정의 편집
동결법은 특수한 암토공사 방법으로 정의되었다. 인공냉방을 이용하여 지하공간 주변 토체의 물을 얼음으로 얼려 토양과 접착시켜 동토벽이나 폐쇄된 동토체를 형성하여 토압에 저항하고 지하수를 차단하고 동토벽의 보호 아래 지하공사 공사를 진행하며 샤프트 공사에 자주 쓰인다.
냉동법의 기본 원리
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동결기술은 인공냉방기술을 이용해 지층의 물을 동결시켜 천연암토를 동토로 만들고 강도와 안정성을 높이며 지하수와 지하공사의 연계를 차단하여 동결벽 보호 아래 지하공사 발굴과 시공을 하는 특수공사기술이다. 그 본질은 인공냉방을 이용하여 암토의 성질을 일시적으로 변화시켜 지층을 강화하는 것이다. 동결된 벽은 임시 지지 구조입니다. 영구 지지가 형성된 후, 동결이 멈추고, 동결된 벽이 녹는다. 암토공학 냉동 기술은 보통 물질을 이용하여 액체에서 기체로 변하는 흡열 현상, 즉 기화 과정을 이용하여 완성된다. 냉동 시스템의 대부분은 암모니아를 냉공질로 사용한다. 암모니아를 액체에서 기체로, 그리고 기체에서 액체로 바꾸기 위해 전체 냉각 시스템은 암모니아 순환계, 염수순환계, 냉각수 순환계의 세 가지 순환으로 이루어져 있다.
냉동법은 다음과 같은 장점이 있다.
(1) 지하수를 효과적으로 격리시킨다.
(2) 적응성이 강하여 지층 조건에 거의 구애받지 않는다 (저수성 지층 제외).
(3) 유연한 건설;
(4) 녹색 건설, 무공해;
(5) 복잡한 지층에서 건설 경제가 합리적이다. [1]
냉동시공법
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샤프트가 굴착되기 전에, 바닥에서 주변으로부터 일정한 거리에 있는 동심원을 따라 같은 간격으로 구멍을 뚫고, 구멍 바닥이 불 침투성 층으로 깊숙이 들어간 다음, 각 구멍에 매끄러운 강관으로 만든 하단 끝의 폐쇄된 동결 파이프를 가라앉힙니다. 냉방장비를 바닥에 설치하고 암모니아 (NH3) 를 냉매로 냉방제 염화칼슘 (CaCl2) 용액 (일반적으로 소금물로 알려짐) 을-20 ~-30 C 로 식히고 순환펌프와 냉동관에 깊이 삽입된 PVC 공급관으로 소금물을 냉동관으로 보냅니다. 저온염수는 오랫동안 튜브 밖의 열량을 지속적으로 흡수하여 주변 지층을 동결한다. 지층 열을 흡수하면 소금물 온도가 상승하고 순환펌프의 작용으로 순환관을 통해 냉매와 접촉하여 다시 냉각된다. 암모니아는 원래 액체였는데, 감압이 증발할 때 소금물의 열을 흡수한 다음 응축 후 액화를 압축하여 파이프에서 재활용한다. 각 동결 파이프 주위에 형성된 동토 원통의 지름은 시간이 지남에 따라 증가합니다. 이러한 원통은 서로 연결되어 토양 압력을 견디고 지하수를 차단할 수 있는 촘촘한 밀폐된 동토벽을 형성합니다. 또한 보호 아래 지층을 발굴하고 정렬을 건설합니다 (그림 참조).
응고법
응고법
동결법으로 시공할 때는 시공 진도, 필요한 동토벽 강도 및 굴착 순서에 따라 동토벽의 두께, 동결된 파이프 그룹의 간격과 행 수, 길이, 동결 순서 및 해동 순서를 결정하여 필요한 동결 설비를 선택해야 합니다. 공사 중에는 온도 측정 방안과 측정점도 마련해야 한다. 측정 결과에 따라 연속 또는 간헐적 냉각을 통해 동토벽을 동결시킵니다. 지층이 동결될 때의 팽창과 해동 시의 침몰을 동시에 연구하여 측정 방법과 대책을 미리 제정하였다. 또한 지하구조를 건설할 때는 -5 ~- 10℃ 부근의 동결면에 콘크리트를 부어야 하므로 저온조강콘크리트를 사용하는 것이 좋다. 그렇지 않으면 히터를 매설하거나 인슐레이션을 깔아 동토벽이 콘크리트에 미치는 영향을 줄여야 한다. 지하 건축물이 준공된 후, 동결된 지층은 균일하고 지속적으로 해동해야 한다. 깊고 작은 지하 공사에 대해서는 소금물 공급을 중지하고 자연적으로 해동할 수 있다. 매장 깊이가 크면 공급 온도가 점점 높아지는 소금물이 인공 해동된다. 또한 각국은 액화 가스 증발 냉각을 사용하고 있다. 동결할 때는 가스통으로 액질소를 시공현장으로 운반해 동결관에 직접 주입하기만 하면 되므로 시공현장 설비는 간단하지만 액질소 사용이 안전하지 않아 위험성이 있다는 단점이 있다.
동결법은 느슨하고 불안정한 충적층과 갈라진 틈 발육의 수분 지층뿐만 아니라 진흙, 연진암, 수분 포화도, 수두가 매우 높은 지층에도 적용된다. 토양 수분 함량이 적거나 지하수 유속이 상당히 큰 곳에는 적용되지 않는다. 1883 년 독일은 먼저 냉동법으로 샤프트를 팠고, 이후 벨기에 네덜란드 영국 폴란드 소련 미국 캐나다 등도 주로 이런 방법으로 샤프트를 뚫었다. 최근 30 년 동안 동결법은 광산 갱도 공사에서 광범위하게 적용되었을 뿐만 아니라 지하철역과 에스컬레이터 경사 터널, 지하동, 교각의 깊은 기초 공사에서도 광범위하게 적용되었다. 우리나라는 1955 년 가롄린시 탄광이 처음으로 이 방법을 채택하여 풍정을 뚫은 이후 1982 년까지 이미 풍정 190 여 구를 뚫어 누적 동결 깊이가 30,000 여 미터, 최대 동결됐다.