我国冻结法施工技术及其发展
隧道施工中的冻结法与冻结技术
隧道施工中的冻结法与冻结技术隧道施工是现代城市建设中不可或缺的一环。
为确保施工过程中的安全和高效，各种施工方法和技术被不断探索和应用。
本文将重点介绍隧道施工中的冻结法与冻结技术。
冻结法是一种常见的施工方法，适用于软弱的土层、湿润的土壤或需要减少水流量的地下工程。
冻结法主要依靠冻结地层来形成临时支撑，确保施工区域不坍塌。
在隧道施工中，冻结法通常分为两种：直接冻结法和间接冻结法。
直接冻结法是将低温冷液注入到地下，通过地热传导使土壤温度迅速下降，形成冷冻带。
这种方法在施工过程中可以提供坚实的工作面，有效控制水流和土壤的塌方。
多年来，直接冻结法在各类隧道施工中被广泛应用，如地铁隧道、水利工程等。
间接冻结法则是通过为空气或低温液体进行冷却，而不将冷液直接注入地下。
间接冻结法的优点是可以减少对周围环境的影响，并且能够更好地控制冷却速度和范围。
然而，由于需要对冷却设备和管道进行布置，间接冻结法的成本相对较高。
除了冻结法外，冻结技术也在隧道施工中发挥重要作用。
冻结技术主要通过控制和利用地下水的冻结状态来实现隧道施工的稳定和安全。
其中，最常用的冻结技术包括冷却井冻结、屏幕冻结和管状冻结。
冷却井冻结是一种通过在施工区域周围钻探和排列冷却井，将冷却液注入地下，使邻近土层冷却并形成冻结带的技术。
这种技术适用于较深的施工区域，可以提供稳定的工作面和高效的施工环境。
屏幕冻结则是通过在土层中钻孔并注入冷却液，形成冷却屏障来控制水流。
屏幕冻结常用于需要临时封堵水源的地下工程，如地铁隧道和隧道底板。
管状冻结是一种将冷却液通过管道注入地下，形成管状冷冻体的技术。
管状冻结可以形成坚固的冷冻带，提供稳定的支撑和环境，适用于较大规模的隧道施工。
隧道施工中的冻结法和冻结技术在保障施工过程中的安全和高效方面发挥着重要作用。
通过冻结地层或控制水流，这些方法和技术能够提供稳定的工作面、减少地层塌方的风险，并有效控制水流和地下水位。
总之，隧道施工中的冻结法与冻结技术在现代城市建设中扮演着重要角色。
冻结法施工技术
冻结法施工技术嘿，朋友们！今天咱来聊聊冻结法施工技术。
这玩意儿可神奇啦，就好像给大地施了个魔法，让它乖乖听话。
你想想看，那泥土本来松松软软的，要在上面搞建设可不容易，一个不小心就塌啦陷啦。
可冻结法施工技术一来，就像给泥土穿上了一层坚硬的冰铠甲。
这层冰铠甲可厉害啦，能让泥土变得坚固无比，就跟石头似的，咱就可以在上面放心大胆地施工啦。
它是怎么做到的呢？其实就是利用一些特殊的设备和材料，把泥土里的水分给冻成冰。
这就好比冬天的时候，水会结成冰一样。
只不过这个过程是咱人为控制的。
这可需要技术和经验呢，可不是随随便便就能弄好的。
比如说吧，你得知道用什么温度去冻，温度太高了不行，冻不起来；温度太低了也不行，容易把其他东西也给弄坏了。
而且还要掌握好时间，冻的时间短了不结实，长了又浪费资源。
这就跟做饭似的，火候和时间都得恰到好处，才能做出美味的菜肴。
还有啊，冻结法施工也不是一劳永逸的。
在施工过程中，你还得时刻注意着这层冰铠甲的情况。
要是它有一点点松动或者融化的迹象，那可得赶紧采取措施，不然可就麻烦啦。
这就好像你穿了一件新衣服，得小心呵护着，别给弄脏弄破了。
再说说这冻结法施工技术的好处吧。
它能让一些本来很难施工的地方变得容易起来。
比如说在地下水位高的地方，或者是地质条件复杂的地方，用了它，就能大大提高施工的安全性和效率。
这可真是帮了大忙啦！而且啊，它还很环保呢。
比起其他一些施工方法，它不会产生那么多的废弃物和污染。
这多好啊，既干了活，又保护了环境，一举两得。
不过呢，任何事情都有两面性，冻结法施工技术也不例外。
它的成本可不低啊，那些设备和材料都不便宜。
而且要是操作不当，还可能会出现一些问题，比如冰铠甲突然破裂啦，那可就糟糕啦。
但咱不能因为这些就否定它呀，就像咱不能因为走路可能会摔跤就不走路了吧。
只要咱认真学习，掌握好技术，这些问题都是可以避免的。
总之呢，冻结法施工技术是个很有用的东西。
它就像一把神奇的钥匙，能打开很多施工难题的大门。
冻结法施工讲解
氨循环 在制冷过程中起主导作用。为了使地热传递给冷却水再 释放给大气，必须将蒸发器中之饱和蒸汽氨1压缩成为 高压高温的过热蒸汽氨2，使与冷却水产生温差，在冷 凝器中将热量传递给冷却水（等压），同时过热蒸汽氨 冷凝成液态氨3，实现气态到液态的转变。液态氨经节 流阀高压液态氨变为低压液态氨4（等焓），进入蒸发 器中蒸发，再吸收其周围盐水中之热量(地热)变为饱和 蒸汽氨，周而复始，构成氨循环系统。
以上四项称为一级压缩制冷系统的四个热参数。
1.2、实际制冷能力பைடு நூலகம்算
三大循环与实际循环过程有一定差异。在氨循环中，压 缩并非等熵过程。冷凝和蒸发过程与环境之间有温差，非 等压且是不可逆过程。节流过程也并非可逆过程。同时， 由于汽缸余隙，制冷工质存在着流量和压头损失。因此， 实际压缩功大于理论功，实际输气量小于汽缸理论容积。
(如软土、含水不稳定土层、流砂、高水压及高地压地层)条 件下冻结技术
有效、可行； (3) 灵活性好，可以人为地控制冻结体的形状和扩展范围，必要时可以绕 过地下障碍物进行冻结； (4) 可控性较好，冻结加固土体均匀、完整； (5) 经济上较合理。
三、冻结法凿井原理
立井冻结凿井是利用传统的氨循环制冷技术来完成的 。它是在井筒开挖之前，用人工制冷的方法，将井筒周围 含水地层冻结成一个封闭的不透水的帷幕------冻结壁， 用以抵抗地压，水压，隔绝地下水与井筒之间的联系。而 后，在其保护下进行挖砌施工。
1、冻结法的实质： 利用人工制冷临时改变岩土性质以固结地层。 2、冻结法的特点： 能有效隔绝地下水；适用性强，几乎不受地层条件限制； 灵活性好；污染性小；经济合理。
我国深厚冲积层冻结法施工研究现状及其发展
初步探 索 ， 取得 了一定 成效 ， 并 泉店矿 、 程村矿 、 济
西矿 、 五桂桥 矿 、 涡北 矿 、 湖矿 、 薛 赵楼矿 等深井 冻 结］ 程相继 竣 １ 对冻结设 计和施 工有很 好 的参 考 －
法 。我 围的冻 结法 凿井经历 了引进 探索 、改进 推
广、 完善提 高 的发 展 过 程 ， 冻结 深 度 南浅 变深 ， 冻 结 主要地 层 由第 四系延 深到第 系 ，冻结控 制地 ｔ
壁 压坏 现象 ； 涡北 矿 、 湖矿 、 薛 赵楼 矿 的冻 结段 施
工速度 较快 ， 但存在 冻结 管断裂 、 外层井壁 压坏 以 及分段 套 壁问题 ，例如涡 北风井 和薛湖风 井分 别 断 冻结管 ８ 、 和外层 井壁 出现不 同程 度 的压 根 ３根 坏现 象 ，薛 湖主井 和赵楼 主井在 深部粘 土层 中出 现 片帮 、井壁下 沉压裂等 现象而 改用分 段套壁 施 丁丁 艺 ， 管单月 掘砌速度 较高 ， 尽 但成井 速度 上不
和４ １ｍ：０ ２年 开 工 的 程村 主 副 井 、济 西 主副 ６ ２ ０
２ 冻 结壁 施 工 技 术研 究 现 状
冻结壁 是冻结 工程 的核心 ， 强度 和稳定 性 ， 其 关 系到工程 的成败 与经 济效益 。 研 究表 明 ．冻 结壁变 形过大 是造成 以上 工程 问题 的关键 因素 之一 ］ 冻结 壁 的允 许变 形除 了 。 受外 载 、 土性 、 温度 和厚度 的影 响 外 ， 还受 冻 结管 变形 能力 和井 壁支护 抗 力 的影响 Ｉ。在 人工 冻结 ２ ］ 工程实 践及 实测 中 。发现 深井 冻结凿井 的技 术 问 题往往 发生在 深部粘 土层 。该类 土层冻 结壁 扩展 速度慢 、 冻结 壁强度 低 、 变特征 显著 ， 蜕 变形 大 ， 易
浅谈城市地下工程冻结法施工技术
浅谈城市地下工程冻结法施工技术城市地下工程冻结法施工是通过运用人工制冷的技术手段，将待施工区域周边的不稳定含水岩土层冻结，将其变成封闭的冻结墙壁，从而将地下水隔绝，提高岩土的稳定性和强度，有效避免地下水给地下工程施工带来的不利影响，从而保证地下工程施工的安全性，对于城市地下工程的建设有着重要意义。
一、城市地下工程冻结法施工技术概述（一）冻结法施工技术的基本原理在地下工程中，天然土体受其自身性质影响，在强度、稳定性以及隔水能力等方面都会或多或少的存在一定不足，冻结法施工技术能够在很大程度上对这些问题进行改善，其基本原理是通过在地下工程周边的土层上开挖钻孔，然后通过人工制冷技术，利用开挖的钻孔来对土层制冷，将土体中的自由水变为结晶水并与土体颗粒发生胶结，使其成为一个封闭的结构，把地下水隔绝在外的同时，提高土体的强度和稳定性，提高对周边岩土压力的抵抗能力，从而保证地下工程开挖施工的安全[1]。
冻结法施工技术是一个物理力学变化的过程，其冻土结构的形成可分为5个阶段，具体内容为：（1）冷却阶段：在冷冻开始阶段，土体温度由正常向冰点逐渐降低；（2）过冷阶段：土体的温度降低到0℃以下，自由水表现出过冷现象，但没有结冰；（3）突变阶段：在过冷后，自由水发生结晶而产生散热升温现象；（4）冻结阶段：土体的温度上升并稳定在0℃附近，水体开始结冰并与土壤颗粒胶结，最终形成冻土；（5）强化阶段：在制冷条件下，冻土持续冷却，其强度不断提高。
（二）冻结法施工技术的优缺点1.冻结法施工技术的优点首先，冻结法施工可以提高土体的抗渗透能力，有效将地下水隔绝在外，对于含水率过高、松散和稳定性差的地下土层施工有着重要作用；其次，污染性小，冻结法施工仅是通过降温来改变土体的强度，在此过程中并没有杂物进入土壤，也没有改变地层的成分，不会对周围环境形成污染，且施工过程噪音较小，在施工完成后冻土融化也不会给地下工程结构造成影响；第三，在地下工程的桩基础或者其他平行工艺施工过程当中，利用冻结施工技术，能够有效缩短施工周期。
冻结法的发展和基本原理
冻结法的发展和基本原理摘要：冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁的保护下进行井筒或地下工程掘砌施工的特殊施工技术。
关键词：冻结法，制冷，施工冻结法起源于天然冻结。
由于人工制冷技术的发展和应用，产生了工程冻结。
1862年英国南威尔士在建筑基础施工中，首先使用了人工制冷加固土壤。
1883年德国工程师波茨舒，在德国阿尔巴里得煤矿，用冻结法开凿了深度为103米的井筒，获得了冻结法凿井技术专利。
之后，该项技术传播到世界上许多国家。
苏联从1928年开始使用冻结法，至今采用冻结法凿井数目已经超过400个，成为当今世界采用冻结法凿井规模最大的国家之一。
冻结深度是冻结法凿井施工技术高低的一个重要标志。
我国于1955年在开滦林西风井开始使用冻结法凿井，井筒净直径5米，冻结深度105米。
此后，冻结法凿井技术逐渐推广到东北，华北，华东，中南地区。
至1990年，冻结凿井数目约300个，累计冻结井筒深度50km，最大冻结深度435m。
我国已经是世界上用冻结法凿井穿过表土层最厚的国家之一。
自1992年起，冻结法工艺被广泛应用于城市地铁工程施工中。
1冻结法凿井原理立井冻结凿井是利用传统的氨循环制冷技术完成的。
它是在井筒开挖之前，用人工制冷的方法，将井筒周围含水地层冻结成一个封闭的不透水的帷幕—冻结壁，用以抵抗地压，水压，隔绝地下水与井筒之间的联系。
而后，在其保护下进行掘砌施工。
为形成冻结壁，首先在欲开挖井筒周围打一定数量的冻结孔，孔内安装冻结器。
冷冻站制出的低温盐水（-25至-35），经去路盐水干管，配液圈到供液底部，沿冻结管和供液管之间的环形空间上升到回液管，集液圈，回路盐水干管至蒸发器，形成盐水循环。
低温盐水在冻结器中流动，吸收其周围地层热量，形成冻结圆柱，冻结圆柱逐渐扩大并连接成封闭的冻结壁，直至达到其设计厚度和强度为止。
通常将冻结壁扩展到设计厚度所用时间称为积极冻结期，而将维护冻结壁的期间称为消极冻结期。
我国冻结工程技术现状及发展趋势
２ 快 速 强 化 冻 结设 计 程 序 和 设 计 内容
根据 陕速强化冻结设计原则 ． 结合深厚冲积层冻结凿井工程设计 与施工经验 ． 提 出了有别 于常规的快速强化 冻结动态设计方法 ： 其设 计程序和设计 内容如下 ： （ １ ） 收集和分析设 计基础资料 。包括井 筒地质资料 ， 井 筒设计参 数， 冻结和掘砌工期要 求 ， 以及地层条件类似的冻结井筒施 工经验 等。 （ ２ ） 分析冻结设计 需要解决的主要 问题 ． 制定冻结施 工方案总体 设计思路 ． 选择关键冻结工艺 （ ３ ） 确定冻结设计基本参数 。 主要包括冻结深度 ， 冻结方式 ， 供冷方 式， 冻结管直径 ， 盐水温度 ， 盐水 流量 ， 冻结壁设计控制层位 ， 井筒开挖 时间 ． 掘砌施工至控制层所需时间 ， 掘砌施工段高和井帮暴露时间等。 （ ４ ） 按有关规定和施工经验 ， 初 步确定控制层位的井帮温度 、 井帮 １ 快 速 强化 冻 结 设 计 目标及 设 计 原 则 位移 和冻结孔钻进精度等指标。对 于砂性地层 ， 可以不给 出井帮位移 控制值 ， 但应给 出冻结壁允许 出现的塑性 区范 围。同时为防止发生严 快速强化冻结设计 目 标与安全 、 优质 、 快速 、 高效施工 的工程总 目 重片帮 ． 对井筒浅部井帮温度也要提 出控制值 标是一致的 从价值工程 的观点来讲 ． 就是要 用最少 的资源投入来实 （ ５ ） 计算深部主要控制层 的冻结壁有效厚度 。 在冻结孑 Ｌ 未 布置前 ， 现最佳的地层 冻结加 固效果 。但在实际工程中 ． 由于地层和施工条件 按盐 水温度 、 井帮温度 、 冻结孔最 大间距 、 冻结时 间等设计 控制参数 ， 的不同 ， 对冻结设 计与施 工的要求也不同 如深厚粘 土层应重点解 决 初步确定冻结壁平均温度 冻结管断裂 和外层 井壁压 坏等疑难技术 问题 ： 地 层条件较好 时 ． 应重 （ ６ ） 布置冻结 孑 Ｌ ． 包括冻结孔布置圈径 、 各层位冻结孑 Ｌ 设计 最 点解决降低冻结施工费用 和提高井筒掘砌速度等问题 对于一个冻结 大孔间距和向内及 向其他方 向的允许偏斜等 其 中主冻结孔布置参数 井简工程项 目来说 ． 冻结设计 的最佳 目 标就是将解决冻结 施工技术难 主要应依据深部控制层 的冻结壁有效厚度 、 冻结孔 向内偏斜距 离 、 掘 题与降低冻结施工费用和提高井筒掘砌速度更好地统一起来 为实现 砌至控制层 的冻结 时间， 以及 冻结壁扩展速度来 加以确定 ： 如有 防片 这一 目 标， 井筒快速强化冻结设计需遵循 以下原则 ： 帮加强冻结孔 ． 则可按允许偏 斜距 离 、 井 帮温 度要求和冻结壁 向内发 （ １ ） 冻结设计必须 以实现工程总 目标 为核心 ． 既要确保 工程 施工 展速度来加以确定 安全 ， 满足工程质量和工期要求 ， 又要采用经济合理的工艺技术 ． 降低 （ ７ ） 冻结壁形 成的动态校验 。 包括冻结 壁交 圈时问， 冻土进入荒径 施工成本 。 时间 ． 不 同掘进深度或冻结 时间的冻结壁平 均温度 、 井帮温度 和冻土 （ ２ ） 根据不 同的地层条件 与施工要求 ， 采用不同的冻结施 工工艺 进入荒径位置等 如计算 出的井帮温度等与控制值不 符 ． 则应返 回到 由于井筒 地层条件 差异很大 ． 施工要求各不 相同 ． 冻结施工 工艺也应 上一步 ． 对冻结孔布置参数进行调整 必要时可返 回到第 ２ 步． 改变冻 有所 区别 。如在没有深厚粘土层 的冻结井筒 中． 一般就没有必要采取 结工 艺 ． 调整基 本冻结参 数 ； 在条件 允许 的情况 下 ， 还 可改变冻 结时 强化冻结措施。 间 如冻结壁平均温度与计算冻结壁有效厚度时初步取定的值不符 ． （ ３ ） 根据系统工程观点 ， 冻结设计要考虑井壁结构情况 ， 并对井筒 则需返 回到第 ５步 ． 重新进行计算 。 掘砌速度 、 掘进段高与井帮暴 露时间 、 井壁变形特性参数等提出要求 ： （ ８ ）按冻结壁形 成的动态过程分层验算冻结壁的强度和稳定性 。 或者根据掘砌施工要求 ． 对冻结设计参数进行调整。在井筒冻结设计 如不符合控制要求 ． 则 需返回到第 ５ 步， 重新布置冻结孔 ； 或返 回到第 中， 为便于操作 ． 可先按合 同规定 的掘砌 速度和有关规范对 掘进段高 ２ 步． 改变冻结工艺 ． 调整基本冻结参数 。 的要求进行冻结施工参数设计 ： 而后 在井 筒施工 中． 再根 据冻结壁稳 （ ９ ） 供冷系统设计 按照冻结 孑 Ｌ数量 和单孔盐水流量来计算总 定性 和掘砌施工能力 ． 合理调整掘砌施 工速度和掘进段高 盐水流量 ． 按 照冻结 管散热面积来计算冻 结系统总需冷量 ． 根据盐水 （ ４ ） 根据动态控制观点 ， 结合掘砌施工进度 ． 考虑冻结壁发展规律 温度及制冷设备特性参数来确定冷冻机装机容量 ． 最后确定 出冷却水 来 布置冻结孔和评价冻结壁的安全性 。在整个井筒冻结施工过程 中． 用量和进行冻结系统配套设备选 型 冻结壁厚度和温度都是变化的 ： 掘进 到某 一层位时 ． 需要 根据该层位 （ １ Ｏ ） 监测与预测系统设计 监测 内容主要包括冻结系统供冷量 、 的土层特性 和当时 的冻结壁发展状况来判断施工是否安全 这是优化 冻 结器工作 状况 、 冻 结壁温度变 化 、 井帮 温度 ， 以及 冻土进 入荒径位 冻结施工参数以降低施工成本和缩短工期 的基础 ． 也是快速强化冻结 置、 井帮位移和底鼓量等。 预测 内容主要包括试挖预测 、 正式开挖 预测 设计方法 区别于传统冻结设计方法的根本点之一 和掘进过程预测等 （ ５ ） 深厚粘 土层 中经常遇到的冻结管断裂 和外层井壁被压坏 的问 （ １ １ ） 冻结施工方案经济分析与设计优化 。 根据冻结施工方案优化 题主要与冻结壁变形有关 。 因此 ． 在设计冻结壁时 ． 应将控制冻结壁 变 结果 ． 可 以对井筒掘砌施工方法等提出建议 。 一般来说 ， 同一个井简工 形作为主要依据 。但 由于冻结 壁变形是难 以从理论 上进行正确计算 程． 可 以有多个 技术可行 的冻结施 工方案ｌ 冻结施工方案优 化应从 调 的， 因此在冻结设 计 中． 只能根据 以往施 工经验 ． 将冻结管 与井帮距 整关键冻结工艺 和设计基础参数人手 离、 冻土进入荒径量 和掘进时 的井帮温度作为布置冻结孔 和设计 冻结 壁的重要指标。 ３ 结 语 （ ６ ） 由于地层条件 和施 工情况的复杂多变 ， 目前要对冻结壁 进行 通过以上步骤 的反复设计计算 ． 不但可使冻结设计能满足冻结工 精确设计计算是不现实 的 ． 需要借助于工程类比法来 评价设 计方案的 期、 井帮温度 、 冻结壁强度 和稳定性要求 ， 而且可使冻结施工费用降到 可靠性。 同时工程类 比应与理论分析相结合 ， 以工程实测规律为依据 最低 。 冻结设计 中， 将井帮温度作为一个重要 的控制指标 ， 是�
冻结法施工技术
冻结法施工技术，即是利用人工制冷的方法把土壤中的水冻结成冰形成冻土帷幕，用人工冻土帷幕结构体来抵抗水土压力，以保证人工开挖工作顺利进行。
作为一种成熟的施工方法，冻结法施工技术在国际上被广泛应用于城市建设和煤矿建设中，已有100多年的历史，我国采用冻结法施工技术至今也已有40多年的历史，主要用于煤矿井筒开挖施工，其中冻结最大深度达435m，冻结表土层最大厚度达375m。
经过多年来国内外施工的实践经验证明冻结法施工有以下特点：1可有效隔绝地下水，其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的，对于含水量大于10%的任何含水、松散，不稳定地层均可采用冻结法施工技术；2冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，冻土强度可达5-10Mpa，能有效提高工效；3冻结法施工对周围环境无污染，无异物进入土壤，噪音小，冻结结束后，冻土墙融化，不影响建筑物周围地下结构；4冻结施工用于桩基施工或其它工艺平行作业，能有效缩短施工工期。
人工冻结法在南京地铁张府园车站的应用摘要：南京地铁一期工程张府园车站南隧道盾构法施工时，洞门两侧出现大量流砂，附近区域的沉降量较大，为了确保地下管线和地面交通的正常使用和安全运行，在南京首次实施了地下工程的人工冻结法施工。
本文论述了冻结法在该工程中的冻结设计、施工工艺及对周围环境影响等问题和实际取得的效果。
关键词：冻结法,地铁,盾构引言我国冻结法现已成为成熟的凿井施工技术，但在城市岩土工程中的应用还不多。
冻结技术可在地面城市地下工程中的应用范围包括：盾构隧道盾构进墙、深层搅拌桩以及压密注浆对土体进行加固，在凿除洞门钢筋混凝土时发现洞门中心处东、西两侧有流砂涌入，迅速采用双液注浆堵水，过了两天又在有大量流砂涌入，对周围环境产生较大的影响，其中端头井东侧的沉降量增大，东部20 平方米区域下陷1.5 m 左右(图1)。
在这种情况下施工单位及时出洞土体加固、盾构隧道地下或海底对接时土体加采取措施，以保证施工以及周围环境的安全。
现代土木工程施工技术-冻结法施工
2、应用分类 当遇到涌水、流砂、淤泥等复杂不稳定地质条件时采用。 1、软土隧道及地铁； 2、在河下、铁道和其他建筑物下的隧道； 3、桥墩基础； 4、地基托换; 5、矿山及地下工程 6、大直径围岩 7、市政工程中的上下管道及其它
3、冻结施工方案 1、直立和倾斜冻结管交替冻结方案； 2、直立冻结管冻结方案； 3、水平布置冻结管方案
土中水结冰的五个过程： （1）冷却段：土体逐渐降温到冰点。 （2）过冷段：土体降温到0°C以下，自由水尚不结冰，呈现过冷现象。 （3）突变段：水过冷后，一旦结晶就立即放出结冰潜热，出现温升过程。 （4）冻结段：温度上升到接近0°C时固定下来，土体中的水便产生结冰过程，矿物颗粒胶结为一体形成冻土。 （5）冻结继续冷却，冻土的强度逐渐增大。
冻土特性
冻土是一种非均质、各向异性的非弹性材料。 表现有：流变特性（蠕变）； 松弛特性； 强度随时间降低。
01
冻土强度
冻土的破坏形式有塑性破坏和脆性破坏两种。其影响因素有：颗粒成分、土温、含水量、应变速率
02
11.3 人工冻土的力学特性
制冷设计
4
冻土壁参数设计
3
冻土壁结构设计
2
1
常规冻结的施工工序
冻结器间距：是影响冻柱交圈和冻结壁扩展速度的主要因素，冻结器间距增大，交圈时间延长，冻结壁扩展速度减慢。
冻结圆柱的相交初期：交圈界的厚度发展较快，很快能赶上其他部位厚度。
冻结壁扩展速度：随土层颗粒的变细而降低，砂层的冻结速度比黏土快。
冻结器内的盐水温度和流动状态：是影响冻土扩展速度的重要因素。盐水量降低，冻结速度提高，盐水由层流转向紊流，冻结速度提高20%～30%。
2、地下水对冻结的影响 （1）水质影响 水中含有一定的盐分时，水溶液的结冰温度就要降低。 （2）水的性态影响 土质结构、土的固结度、土的渗透性、土中水流速度等对冻结速度都有一定的影响。
冻结法施工
压缩机选型 根据实际制冷量的要求，确定低压缩机的台数： N1=Vh/vh 式中 N1—低压缩机台数，台； vh— 一台低压缩机的理论容积，m3/s，查技术特征表； Vh—冻结一个井筒时，要求的压缩机理论容积，m3/s。按下式 计算。 Vh=(Q0v1)/(q0λ) 式中 v1—压缩机入口的比容，m3/kg； λ—输气系数，可按N.N列菲公式计算； q0—单位理论制冷量，kJ/kg。 高压机台数可按高低压机的理论容积比求出，最后再验算电 动机功率。
(如软土、含水不稳定土层、流砂、高水压及高地压地层)条 件下冻结技术 有效、可行；
(3) 灵活性好，可以人为地控制冻结体的形状和扩展范围，必要时可以绕
过地下障碍物进行冻结；
(4) 可控性较好，冻结加固土体均匀、完整；
(5) 经济上较合理。
三、冻结法凿井原理
立井冻结凿井是利用传统的氨循环制冷技术来完成的 。它是在井筒开挖之前，用人工制冷的方法，将井筒周围 含水地层冻结成一个封闭的不透水的帷幕------冻结壁， 用以抵抗地压，水压，隔绝地下水与井筒之间的联系。而 后，在其保护下进行挖砌施工。 三大循环系统：盐水循环、氨循环和冷却水循环。制 冷三大循环构成热泵，其功能是将地层中的热量通过压缩 机排到大气中去。
• 盐水循环 • 该循环系统由盐水箱、盐水泵、去路盐水干管、 配液圈、 冻结器、集液圈和回路盐水干管组成。 • 冻结器是低温盐水与地层进行热交换的换热器， 盐水流速越快，换热强度就越大。冻结器由冻结 管、供液管和回液管组成。根据工程需要可采用 正、反两种盐水循环系统，正常情况下用正循环 供液。 在制冷过程中起着冷量传递作用。
二、概述
1、 冻结法的起源与发展
人工制冷技术的发展和应用，产生了工程冻结。 1862年，英国南威尔士在建筑基础施工中，首先使用了 人工制冷加固土壤。 1883年，德国工程师波茨舒(F.H.Poetsch)在德国阿尔 巴里德煤矿用冻结法开凿了深度103m的井筒，并获专利。 1955年，我国在开滦林西风井开始使用冻结法凿井，冻 结深度105m。
冻结法施工技术
冻结法施工技术冻结法施工技术，即是利用人工制冷的方法把土壤中的水冻结成冰形成冻土帷幕，用人工冻土帷幕结构体来抵抗水土压力，以保证人工开挖工作顺利进行。
作为一种成熟的施工方法，冻结法施工技术在国际上被广泛应用于城市建设和煤矿建设中，已有100多年的历史，我国采用冻结法施工技术至今也已有40多年的历史，主要用于煤矿井筒开挖施工，其中冻结最大深度达435m，冻结表土层最大厚度达375m。
经过多年来国内外施工的实践经验证明冻结法施工有以下特点：1可有效隔绝地下水，其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的，对于含水量大于10%的任何含水、松散，不稳定地层均可采用冻结法施工技术；2冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，冻土强度可达5-10Mpa，能有效提高工效；3冻结法施工对周围环境无污染，无异物进入土壤，噪音小，冻结结束后，冻土墙融化，不影响建筑物周围地下结构；4冻结施工用于桩基施工或其它工艺平行作业，能有效缩短施工工期。
人工冻结法在南京地铁张府园车站的应用摘要：南京地铁一期工程张府园车站南隧道盾构法施工时，洞门两侧出现大量流砂，附近区域的沉降量较大，为了确保地下管线和地面交通的正常使用和安全运行，在南京首次实施了地下工程的人工冻结法施工。
本文论述了冻结法在该工程中的冻结设计、施工工艺及对周围环境影响等问题和实际取得的效果。
关键词：冻结法,地铁,盾构引言我国冻结法现已成为成熟的凿井施工技术，但在城市岩土工程中的应用还不多。
冻结技术可在地面城市地下工程中的应用范围包括：盾构隧道盾构进墙、深层搅拌桩以及压密注浆对土体进行加固，在凿除洞门钢筋混凝土时发现洞门中心处东、西两侧有流砂涌入，迅速采用双液注浆堵水，过了两天又在有大量流砂涌入，对周围环境产生较大的影响，其中端头井东侧的沉降量增大，东部20 平方米区域下陷1.5 m 左右(图1)。
在这种情况下施工单位及时出洞土体加固、盾构隧道地下或海底对接时土体加采取措施，以保证施工以及周围环境的安全。
岩土未来之星“城市地下工程”之冻结法
岩土未来之星“城市地下工程”之冻结法
岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁的保护下进行隧道、竖井和地下工程的开挖与衬砌施工的特殊施工技术。
其实质是利用人工制冷技术临时改变岩土的状态以固结地层。
在矿井建设、地基基础、水利工程、河底隧道、地下铁道和其它地下工程中，遇到不稳定地层或含水量丰富的裂隙岩层，只要其地下水含盐量不大，而且流速较小(小于6mld)，采用冻结法阻断地下水、固结地层，容易获得成功。
冻结法源于天然冻结，随人工制冷技术的发展，逐渐用于工程，形成了工程冻结技术。
据资料记载，发达国家都有较早应用冻结法技术的先例:1862年在南威尔士的建筑基础施工中，英国首先采用了人工制冷技术加固土壤;1883年在德国阿尔巴里德煤矿，工程技术人员用冻结法开凿了深达百米的竖井筒，获得了冻结法开凿竖井的专利;1886年瑞典在一个长24m的人行隧道施工中使用了冻结法;1906年法国把冻结法施工用于横穿河底的地铁工程;前苏联在20世纪70年代，使用冻结法构筑了地下铁道的斜井隧道;日本自1962年起已在地铁、隧道、排水管道等建设中应用冻结法完成了数百项工程。
人工冻结技术在我国也已经得到了成功的应用:1955年我国首次在开滦煤矿成功地应用冻结法进行竖井施工。
截止到1999年，我国煤炭系统已用冻结法建成竖井近500个，总长度超过70km，最大冻结深度已达。
冻结法及其发展状况
冻结法及其发展情况摘要：作为一种成熟的施工方法，冻结法施工技术在国际上被广泛应用于城市建设和煤矿建设中，已有100多年的历史。
我国采用冻结法施工技术至今也已有40多年的历史，主要用于煤矿井筒开挖施工，其中冻结最大深度达435米，冻结表土层最大厚度达375米。
自1992年起，冻结法工艺被广泛应用于上海、北京、深圳、南京等城市地铁工程施工中，现在也已广泛应用于地铁、深基坑、矿井建设等工程中，而且冻结法在未来的城市建设中将会起到更加重要的作用。
本文从冻结法的原理、施工方法、应用范围和未来展望等方面详细描述了冻结法。
关键词：冻结法；基本原理；工艺流程；使用范围；未来展望冻结法施工技术在国际上被广泛应用于城市建设和煤矿建设中，已有多年的历史，主要用于煤矿井筒开挖施工。
我国采用冻结法施工技术至今也已有40多年的历史，1987年将冻结法应用于东海拉尔水泥厂卸矿室及斜皮带走廊联合地下基础上程取得了成功。
之后，逐渐被广泛应用于我国的上海、北京、广州地铁工程和市政基础等10多项工程建设中，成功地完成了北京复八线地铁大北窑段流砂层水平冻结、上海地铁l号线2个联络通道和2号线4个联络通道等地下复杂形状硐室近水平冻结工程，基本掌握了近水平冻结的设计方法、施工方法和地层变形控制方法，积累了大量的资料和经验。
1 冻土冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤。
一般可分为短时冻土（数小时、数日以至半月）、季节冻土（半月至数月）以及多年冻土（数年至数万年以上）。
地球上多年冻土、季节冻土和短时冻土区的面积约占陆地面积的50%，其中，多年冻土面积占陆地面积的25%。
冻土的强度、稳定性以及隔水能力大大优于天然土的性质，但冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰。
因此，冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征。
正由于这些特征，在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险：冻胀和融沉。
冻胀是由于土中水的冻结和冰体（特别是凸镜状冰体）的增长引起土体膨胀、地表不均匀隆起的作用。
冻结法在地下施工中的运用
冻结法在地下施工中的运用随着城市化进程的不断加速，地下空间的开发已经成为城市规划的一个重要方面。
然而，地下空间开发所涉及的施工技术和管理难度极大，需要运用多种复杂的技术手段来实现。
其中，冻结法作为一种重要的技术手段，被广泛应用于地下管道、隧道和地铁等建设领域中。
本文将从冻结法的原理、运用案例及优缺点等方面进行探讨。
一、冻结法的原理冻结法是一种通过对土壤进行冻结，使其达到一定硬度，从而达到控制土体变形的目的。
一般来说，冻结法分为两个步骤：首先要在地下工程周围的土体中注入一定的冷却介质，如液氮或气氮来冷却土体；然后再注入一定的硬化介质，如水泥浆等，来增加土体的强度和硬度。
通过这些步骤，冻结法可以有效控制土体变形，从而确保地下工程的安全性。
二、冻结法在地下施工中的运用案例1. 地铁隧道建设在地铁的建设过程中，冻结法被广泛应用于隧道的施工。
比如在北京地铁23号线的建设过程中，冻结法被运用于隧道施工中。
通过对周围土体进行冷却和加固，成功地控制了隧道周围土体的变形和稳定，在施工过程中保证了地铁客运安全性。
2. 燃气管道铺设在燃气管道的铺设过程中，冻结法也是常见的施工技术。
比如在广州某燃气公司的项目中，采用了冻结法铺设燃气管道。
通过对管道周围土体的冷却和硬化，确保了管道施工过程中的安全和稳定。
三、冻结法在地下施工中的优缺点1. 优点冻结法可以有效控制土体变形，确保地下工程的安全性。
同时，冻结法还可以控制地下水位，减少水位的影响对施工的影响。
2. 缺点冻结法在施工过程中较为耗能和耗时，需要大量的冷却介质和硬化介质。
同时，冻结法在一些土体条件较差的地区并不适用。
总体而言，冻结法在地下施工中的运用具有极大的优势和灵活性，但也需要按照实际情况进行选择。
在今后的地下施工中，冻结法将继续发挥重要的作用。
冻结法施工
压缩机选型 根据实际制冷量的要求，确定低压缩机的台数： N1=Vh/vh 式中 N1—低压缩机台数，台； vh— 一台低压缩机的理论容积，m3/s，查技术特征表； Vh—冻结一个井筒时，要求的压缩机理论容积，m3/s。按下式 计算。 Vh=(Q0v1)/(q0λ) 式中 v1—压缩机入口的比容，m3/kg； λ—输气系数，可按N.N列菲公式计算； q0—单位理论制冷量，kJ/kg。 高压机台数可按高低压机的理论容积比求出，最后再验算电 动机功率。
(如软土、含水不稳定土层、流砂、高水压及高地压地层)条 件下冻结技术 有效、可行；
(3) 灵活性好，可以人为地控制冻结体的形状和扩展范围，必要时可以绕
过地下障碍物进行冻结；
(4) 可控性较好，冻结加固土体均匀、完整；
(5) 经济上较合理。
三、冻结法凿井原理
立井冻结凿井是利用传统的氨循环制冷技术来完成的 。它是在井筒开挖之前，用人工制冷的方法，将井筒周围 含水地层冻结成一个封闭的不透水的帷幕------冻结壁， 用以抵抗地压，水压，隔绝地下水与井筒之间的联系。而 后，在其保护下进行挖砌施工。 三大循环系统：盐水循环、氨循环和冷却水循环。制 冷三大循环构成热泵，其功能是将地层中的热量通过压缩 机排到大气中去。
氟里昂 饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物的总称。目前 使用的主要是甲烷和乙烷的衍生物。 优点：无毒，无味，无燃烧与爆炸危险，对金属腐 蚀很小，热化学稳定性较好，绝热指数小，压缩机排 气温度低，分子量大，适用于离心式压缩机。蒸发温 度低（-40~-80℃之间） 缺点：价格昂贵,易漏且不宜发现. 氟里昂R12与水 或氧混合与明火接触可分解出光气（COCl2）。其性能 是放热系数低，单位容积制冷量小，比重大，流动性 差。 适用于中小型制冷机，低温装置及其他特殊要求的 制冷装置。
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一
公 式已考虑 了冻土流变 （ 参数 ｍ， 和掘砌工 艺（ Ａ） 参数 ， ｔ ｈ， ，
施工 中在支设 时 ， 必须做 到大 头朝下 、 证垂 直度误 差小 于 ［ ］ Ｂ ５０ ５２ ０ ， 保 １Ｇ ０ ０ —０ ３ 木结构设计规 范［ ］ Ｓ．
５Ｉ ａ 底部 支 座要 牢 固 ， 用的 支撑 应材 质 均匀 、 弯 曲 、 陷 ［］ ｉ ， ／ ｒ 选 无 缺 ２ 周国瑾． 建筑力学［ ． Ｍ］上海： 同济大学出版社，００４－１ ２０ ． ４ ． ０ 少， 使木支撑尽量符合最 佳 的受力 状况 ， 这样 才能确 保结 构 的安 ［］ ３ 刘昭培 ， 张韫 美． 结构 力 学（ 、 上 下册） Ｍ］ 天津 ： 津 大学 出 ［ ， 天
施工 中也是顺利 的。 当然也遇到了无数 的困难 。其 中， 两淮施工 中经常遇 到的冻结 管 的 ， 前述两个公式都是 基于与时 间有 关的弹性或 弹塑性理 论 ， 后 断管 ， 井壁破 裂漏水 ， 至淹井 等事故 ， 甚 不仅 危及井筒 施工安 全 ，
还大 大推迟 了工期 ， 经济 损失惨 重。教训是深 刻 的， 但也 激励 了
上冻结法可在各类土层 中应 用 ； ） 法适应 性 强 ， ２该 可与许 多边 界
பைடு நூலகம்
１ 计算 公式 。我 国冻 结法 凿井 的主要 地层 为冲 积层 。冻 结 ） 条件及要求相适应 ；） ３ 该法 封水可靠 ， 可实现人工干挖施 工 ， 利 壁的设计是指 满足 砂性 土 的强 度 和粘 性 土 中变形 要求 的厚度 。 有 于保证各类结构的施工 质量 ； ） ４ 该法 对环 境保 护有 利， 异物 进 其厚度计算主要是根 据地 压 、 无 冻土 热学 和力学 性质 、 筒掘进 直 井
几个方面 ：） １ 煤矿井筒施 工 的冻结 封水及 临 时支护 ； ） ２ 市政工 程
地下结构施 工封水及临时支护 ；） 铁车站及 街区明挖施 工的冻 ３ 主 要技 术成 就 ３地
结临时支护和封水 ；） ４ 地下 水泵站 施工 的冻 结临 时支护 和封 水 ； ３ １ 冻 结法 凿 井主要技 术 成就 ．
我 国 冻 结 法 施 工 技 术 及 其 发 展
王 宗金
摘
曹化 春
要 ： 绍 了冻结法 的应用 范围及优 点， 介 回顾 了冻结法的施工发 展史 ， 从冻结 壁的设计 改进 、 新型机械 的应用 、 监测水
平等方面论述 了冻结法的主要技术成就 ， 出 了有待 完善的地 方。 指 关键词 ： 冻结法 ， 深井粘土层， 冻结壁 ， 冻结深度
中图分类号 ： Ｕ ５ ． Ｔ ７ ３７ 文献标识码 ： Ａ
１ 概 述
纵 观国内外冻结法应用历 史 ， 其应 用领域及范 围主要 在以下
几代工程技术人员 的攻关 积极 性 ， 为此 ， 成 了多项 重大科 研项 完 目， 而也获得了 国家 和省 部级 多项科 研进 步奖 、 数工 程技术 从 无 人 员增 长了才干 ， 为高级 工程 师 ， 的还获得 国家政府 津贴 。 成 有
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第３ ２卷 第 ｌ ８期 ２００ ６ 年 ９ 月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣｒＵＲＥ
Ｖ０． ２ Ｎｏ． ８ １３ １
Ｓｐ ２０ ｅ． ０６
・１ ７ ・ ４
文章编号 ：０ ９６ ２ （０ ６ ｌ— １７０ １０ —８５ ２ ０ ）８０ ４ —２
５ 水平隧道的冻结支护和封水 ；） 他各类地 下建筑基坑 的冻结 ） ６其 加固 ；） ７ 交通建筑 中水下基坑及桥 梁基础施 工的冻结支护。
从 某种意义上来说 ， 结深度往往标 志着一个 国家 的冻结 凿 冻
井技术水平 ， 目前为止 ， 国冻结深 度已达 ６ ０ｍ。 到 我 ５
冻结法 之所 以 日益被 推广应 用 ， 主要基 于以下优 点 ： ） １ 原则 ３ １ １ 冻结壁 的设计改 进 ．．
全性 ， 并满足质量要求 。 参考文献 ：
版 社 ，０ ２．０ ６ ． ２ ０ ６ — １
Ｃｈ ｃ ｎｇ ｃ ｌｕ ａ ｉｎ ｏ ｏ ｔｕ ｔｏ ｏ ｄ ｆｗｏ ｄ ｎ ｅ ｋｉ ａ ｃ ｌ ｔｏ ｆｃ ｎｓｒ ｃ ｉ ｎ ｌ ａ ｓｏ ｏ ｅ ｓ ｐｐ ｒ ｙ ｔ ｍ ｎ ｃ ｎ ｔ ｃ ｉｎ ｏ ａ ｔｉ ｐｌ ｃ ｏ ｒｏ ｏ ｓ ｓ ｕ ｏ ｔｓ ｓｅ ｉ ｏ ｓ ｒ ｔｏ ｆｃ ｓ・ｎ・ ａ ｅｆ ｏ ｆｈ ｕ ｅ ｕ ｌ
入土壤 ， 对周围环境扰动小 。
径、 段高 和裸 露时间 以及井壁 结构 与工 艺等 ， 际上 由于冻 土热 实 学和力学 的耦合计算 的影响因素很多 ， 故一般采 取热学 与力学分
２ 我 国冻 结法 施工发 展 史
应用 于煤矿井 筒特 殊法施 工 ， 已施工 了 ５ ０多个 冻结 井筒 ， 现 ０ 约
我 国 自 １５ ９ ５年首 次在 开滦林 西风 井采 用冻结 法 以来 ， 要 别计算和相互检验 的方 法。 主 在深井粘 土层 中冻结壁 的厚度与强度 ， 往往是造 成许多重 大
因为粘性土强度低 ， 流变 特性 显著 ， 而过去的设 ９ ｍ延米 。已完工 的山东龙 固副井 冲积层 厚 ５ ７ ７ｍ， ０ｋ ６ ． 冻结 深 事故 的主要原 因 ， 均是 按平 面 度 ６０ｍ， 国内之最 。 目前正在施工 的郭 屯主 、 ５ 为 副风井冻结深度 计 中很少考虑 到。浅井 常用 拉麦公式 和多姆克公 式 ， 同 已达 ７２ｍ。在这 ５ 中， 国人工制 冷冻结技 术经历 了引进 、 应变力学模型 来 计算 的 ， 时也 都 没有 考虑 到 冻土 的 流变 特性 ０ ０年 我 （ 即与时间有关这一特征 ）对于深井 中应采 用前 苏联维 亚诺夫 和 ， 推广 、 改进和发展几个 阶段 ， 中具 有代表 的工 程主要 有安徽 潘 其 空间 结构 ） 的强度 和变形 公式 。这个公 三东风井 、 河南 陈四楼 主 、 副井 、 山东济西 主 、 副井 以及龙固副 井。 扎列茨基提 出的小 段高 （ 也考虑到变形 。龙 固副 井就是按 此公式计算 上述井筒的建成标志着我 国冻结凿井 技术 已达 到国家先进 水平 ， 式不仅考虑了强度 ，