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1 人工冻结法基础理论1

1.1 概述1

1.1.1 人工冻结法的应用现状1

1.1.2 人工冻结法的研究现状5

1.1.3 人工冻结法的特点9

1.1.4 人工冻结法的发展趋势10

1.2 人工冻结制冷原理与设备11

1.2.1 常用的人工制冷方法11

1.2.2 盐水制冷人工冻结系统14

1.2.3 盐水冻结设备15

1.3 人工冻结法制冷设计20

1.3.1 氟利昂制冷系统20

1.3.2 盐水循环系统22

1.3.3 冷却水循环系统26

1.4 冻结壁参数设计计算28

1.4.1 冻结壁厚度与平均温度设计28

1.4.2 冻结壁的形成与解冻30

1.4.3 冻结壁形成有效厚度计算32

1.4.4 冻结壁形成平均温度计算35

2 浅表土人工冻土物理力学性能39

2.1 长江三角洲地区软弱地层简介39

2.2 人工冻土热物理特性40

2.2.1 土体起始冻结温度40

2.2.2 导热系数43

2.2.3 比热容47

2.2.4 导温系数48

2.3 人工冻土冻胀融沉特性48

2.3.1 土体冻胀基本理论与试验方法48

2.3.2 土体冻结过程中的水分迁移50

2.3.3 不同因素对土体冻胀特性的影响54

2.3.4 土体融沉基本理论与试验方法58

2.3.5 不同因素对土体融沉特性的影响60

2.4 人工冻土强度特性66

2.4.1 冻土应力-应变关系66

2.4.2 冻土单轴抗压强度特性68

2.4.3 冻土三轴剪切强度特性72

2.4.4 冻土抗折强度特性79

2.5 人工冻土蠕变特性83

2.5.1 蠕变试验设备与方法83

2.5.2 蠕变曲线特征及其蠕变参数83

2.6 人工冻土动力学特性85

2.6.1 动力参数测试方法85

2.6.2 冻土动应力-应变关系86

2.6.3 冻土动力学基本参数88

2.6.4 冻土声波特性90

2.7 人工冻土接触面剪切特性94

2.7.1 人工冻土剪切试验设备94

2.7.2 人工冻土与结构接触面单剪特性96

2.7.3 人工冻土与结构接触面循环剪切特性97

3 人工冻结数值模拟理论与方法100

3.1 冻结温度场数值模拟理论与方法100

3.1.1 温度场基本概念100

3.1.2 温度场数值模拟基本理论101

3.1.3 温度场计算流程111

3.2 位移场数值模拟理论与方法111

3.2.1 冻融土体的应力应变关系112

3.2.2 冻胀位移场数值模拟理论与方法114

3.2.3 融沉位移场数值模拟理论与方法118

3.3 ADINA软件在人工冻结数值模拟中应用121

4 盾构始发与接收端头人工冻结加固技术与应用128

4.1 盾构始发与接收端头加固方式比选128

4.2 盾构始发与接收端头加固范围确定128

4.2.1 化学加固范围确定129

4.2.2 水平杯型冻结加固范围确定134

4.3 盾构始发与接收端头冻结加固设计与施工140

4.3.1 冻结设计一般规定140

4.3.2 水平杯型冻结设计与施工141

4.3.3 垂直冻结设计与施工150

4.4 盾构始发与接收端头冻结加固数值模拟155

4.4.1 水平杯型冻结温度场数值模拟155

4.4.2 水平杯型自然解冻温度场数值模拟163

4.4.3 水平杯型强制解冻温度场数值模拟166

4.4.4 水平杯型融沉位移场数值模拟172

4.5 大直径盾构隧道端头冻结加固工程实例179

4.5.1 工程概况179

4.5.2 盾构始发重、难点180

4.5.3 盾构接收方式与技术181

4.5.4 冻结加固方案185

4.5.5 实测方案185

4.5.6 实测结果分析187

5 地铁联络通道人工冻结施工技术与应用195

5.1 联络通道加固与开挖方法及对比分析195

5.1.1 联络通道明挖法195

5.1.2 联络通道暗挖法195

5.1.3 联络通道竖井暗挖法196

5.1.4 各种工法技术经济分析比较197

5.1.5 联络通道加固措施198

5.2 联络通道人工冻结设计与施工199

5.2.1 联络通道冻结设计199

5.2.2 联络通道冻结加固施工209

5.3 联络通道冻结加固实例214

5.3.1 工程概况214

5.3.2 冻结加固方案215

5.3.3 测点布置216

5.3.4 数值模拟与实测结果分析218

5.4 联络通道冻结加固敏感因素分析223

5.4.1 不同因素对冻结温度场的影响223

5.4.2 不同因素对冻胀位移场的影响224

6 盾尾刷渗漏防治技术228

6.1 盾尾渗漏与防治技术分析228

6.1.1 盾尾渗漏原因分析228

6.1.2 盾尾渗漏预防措施231

6.1.3 盾尾渗漏封堵技术分析233

6.2 盾尾刷更换止水方案比选233

6.2.1 化学注浆止水234

6.2.2 冻结法止水234

6.2.3 止水方案对比分析237

6.3 盾尾刷更换冻结止水方案设计与施工240

6.3.1 水土压力计算240

6.3.2 冻结加固体厚度确定240

6.3.3 冻结参数设计241

6.3.4 测温系统布置245

6.3.5 强制解冻设计245

6.3.6 盾尾刷更换条件245

6.3.7 盾尾刷更换冻结施工工艺245

6.4 盾尾刷更换液氮冻结温度场数值模拟研究246

6.4.1 计算说明246

6.4.2 管片直接打孔有限元计算结果分析247

6.4.3 管片直接打孔冻结温度场影响因素分析250

6.4.4 预制冻结管有限元模型计算结果分析253

6.5 液氮冻结人工强制解冻温度场数值分析257

6.5.1 计算说明257

6.5.2 人工强制解冻温度场影响因素敏感性分析257

6.6 工程应用261

6.6.1 工程概况261

6.6.2 冻结方案设计262

6.6.3 液氮冻结施工工艺264

6.6.4 温度场实测分析266

7 水泥土加固抑制冻胀融沉技术272

7.1 冻结水泥土热物理特性272

7.1.1 水泥土起始冻结温度272

7.1.2 水泥土导热系数、容积热容量274

7.2 水泥土冻胀、融沉特性276

7.2.1 水泥土冻胀特性276

7.2.2 水泥土融沉特性281

7.2.3 水泥土冻融前后压缩性282

7.3 冻结水泥土强度与蠕变特性284

7.3.1 冻结水泥土单轴抗压强度284

7.3.2 冻结水泥土抗折强度289

7.3.3 冻结水泥土蠕变特性290

7.4 盾构端头垂直冻结水泥土加固数值模拟研究292

7.4.1 工程背景292

7.4.2 计算说明293

7.4.3 数值模拟结果分析295

7.4.4 人工垂直冻结水泥土改良法工艺参数研究303

8 人工冻结法施工监测技术311

8.1 监测项目及方法311

8.1.1 冻结孔及冻结管质量控制311

8.1.2 温度场监测312

8.1.3 冻结压力监测316

8.1.4 变形监测317

8.1.5 其他监测项目320

8.2 信息化监测322

8.2.1 信息化监测微机管理软件322

8.2.2 监测信息化发展323

8.3 不同冻结工程的监测要求324

8.3.1 盾构端头冻结法加固监测324

8.3.2 联络通道冻结法监测要求325

8.3.3 盾尾刷更换冻结止水监测328

9 特殊地下工程人工冻结法应用330

9.1 薄富含水层隧道矿山法施工工程330

9.1.1 工程背景330

9.1.2 冻结止水方案331

9.2 车站出入口矩形水平冻结加固工程332

9.2.1 工程背景332

9.2.2 全断面注浆管棚与矩形水平冻结联合加固方案333

9.3 南水北调穿黄工程退水洞336

9.3.1 工程背景336

9.3.2 冻结方案336

9.4 液氮抢险、灾害修复工程337

9.4.1 液氮抢险工程337

9.4.2 液氮修复工程339

参考文献344