组成。当土壤温度下降并低于o 0c，土体中的液态孔隙水部分转变为固态的冰，此时冻土由土壤颗粒、纯净的冰、土壤孔隙水、汽四相组成，土壤颗粒和冰组成了土体的基本骨架，各相所占的比例关系往往决定了土壤的各相物理特征。为了便于研究，通常将土壤中的三相物质组成绘成土壤三相组成草图，见图3-1(郑秀清，Zoo2>。图3-1中符号Y和m分别表示体积(cm3cm)和质量(g)，下标分别表示相应的各相。 图3-1冻融土壤三相组成草图 当自然条件有变化时，冰的组成结构和粘滞性等相应会有显著的变化，这种变化既决定了冰性质的不稳定，同时也决定了冻土性质的不稳定性。 土壤尤其是细颗粒土壤冻结时，土壤水分发生相变，即部分水冻结成冰，这是冻土与非冻土的根本区别。在相应温度下，冻土中始终存在着部分未冻结的液相水，即未冻水。由于土粒吸引力的作用，未冻水具有较高的粘滞性，其容重大于常温常压下水的容重，其相变温度点(冰点:冻结温度)低于0 0C o 土壤的物质组成包括粒度组成、矿物组成和化学组成三个方面。冻融土壤的粒度成分和矿物组成对土壤中未冻水含量具有直接的影响(崔托维奇H A, 1959)。土壤颗粒表面的性质和孔隙结构决定着土壤的持水能力及距土壤颗粒表面不同距离水分所受力的大小，同时也决定了土壤水分随温度的相变规律，并影响不同状态及过程的水分迁移。 3 .1.2冻融土壤的热物理特性参数
施工组织设计目录 第一章概况 一、工程概况 二、工程内容及工程技术特征 三、井筒地质及水文地质 第二章施工准备 一、技术准备 二、施工队伍准备 三、施工现场准备 四、施工技术装备与材料供应安排 第三章施工方案的选择 一、冻结表土及风化基岩段施工方案 二、冻结基岩段施工方案 三、与井筒相连接的相关工程施工方案 第四章施工工艺 一、采用“四新”加快施工速度 二、利用永久井塔凿井施工 三、试挖及临时锁口施工 四、井筒冻结表土及风化基岩段施工 五、井筒冻结基岩段及基岩段施工 （一）冻结基岩段外壁及基岩段施工 （二）内壁浇筑 （三）内外井壁夹层注浆 六、与井筒连接处相关工程施工 七、关键部位施工技术及处理特殊地质变化技术措施
（一）基岩段防治水措施 （二）井筒通过不稳定岩层及断层破碎带的施工 （三）井筒揭煤施工 八、突发事件应急措施 第五章施工辅助系统 一、提升系统 二、井筒悬吊设施 三、井口及地面辅助设施 第六章井筒施工凿井设施选型计算 一、提升设备的选型 二、悬吊设备的选型 第七章施工组织与管理 一、施工组织管理机构 二、施工管理 第八章施工进度计划与进度控制 一、工期安排 二、工期保证措施 第九章施工技术安全措施、灾害预防和安全保证体系 一、安全工作目标 二、安全管理体系 三、安全管理措施 四、施工安全技术措施 五、灾害预防 六、本工程需编制的分项和专项措施 第十章工程质量检测管理措施和质量保证体系 一、施工质量保证措施 二、质量保证体系
第十一章文明施工及环境、职业健康保证措施 一、文明施工及环境保护措施 二、文物保护措施 三、职业健康保护措施 第十二章冬雨季施工措施及地下管线等保护加固措施 一、冬雨季施工措施 二、地下管线及其它地上地下设施保护加固措施
冻结法施工技术 冻结法施工技术，即是利用人工制冷的方法把土壤中的水冻结成冰形成冻土帷幕，用人工冻土帷幕结构体来抵抗水土压力，以保证人工开挖工作顺利进行。作为一种成熟的施工方法，冻结法施工技术在国际上被广泛应用于城市建设和煤矿建设中，已有100多年的历史，我用冻结法施工技术至今也已有40多年的历史，主要用于煤矿井筒开挖施工，其中冻结最大深度达435m，冻结表土层最大厚度达375m。经过多年来国外施工的实践经验证明冻结法施工有以下特点： 1可有效隔绝地下水，其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的，对于含水量大于10%的任何含水、松散，不稳定地层均可采用冻结法施工技术； 2冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，冻土强度可达5-10Mpa，能有效提高工效； 3冻结法施工对周围环境无污染，无异物进入土壤，噪音小，冻结结束后，冻土墙融化，不影响建筑物周围地下结构； 4冻结施工用于桩基施工或其它工艺平行作业，能有效缩短施工工期。 人工冻结法在地铁府园车站的应用
摘要：地铁一期工程府园车站南隧道盾构法施工时，洞门两侧出现大量流砂，附近区域的沉降量较大，为了确保地下管线和地面交通的正常使用和安全运行，在首次实施了地下工程的人工冻结法施工。本文论述了冻结法在该工程中的冻结设计、施工工艺及对周围环境影响等问题和实际取得的效果。 关键词：冻结法,地铁,盾构 引言 我国冻结法现已成为成熟的凿井施工技术，但在城市岩土工程中的应用还不多。冻结技术可在地面城市地下工程中的应用围包括：盾构隧道盾构进墙、深层搅拌桩以及压密注浆对土体进行加固，在凿除洞门钢筋混凝土时发现洞门中心处东、西两侧有流砂涌入，迅速采用双液注浆堵水，过了两天又在有大量流砂涌入，对周围环境产生较大的影响，其中端头井东侧的沉降量增大，东部20 平方米区域下陷1.5 m 左右(图1)。在这种情况下施工单位及时出洞土体加固、盾构隧道地下或海底对接时土体加采取措施，以保证施工以及周围环境的安全。固、城市地铁泵房、旁通道和急转弯部分、建筑基根据管线及房屋调查结果显示，在府园车站坑加固、地下工程涌水、坍塌事故的抢险修复、地南端头井的东侧沿南路方向15 m 围有下隧道交叉处土体加固、桥墩基础施工等。地380 V 的电缆一根，直径约900 mm 的下水管一根，铁南北线一期工程TA7 标府园车站端头井洞门南侧沿建邺路方向15 m 围有380 V 的电缆一补充加固时中煤矿山工程采用冻结法
冻结施工方案设计 3、冻结施工关键技术 3.1 水平冻结孔施工技术 〔1〕采用二次开孔工艺，以防钻透地下连续墙时大量出泥出水。一次开孔采用金刚石取心钻在地下连续墙上钻进300mm深左右，不钻透连续墙。一次开孔钻进完毕，下入孔口管并安装阀门，接着进行二次开孔钻进，直至钻透连续墙。连续墙钻透后，立即退出开孔钻头，关闭阀门。 〔2〕用夯管法下冻结管，夯管和钻进时安装类似轴封的孔口止水装置。对于需要穿透对侧地下连续墙的冻结孔，那么先用夯管法下套管〔套管下至对侧连续墙墙面〕，然后用钻机在套管中钻透对侧连续墙，再用夯管法下入冻结管。钻进对侧地下连续墙时，钻头部位安装逆止阀和岩心管。 〔3〕下完冻结管后，对冻结管与孔口管及套管间的间隙和孔口附近地层进行注浆充填。 〔4〕下泄压管〔滤水管〕时，在泄压管内装满三合土，以防夯进泄压管时出水，影响施工。 〔5〕确保冻结孔定位准确。冻结管夯进时，预设朝隧道外结构面法向的外偏角为0 .5～1°，以防冻结孔太靠近开挖面，影响冻结壁有效厚度。 3.2 地层冻胀和融沉控制技术 〔1〕在冻结壁内未冻土中设泄压孔，通过放水、排泥来减小冻结壁内的水土压力和消散作用在地铁一号线上体馆站底板上的冻结附加力。泄压孔采用Φ140mm以上的钻孔。泄压孔滤管不包纱网，以便在冻胀引起地层压缩时，可从泄压孔泄水或排除部分土体。施中可根据车站结构及地层变形监测结果和泄压孔中的水压变化情况进行泄压。 〔2〕在地铁一号线上体馆站底板附近增设冻结孔和加热孔各1个，加热孔兼作测温孔。根据工程监测结果，合理调整冻结孔的供冷量。在特殊情况下，还可通过在加热孔中循环热水来迅速提高冻结壁温度，使冻结壁软化，从而减小冻胀力。在采取上述措施的同时，还注意控制好上体馆站底板附近冻结孔的盐水流量，使车站底板下边的温度处在-5～-10℃之间，实现了在保证冻土强度的情况下，尽量减小车站底板温度应力的目的。 〔3〕合理安排冻结顺序，减小冻胀引起的地层变形。根据不同位置冻结壁受力分布情
季节性冻土的处理 1、由于本合同段全线属季节性冻土区，其中K218+000~K225+700段较为严重，海子山海拔4300米以上，每年9月中旬开始冻结，冻结厚度0.2米，随温度的降低，冻结深度逐渐加大，来年3月份全部融化，最大冻结深度达3米，该路段以块石土，含砾低液限粉土和细粒土质砾为主，在初春季节受水、雪融水影响，地下水们较高，易形成冻害，造成路基翻浆、沉陷，使刚性路面错缝或拆断，冻融使桥梁、涵洞发生少量下沉和不均匀下沉，引起开裂破坏。因此，冻土的冻胀及融化都会对工程带来危害，必须采取必要的防治措施，贯彻以防为主，防治结合原则，如提高路基标高、设碎石垫层或盲沟，在路基两侧设保温护道，挖积雪、降水坑等方法。 2、翻浆地区路基首先必须注意切实做好路基排水，保证路基填土高度和压实要求，由于施工过程中排水措施不好，或完工后未形成完整有效的排水系统，至使往往通车后不久，季冻区路面损坏，因此如何防止路基表面水渗入，降低地下水们，减少路基原始含水量，切断聚冰过程过程中水的供给源，在施工中应充分考虑，给予足够的重视，做好路槽范围内的排水，设置碎石隔水层，做好路基防排水及保温措施，一般应保证边沟底距路基边缘的高差不小于1.5米，路基采用粗颗粒砂砾土填筑，基底设置一层50厘米厚砂砾石或碎石透水层，路基填方高度小于1.5米零填路段或零挖路段，路床范围冻融层细颗粒（<0.02mm）含量>5%时应予以清除，换填碎石或碎砾石，设置一层防渗土工布，并应加深排水沟，降低地下水位。
2．1 换填土：换填土采用水稳性好，冻稳性好，强度高的粗颗粒填料换填路基上部，换填选料原则：冻胀时路面不产生有害变形，冻融时路床承载力不下降，换填厚度应控制在最大冻深的70%~100%。 2．2 横向盲沟降水：道路纵坡大于3%的坡腰翻浆路段，当路面基层采用透水性材料时，为能及时排出透水层内的纵向水流和春融期土基化冻时的多于水份，可在路槽下设置横向盲沟可设置成人字形，纵向间距一般为10米，沟深20~40厘米，宽40~50厘米，填以砾等透水性良好材料，出口按一般盲沟处理。 2．3 管式渗沟降水：挖方地段为降低路基附近的地下水位，采用有管渗沟为拦截并排除，流向路基的层间水，采用截水渗沟疏排。为防止渗沟被淤塞，根据现地条件，必要时可采用土工布外覆盖层以维护渗沟的通畅。 2．4 砂（砾）垫层：铺设砂（砾）垫层防治翻浆作用在于隔断毛细水上升，冻融期具有蓄水排水作用，且在冻结或融化时，砂（砾）垫层的体积变化不大，因而可减轻路面冻胀和融沉。 2．5 土工布排水：采用土工布排水是在路基上部一定深度平铺过滤型土工布，其上铺填30~40厘米砂砾层，然后继续填土至路基顶面。 2．6 设置隔离层：为防止翻浆，可在路基一定深度处设置隔离层，隔离层宜高出地表水面25厘米，有效厚度一般为20厘米，用碎石、砾石、土工布等铺成，为防淤塞，可在上、下设3%~4%的横坡以利排水，不透水隔层多适用于不透水路面的路基中。
第32卷第3期2008年5月 大 气 科 学 Chinese Jo urnal of A tmospheric Sciences V o l 132 N o 13 M a y 2008 收稿日期 2006-12-13,2007-03-15收修定稿 资助项目 国家重点基础研究发展规划项目2006CB403600,公益性行业(气象)科研专项GYH Y200706005作者简介 陈博,男,1983年出生,硕士,主要从事中国冻土与气候关系的研究。E -m ail:cb @https://www.doczj.com/doc/9a5305007.html, 近50年来中国季节性冻土与短时冻土的 时空变化特征 陈博 1,2 李建平 1 1中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室,北京 100029 2中国科学院研究生院,北京 100049 摘 要 在对中国冻土气象观测资料整理和分析的基础上,研究了中国冻土分布的时空演变规律。主要分析了中国冻土分布的季节变化、冻土深度的空间变化,以及冻结日期、解冻日期、冻结时间长度的空间分布特征,同时也分析了以上各要素的时间变化特征。结果表明:中国冻土分布广泛,在我国东部的长江以北地区、西北地区及青藏高原地区均有分布;其中季节性冻土具有显著的年内变化特征,冻结一般从秋季开始,冬末春初冻结的面积和深度达到最大,春季逐渐开始融化,夏季冻结的面积和厚度达到最小;冻土的冻结过程和融化过程表现出各自不同的特征,整个中国地区冻土的融化过程所持续的时间比冻结持续的时间长,也更为复杂,这与地形及土壤特性有着密切的关系;近几十年来,在全球变暖背景下,中国冻土主要表现为最大冻土深度减小,冻结日期推迟,融化日期提前,冻结持续期缩短,以及冻土下界上升的总体退化趋势,冻土的主要转型时期发生在20世纪80年代中期。 关键词 冻土 时空分布 变化趋势 年代际变化 文章编号 1006-9895(2008)03-0432-12 中图分类号 P461 文献标识码 A Characteristics of Spatial and Temporal Variation of S easonal and Short -Term Frozen Soil in C hina in Recent 50Years CH EN Bo 1,2 and LI Jian -Ping 1 1S tate K ey L abor atory of N umerical M od eling f or A tmosp her ic S ciences an d Geoph ysic al Fluid Dynamics ,I nstitu te of A tmos -p her ic P hysics ,Chinese A cad emy of S cie nces ,B eij in g 1000292Gr adu ate Univ ersity of Chinese A cad emy of Sc ienc es,Be ij ing 100049 Abstract Based on the qualit y co ntr ol o f daily meteo ro log ical observ ation data of frozen soil in China,the spatial and tempo ral var iatio ns o f frozen so il hav e been investig ated.T he seasonal change o f the frozen so il,the chang e o f the fr ozen so il dept h,the beg inning dates and the ending dates ar e mainly analyzed. T he results sho w that fr ozen so il occur s in mo st of the ter rito ry in China,including the nor th of the Y ang tze River ,No rthw est China and the T ibetan Plateau.T he monthly va riation of seasonal fro zen soil is sig nificant.T he freezing process generally beg an in autumn,and reached the maximum of depth and ar ea in the end of winter.In spr ing the fro zen soil beg an to thaw and finished in the summer.T he thaw ing and fr eezing processes of fr ozen so il demonstrated different cha racteristics and the thawing process per sisted long er and mor e complicatedly than the freezing process.T his has a ver y close relationship w ith so il characterist ics and topog raphic facto rs.In t he back -g ro und of g lobal war ming in the last few decades,the f rozen so il show ed a deg radat ion in China.T he max imum o f
《岩土特殊施工》复习总结 第一章冻结法主要内容 1、冻结法的定义、实质； 答：⑴定义：利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁的保护下进行井筒或地下工程掘砌施工的特殊施工技术。 ⑵实质：利用人工制冷临时改变岩土性质以固结土层。 2、冻结法凿井原理； 答：在井筒开挖之前，用人工制冷的方法，将井筒周围含水地层冻结成一个封闭的不透水帷幕——冻结壁，用以抵抗地压、水压、隔绝地下水与井筒之间的联系，而后在其保护下进行掘砌施工。 2.冻结法的特点和适用条件 优点：绝对不透水；冻土墙的形状、尺寸和强度在一定范围内可调；形状、尺寸和深度基本不受限制；适应复杂的地质和水文地质条件；经济合理；污染性小；灵活性好。 缺点：冻胀和融沉；对土体加固为临时性质，不能长期起作用。 适用条件：通常，当地下水含盐量不大，且地下水流速较小时，均可采用冻结法。 3.冻结压力、结冰潜热、制冷工质概念 冻结压力：因介质冻结、体积膨胀而作用于井帮或井壁上的压力。 结冰潜热：指在温度保持不变的情况下,单位质量的物质从液态转变到固态时所释放出的热量。 制冷工质：也叫制冷剂，在制冷机系统中起循环变化的物质，用于实现制冷的目的。如：氨，氟里昂、溴化锂 5.冻结法的三大循环系统、各系统的功能；一级压缩制冷（氨循环）原理组成图及各过程氨的变化情况。 三大循环系统：氨循环、冷却水循环、盐水循环 氨循环：在制冷过程中起主导作用。液氨变为饱和蒸气氨，再被氨压缩机压缩成过热蒸气进入冷凝器冷却，高压液氨从冷凝器经贮氨器，经节流阀流入蒸发器液氨在蒸发器中气化吸收周围盐水的热量； 冷却水循环：在制冷过程中的作用是将压缩机排出的过热蒸汽冷却成液态氨，以便进入蒸发器中重新蒸发。 盐水循环：在制冷过程中起着冷量（或热量）传递作用。盐水吸收地层热量，在盐水箱内将热量传递给蒸发器中的液氨；