地铁隧道工程中冻结技术应用分析

地铁隧道工程中冻结技术应用分析摘要：地铁隧道工程流砂地层中盾构进洞中采取了地层冻结技术，这区别与传统对流砂地质层的处理方法。其主要的成功点就在于解决了洞门区域地层的封闭加固问题。本文还对地铁隧道工程中地层冻结技术的最终效果进行了分析，指出了其可靠性和优点。

关键词：地铁隧道；地层冻结技术；应用分析

中图分类号：u45 文献标识码：a 文章编号：

冻结技术主要是指在隧道工程的施工过程中，采用了人工制冷的技术，将地层中所含的水从液态转化成固态，即将水冻结成为冰，以便增强其稳定性，从而实现工程与地下水之间的联系，从而以便于地下工程掘砌施工。此项技术的实质就是通过人工制冷达到改变岩土性质的目的。冻结壁仅仅是临时的支护结构，停止冻结以后，结构壁融化。该项技术主要是利用了物质由液态转化成气态过程中的气化过程的吸热来实现的，其制冷的主要材料是氨。

一、冻结法施工工艺步骤

地铁隧道工程的制冷技术主要包含有以下几个步骤。首先是安装冻结站，冻结站主要的设备组成包含有冷凝机、节流阀、压缩机、蒸发器、盐水循环系统和中间冷却器等。然后是冷结管的施工，这主要是钻冻结孔，将冷结站与不同冷洁孔中的冷结器相连接并形成一个系统。接着是冻结，冻结壁会从冻结管向外扩张，最终实现冻结管周边的冻结柱最终连成一片的时候，地层的地表温度就会随着

冻结时间的加长而越来越低，冻结壁的强度也会相应地加强，最终让地层的温度达到设计时所需要的温度的时候，该阶段就可以结束。再者就是要对冻结壁进行维护，主要操作就是要不断地补充地层的冷量，最终实现地层温度的相对稳定。最后一个步骤就是解冻，当永久结构和地层挖掘结束以后，将冷冻管拔出以后就可以实现解冻。

二、地铁隧道工程中冻结技术在工程中的应用

某地铁隧道采用了土压平衡盾构，8.10米的盾构直径。其盾构进洞的空门口的地质主要成分为砂性土，其主要的特点是含水量大，透水性和水压大。在暴露扰动的情况下容易产生液化的现象，这就给工作立井进入隧道前的混凝土地下连续墙的构建带来了很

大的困难。因为构盾进洞口要承受附近土层所产生的水压和地压，所以容易造成涌砂或者是流砂现象，严重的情况下下可能会造成土体坍塌。

采取的解决方式是对混凝土地下连续墙的的外侧进行加固，但是以往的深层搅拌加固法或者注浆法难以满足流砂地层的要求。该工程在采取注浆法进行加固的措施一个月以后，水平探孔有少量的水渗流。在洞口开凿的过程中，出现了流砂涌入洞门中心和两侧的现象，所以洞口的开凿工作被迫停止。最后通过对工程方案的对比，采用了冻结技术对注浆区进行再加固。

冻结站的运转时间和效果表

冻结的主要方式是对工作近附近的土层采用人工地层冻结技术进行封闭加固。在隧道圆形设计断面和盾构进洞口的3—4米的范围内，用冻结器进行钻铺，对地层的温度降低，使地层中所含的水分变成冰的状态，土颗粒和冰就形成了冻结的连接体，这样就可以有效地防止沙涌和涌水的现象。其方案主要是在盾构推进断面的上下各4米的范围内，采用单排垂直全深冻结方式。在盾构推进断面左右两侧各3.5米的范围内设置冻结孔，其间距为400毫米，在冻结结束以后直接拔出冻结管。

最终工程的效果明显，洞门钢筋混领土强的冻结土未出现渗水现象，封水的效果很好。这一举措保证了施工人员的顺利进洞和盾构的安全问题。

三、地铁隧道工程中冻结技术的优点和使用建议

地铁隧道工程中采用冷冻技术以后，其主要的优点十分明显，主要表现在首先，冻结技术的使用可以加强冻土层的隔水能力，其抗渗性同时增强，在上文举出的案例中，由于该工程的主要地质为砂性土层，其主要的特点就是含水量比较大，透水性很强，这就为地层的加固施工带来了很大的困难。而采用冻结技术以后，使地层工程性质发生了很大程度上的改变，将砂性土层中的水变成了冰，冰与土壤一起形成了冻结连续体，这样就使冻结加固区没有任何的缝隙，从而具备了良好的隔水效果。其次就是连续的墙帷幕和砂层

冻土墙形成了整体的防水体系，在交界面实行的强行冻结，保证了混凝土连续交接处和冻结封闭加固区不产生渗水现象，从而也就避免了洞门两侧沙涌现象的发生。最后在使用了冻结技术以后，融沉和冻胀的现象得以控制，在实施冻结技术以后，工程周围的地表沉降和隆起的现场得以控制，其波动的范围在正负10mm以内。这其中采用的特殊方法主要是间接冻结、局部冻结、跟踪注浆。

这些是在上文举例中主要冻结技术中的表现出来的优点。冻结技术的优点还有，使冻结加固区的范围得以控制和把握，通过对冷媒剂温度的调整和冻结孔位置的调整，可以有效地调整和把握好扩展范围和形状。还有就是使盾构的冻结加固土体受力更加均匀。

四、结束语

本文主要是通过冻结法施工工艺步骤、地铁隧道工程中冻结技术在工程中的应用、地铁隧道工程中冻结技术的优点和使用建议这三个方面介绍了地铁隧道工程中冻结技术。

参考文献：

[1]盾构进出洞采用人工地层冻结法的技术优势和应用探讨国际隧道研讨会暨公路建设技术交流大会 - 2002

[2]软土地层地铁盾构隧道联络通道冻结法施工控制技术研究- 现代隧道技术 - 2004, 41(3)

[3]盾构隧道联络通道冻土帷幕设计计算方法探讨 - 地下空间与工程学报 - 2009, 5(z2)