中部及中南部地区: 大致以黄河为界,北部内蒙古地区为季节性冻土分布区域。黄河流域主要为浅季节性冻土分布,易受温度等环境因素影响。秦岭-淮河
中部及中南部地区:
大致以黄河为界,北部内蒙古地区为季节性冻土分布区域。黄河流域主要为浅季节性冻土分布,易受温度等环境因素影响。秦岭-淮河线至珠江以北区域主要是短时冻土分布区。
1.1.3 冻土力学性质
在冻土施工技术研究方面一直比较受关注的是冻土强度。由上文的分析可知,冻土在冻结状态下的强度很高,要高于普通干土体和冰晶体。.依据相关测量数据可知,冻土的强度为其对应融化后土体强度的1000%以上。土体的含冰量,土体的类型和种类都会影响冻土的强度特性,因此在实际施工中要对所施工土体进行检测,以确定实际数据,设计并采用合适的施工方案。
当土壤被施加较小的载荷(受力)时,主要的力学表现受到含水量影响较大;含水量小,土体内部有较少的水体凝固成冰,冻土的强度表现的比较稳定,对温度变化相对不敏感。而当加载较高时,土体内部冰晶体与土体的相互连接遭到破坏,冻土的力学性质可以通过土体内部土壤分子的相互作用计算。冻土作为含有固、液、气体的多相体系,其性质较为复杂,总体力学性质受到多种因素影响,在分析时需要具体考虑,实际研究中经常通过三轴压缩实验测得土体相关强度性质。
由于冻土内部冰晶体与土体结合、液态水体的存在以及外界温度的影响,若只对某一种要素单独研究建立理论必定会得出误差较大的结果,因而很难使用一种简单的模型描述冻土的力学特性。因此相关方面的研究也多停留在实测数据进而加以理论描述的程度,在冻土研究领域有着大量经验公式。笔者认为,可以通过国际范围的研究合作,对不同类型的冻土样本进行测量分析,之后各方加强协作与沟通,分享实测数据,构建冻土数据库和 针对不同要求、不同物理量的理论分析模型,以此可以大大方便施工的开展以及相关研究的跟进。
1.2 冻土挖掘技术概览
冻土的挖掘技术主要可以分成破碎开挖以及融化后挖掘两类开挖思路:
1.2.1 破碎开挖法
破碎开挖发法具体有:
爆破法开挖:
爆破法是使用雷管或炸药对土体进行爆破,破坏土体结构,使得冻土碎裂成块状或碎屑颗粒,之后进行挖掘和清理工作。爆破前需要在冻土内放置装药口,其位置与深度视冻土层的厚度而定。该方法一般适用于整块的、大片的冻土区域施工,对冻土层较厚的冻土区域可以采用深口埋药爆破的方法。虽然爆破法有见效快效率高的优点,但爆破本身具有极大的危险性,因而在实际生产生活中使用范围并不广泛。
人工法开挖:
即使用锤子、长柄铁锹等工具,通过人力对冻土区域进行施工。人工挖掘冻土一般只在挖掘小块、冻土层较浅的冻土区域时采用,该方法劳动量大,施工时间长,但适用性较广,不受施工环境制约。
机械法开挖:
即使用动力挖掘机械对冻土区域进行挖掘作业。常用的挖掘机械包括盾构机、铣挖机、推土机和普通挖掘机等。针对不同厚度不同种类的冻土土体需要选用适当的挖掘机械进行施工。对于深度较厚的冻土层,可以先使用打桩机械、冲击镐、松土机等对土层进行破碎,之后再进行挖掘施工,以盐延长机械使用寿命,提高工作效率。
1.2.2 融化开挖法
融化开挖法即首先采用适当方法将冻土融化,之后对融土进行挖掘施工。该方法避免了对强度较大的冻土的直接挖掘,有效的降低了施工难度,但冻土融化所需能量较大,也存在相应困难,融化法具体有以下两种:
焖火烘烤法:
焖火烘烤法在冻土表层铺上可燃物进行燃烧。为提高能量利用效率,常常在可燃物燃烧后在其上再堆积一层土壤,使得燃烧能够不起火苗地进行,大大提高了能力利用效率。对于较厚的冻土区域,可反复重复燃烧及挖掘的步骤,以完成施工作业。该方法适用于面积较小、冻土层不深, 且燃烧条件好的地区,缺点是能量消耗大,作业时间长,效率低。