拱北隧道中使用的管幕隧道、人造冻土是怎样的方法?

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刚刚看新闻,觉得这东西挺黑科技的。但是有点好奇,管幕隧道除了造冻土还有什么别的用么?另外,在隧道修好了还需要管道保持冻土状态么?如果需要,是不是成本会很高?

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冻结法施工已经是一项比较成熟的施工技术了,主要用于地下结构开挖,国外已有了100多年的历史,我国采用这项技术也有60多年。1862年英国南威尔士的矿井施工中首次成功采用人工地层盐水冻结法;1955年中国煤矿首次采用盐水冻结法凿井。

冻结法施工以前多用于煤矿建设,近年来随着市政建设的发展,被广泛应用于城市地铁工程和隧道工程施工中。特别适合含水量高的软土地基和地下管线密布的城市区域。

原理和工艺:

通过人工制冷冻结隧道周围的土体(术语称为“围岩”),使得松散的、含水率高的岩土变成“人工冻土”,增加其强度和稳定性,隔绝地下水,保证在隧道掘进过程中围岩具有足够的稳定性和抗渗性,确保施工安全。

施工工艺简单地说,就是在施工区域钻孔埋入冷冻管,然后通过注入冷冻液降低周围岩土温度形成冻土,并且在隧道开挖施工过程中监控冻土帷幕的温度、厚度和变形情况,维持冻土的强度和稳定性。隧道内衬砌完成后停止供冷,注浆封闭冷冻管。

冷冻液可采用液氮或冷冻盐水,其中采用液氮冷冻设备简单、冻土温度低、强度高,成本低,但是可控性差,发生冻伤和缺氧安全事故的风险较大,适合于小型短期工程。采用盐水冷冻需要大型制冷站,设备更复杂,冻土温度较高、强度低,冻结速度慢,成本较高,但是可控性好,安全度较高,适合于大型长期项目。

优点:

  1. 适用性好,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. 安全性好,和其他帷幕施工工艺相比,抗渗透性能更好,更加有效隔绝地下水;
  3. 环保性好,相对于水泥注浆和化学注浆法,对周围环境无污染,无异物进入土壤,噪音小,也不需要抽取地下水。冻结结束后,冻土墙融化,不影响建筑物周围地下结构;
  4. 灵活性好,冻土帷幕的形状、范围、强度、温度可视施工现场条件、地质条件灵活布置和调整。
  5. 经济性好,造价相对较低,不占用地面土地,减少对地面交通干扰。

隧道主体结构完成后,隧道自身的内衬结构可以稳定支撑周围土体,并且可以隔绝地下水渗透,就不再需要冻土了。周围岩土可以基本恢复原始状态,对环境影响很小。

由于冷冻管隐蔽在土体中,很难找到直观的图片。

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我家乡过山输水管道就用过,零下18度,在里面打隧道冻死人了,一天就只能打几米,十几米就够多了。

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