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關(guān)于快速強(qiáng)化凍結(jié)法施工動態(tài)設(shè)計方法初探
（作者未知） 2010/6/25
論文關(guān)鍵詞：快速強(qiáng)化凍結(jié)動態(tài)設(shè)計 設(shè)計程序 實(shí)時監(jiān)測 凍強(qiáng)壁
論文摘要：結(jié)合我國凍結(jié)工程技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，闡述了快速強(qiáng)化凍結(jié)設(shè)計目標(biāo)及原則，詳細(xì)介紹了快速強(qiáng)化凍結(jié)設(shè)計程序和設(shè)計內(nèi)容。指出了只要遵循強(qiáng)化凍結(jié)設(shè)計程序進(jìn)行凍結(jié)設(shè)計，就能很好地滿足深厚沖積層凍結(jié)井筒鑿井施工要求，確保井筒掘砌施工安全順利地進(jìn)行�？焖購�(qiáng)化凍結(jié)設(shè)計方法可為地下工程凍結(jié)設(shè)計提供有益的參考。
巖土工程中，當(dāng)遇到涌水、流砂、淤泥等復(fù)雜不穩(wěn)定地層條件時，常采用凍結(jié)法施工。凍結(jié)法自1955年在我國首次獲得實(shí)際應(yīng)用以來，經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)已成為我國礦井通過深厚沖積層的主要施工方法之一。我國將凍結(jié)法應(yīng)用于地下基礎(chǔ)工程始于1987年。近年來，凍結(jié)法在上海、北京、廣州等城市的地鐵和市政基礎(chǔ)設(shè)施等工程項(xiàng)目中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過多年的實(shí)踐，我國工程技術(shù)人員基本掌握了近水平凍結(jié)設(shè)計、施工方法以及地層變形控制方法，并積累了大量的第一手資料和豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。目前，我國已成為世界上凍結(jié)法應(yīng)用較多的國家之一口I。]。實(shí)踐證明，凍結(jié)法是在松散含水土層中施工地下結(jié)構(gòu)工程的一種較為安全可靠的工法。但隨著凍結(jié)深度的不斷加大，原有的設(shè)計方法已不能適應(yīng)凍結(jié)法施工發(fā)展趨勢，研究快速強(qiáng)化凍結(jié)的動態(tài)設(shè)計方法勢在必行。
1快速強(qiáng)化凍結(jié)設(shè)計目標(biāo)及設(shè)計原則
快速強(qiáng)化凍結(jié)設(shè)計目標(biāo)與安全、優(yōu)質(zhì)、快速、高效施工的工程總目標(biāo)是一致的。從價值工程的觀點(diǎn)來講，就是要用最少的資源投入來實(shí)現(xiàn)最佳的地層凍結(jié)加固效果。但在實(shí)際工程中，由于地層和施工條件的不同，對凍結(jié)設(shè)計與施工的要求也不同。如深厚粘土層應(yīng)重點(diǎn)解決凍結(jié)管斷裂和外層井壁壓壞等疑難技術(shù)問題；地層條件較好時，應(yīng)重點(diǎn)解決降低凍結(jié)施工費(fèi)用和提高井筒掘砌速度等問題。對于一個凍結(jié)井筒工程項(xiàng)目來說，凍結(jié)設(shè)計的最佳目標(biāo)就是將解決凍結(jié)施工技術(shù)難題與降低凍結(jié)施工費(fèi)用和提高井筒掘砌速度更好地統(tǒng)一起來。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，井筒快速強(qiáng)化凍結(jié)設(shè)計需遵循以下原則：
(1)凍結(jié)設(shè)計必須以實(shí)現(xiàn)工程總目標(biāo)為核心，既要確保工程施工安全，滿足工程質(zhì)量和工期要求，又要采用經(jīng)濟(jì)工藝技術(shù)，降低施工成本。
(2)根據(jù)不同的地層條件與施工要求，采用不同的凍結(jié)施工工藝。由于井筒地層條件差異很大，施工要求各不相同，凍結(jié)施工工藝也應(yīng)有所區(qū)別。如在沒有深厚粘土層的凍結(jié)井筒中，一般就沒有必要采取強(qiáng)化凍結(jié)措施。
(3)根據(jù)系統(tǒng)工程觀點(diǎn)，凍結(jié)設(shè)計要考慮井壁結(jié)構(gòu)情況，并對井筒掘砌速度、掘進(jìn)段高與井幫暴露時間、井壁變形特性參數(shù)等提出要求；或者根據(jù)掘砌施工要求，對凍結(jié)設(shè)計參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。在井筒凍結(jié)設(shè)計中，為便于操作，可先按合同規(guī)定的掘砌速度和有關(guān)規(guī)范對掘進(jìn)段高的要求進(jìn)行凍結(jié)施工參數(shù)設(shè)計；而后在井筒施工中，再根據(jù)凍結(jié)壁穩(wěn)定性和掘砌施工能力，合理調(diào)整掘砌施工速度和掘進(jìn)段高。
(4)根據(jù)動態(tài)控制觀點(diǎn)，結(jié)合掘砌施工進(jìn)度，考慮凍結(jié)壁發(fā)展規(guī)律來布置凍結(jié)孔和評價凍結(jié)壁的安全性。在整個井筒凍結(jié)施工過程中，凍結(jié)壁厚度和溫度都是變化的；掘進(jìn)到某一層位時，需要根據(jù)該層位的土層特性和當(dāng)時的凍結(jié)壁發(fā)展?fàn)顩r來判斷施工是否安全。這是優(yōu)化凍結(jié)施工參數(shù)以降低施工成本和縮短工期的基礎(chǔ)，也是快速強(qiáng)化凍結(jié)設(shè)計方法區(qū)別于傳統(tǒng)凍結(jié)設(shè)計方法的根本點(diǎn)之一。
(5)深厚粘土層中經(jīng)常遇到的凍結(jié)管斷裂和外層井壁被壓壞的問題主要與凍結(jié)壁變形有關(guān)。因此，在設(shè)計凍結(jié)壁時，應(yīng)將控制凍結(jié)壁變形作為主要依據(jù)。但由于凍結(jié)壁變形是難以從理論上進(jìn)行正確計算的，因此在凍結(jié)設(shè)計中，只能根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，將凍結(jié)管與井幫距離、凍土進(jìn)入荒徑量和掘進(jìn)時的井幫溫度作為布置凍結(jié)孔和設(shè)計凍結(jié)壁的重要指標(biāo)。
(6)由于地層條件和施工情況的復(fù)雜多變，目前要對凍結(jié)壁進(jìn)行精確設(shè)計計算是不現(xiàn)實(shí)的，需要借助于工程類比法來評價設(shè)計方案的可靠性。同時工程類比應(yīng)與理論分析相結(jié)合，以工程實(shí)測規(guī)律為依據(jù)。
(7)要做好實(shí)時監(jiān)測和預(yù)測預(yù)報工作，實(shí)現(xiàn)對施工過程的有效監(jiān)控。通過實(shí)時監(jiān)測和預(yù)測預(yù)報，可實(shí)現(xiàn)對施工過程的有效監(jiān)控，從而可使凍結(jié)鑿井施工更加安全可靠，施工工藝參數(shù)更趨合理。
2快速強(qiáng)化凍結(jié)設(shè)計程序和設(shè)計內(nèi)容
根據(jù)快速強(qiáng)化凍結(jié)設(shè)計原則，結(jié)合深厚沖積層凍結(jié)鑿井工程設(shè)計與施工經(jīng)驗(yàn)，提出了有別于常規(guī)的快速強(qiáng)化凍結(jié)動態(tài)設(shè)計方法；其設(shè)計程序和設(shè)計內(nèi)容如下：
(I)收集和分析設(shè)計基礎(chǔ)資料。包括井筒地質(zhì)資料，井筒設(shè)計參數(shù)，凍結(jié)和掘砌工期要求，以及地層條件類似的凍結(jié)井筒施工經(jīng)驗(yàn)等。
(2)分析凍結(jié)設(shè)計需要解決的主要問題，制定凍結(jié)施工方案總體設(shè)計思路，選擇關(guān)鍵凍結(jié)工藝。
(3)確定凍結(jié)設(shè)計基本參數(shù)。主要包括凍結(jié)深度，凍結(jié)方式，供冷方式，凍結(jié)（未完，下一頁）
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