地铁隧道工程中冻结技术应用分析
冻结法施工工艺
冻结法施工工艺地铁施工旁通道冻结法施工工艺冻结法施工工法一、前言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.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。
公司在上海地铁隧道旁通道工程施工中，采用了冻结法加固的施工方法，通过对施工工艺的归纳总结，以及参考有关施工技术资料，形成本工法。
二、特点冻结法适用于各类地层尤其适合在城市地下管线密布施工条件困难地段的施工，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、冻结法是一种环保型工法，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。
三、使用范围冻结法适用于各类地层，主要用于煤矿井筒开挖施工。
目前在地铁盾构隧道掘进施工、双线区间隧道旁通道和泵房井施工、顶管进出洞施工、地下工程堵漏抢救施工等方面也得到了广泛的应用。
四、工艺原理冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，将松散含水岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水，以便在冻结壁的保护下，进行地下工程掘砌作业。
它是土层的物理加固方法，是一种临时加固技术，当工程需要时冻土可具有岩石般的强度，如不需要加固强度时，又可采取强制解冻技术使其融化。
五、工艺流程冻结法六、施工操作要点施工时，应不断对每个施工工序进行管理。
控制冻结孔施工、冻结管安装、冻结站安装、冻结过程检测的质量。
地铁隧道水平冻结法施工技术
层中采用矿山法及常规辅助工法修筑隧道 ，施工难度大 ， 安全性差 ，施工缓慢且工程投资较难控 制 。由于广汕 公路 是 连接广 州与 汕头 、增 城之 间 的重 要交通 干道 ，交 通繁忙 ，不 能封 路施 工 ，且 道路两侧地下管线纵横交错 ，数 目繁多 ，为避免明挖所带来的交通疏解和管线迁改困难 ，通过借 鉴广州、上海等地下水平冻结法施工经验 ，选定 “ 暗挖矿 山法” 为基本工法 ，选定 “ 水平冻结
（ 内约 ２ ｍ ／ ，向外 约 １ｍｍ ｄ （ 圈后 ） 向 ０ｍｄ ２ ／ 交 ，相邻 两 冻 结 孔 之 间 为 ２ ｍ ／ ） 以及 冷 冻 场 温 度 ５ｍｄ 梯 度规 律等 ，通 过 以下公 式 求得 的 ：
预加 固围岩 ” 作 为主 要辅助 施 工措 施 ，综合 起来 称 “ 平 冻结 法加 固围 岩 ，浅 埋 暗 挖 法开 挖 和 水
衬砌 ” 施工 。 ２ 总体 技术 方 案
根 据 隧道 围岩各 土层 富水性 强 、饱水 性好 的特点 ，设计 通过水平 冻结 ，将 隧道 开挖 轮廓线 以
外 ２０ ．ｍ厚度 的土层冻结为不透水且有一定强度的冻土帷幕 ， 使其在隧道开挖过程中起到止水和 临时支护的作用。冻土帷幕达到设计厚度及强度后 ，开始隧道开挖 ，隧道开挖采用交叉 中隔壁法
（Ｒ Ｃ Ｄ法 ）分 ６部 进行 ，初期 支护遵 循强支 护 的原 则 ，考虑 承受全部 围岩压 力 ，采 用 钢拱 架挂 网 喷射 混凝 土 ，与 开挖 同步 。隧道 全断 面开挖支 护完成 后 ，停止冻结 ，冻 土帷幕 自然 解冻 ，其 承载
的围岩压力逐步释放 ，并转 由初期支护承受。在冻土帷幕融穿 ， 初期支护承载全部围岩压力并基
图 １ 设计冻土帷幕 断面示意 图
冻结法
冻结法在地铁中的应用甄精莲1郑有才2段仲源3 贾瑞晨4（1,3,4南华大学城市建设学院421001 , 2湖南地勘局409队425000）摘要：通过对某地铁施工进行监测，分析冻结法隧道施工过程中土层温度、荷载与沉降的关系。
关键词：监测，冻结，沉降Application of the ground freezing method in the subwayZhen jinglian(Nanhua University city construction college 421001),Zheng youcai(Geological perambulation office 409team of Hunan 425000) ,Duan zhongyuan, Jia ruichen (Nanhua University city construction college 421001)Abstract:Appling freezing method to construct the subway should investigate the relationship among temperature, load and Settlement by monitoring.Key words: Monitoring, Freezing , Settlement1 引言人工制冷技术的发展，推动了工程冻结法的发展。
1862年在英国南威尔士建筑施工中首次使用冻结法加固土壤；我国首次于1955年在开滦林西风井采用冻结法凿井并获得成功。
此后，我国冻结法主要应用于不稳定含水地层里的凿井工程。
随着我国地下工程的增多，冻结工法逐渐由矿井建设工程向岩土工程领域推广应用，如市政工程、隧道及地铁工程等。
2 工程概况某市轨道交通折返线斜穿公路和一座立交桥，附近有商贸城和其他建筑商铺。
由于该区段道路两侧地下管线纵横交错，数目较多，上面的公路又是重要交通干道，交通繁忙，不能封路施工。
冻结法在地下工程施工中的应用浅探
建材发展导向2019年第7期冻结法在地下工程施工中的应用浅探康亚军（天津天营建筑工程设计有限公司，天津300000）摘要：城市化的建设在我国已经取得了一定的成就，随着城市化的进行，地下施工技术不断的成熟，结冻法是其中重要的辅助建筑方式之一，对地下施工具有良好的辅助作用，对工程的质量有着很好的影响。
为了能满足现在社会的需要，需要不断的对结冻施工方法应用进行探讨。
不断的改善技术加强对施工质量的检测。
关键词：冻结法；地下工程；施工中的应用1冻结法的主要内容冻结法通俗来说就是使用人工制冷的方式，把地层中的水分冻结起来，使得施工中的土壤具有一定的抗压性及稳定性，为施工的展开具有良好的条件。
冻结法适用于井筒或地下工程掘砌施工的特殊施工技术结法既适用于松散不稳定的冲积层和裂隙发育的含水岩层，也适用于淤泥、松软泥岩以及饱和含水和水头特别高的地层。
对于土中含水率非常小或地下水流速相当大的处所不适用。
冻结法具有有效隔绝地下水；适应性强，几乎不受地层条件的限制（低含水量地层除外）；施工灵活；绿色施工，无污染；复杂地层施工经济合理等优势。
压缩制冷主要由三大循环构成：氨循环，盐水循环和冷却水循环。
这三大循环作用不一样，氨循环在制冷过程中起主导作用，盐水循环在制冷过程中起着冷量传递作用，却水循环在制冷过程中的作用是将压缩机排出过热蒸汽冷却成液态氨，以便进入蒸发器中重新蒸发。
结冻法的应用不断得到推广，使用范围不断的跨大，对于建筑行业的发展有着良好的帮助。
结冻法历史比较悠久，至今有一百多年的使用，现阶段比较成熟。
但是还是有着很大的发展空间。
2冻结法在地下工程施工中的应用2.1在交通不能阻断的地段应用道路是城市交通的必要，对于某些施工地段而言，由于建筑物或者其他的原因，道路需要保持原来的交通。
对于这些地段冻结法能较好的解决因为交通而带来施工不方便的问题。
由于这些地段交通频繁，使用混凝土直接对地面或者地层加固是行不通的，而且一般道路下边埋有光缆或者其他重要的通信或者通电输水的设备，对地面进行钻孔注浆的方法也不够全面。
冻结法施工工法
冻结法施工工法冻结法施工工法是一种在土壤或地下水中适用的特殊工法，通过使用低温冻结土壤，以达到固结土壤、提高土壤强度的目的。
该工法被广泛应用于地铁隧道、地下工程以及水利工程等领域。
一、工法原理及步骤冻结法施工工法的原理是通过将导热性能较好的冷媒注入到土层中进行冷冻，降低土壤温度，使土壤中的水分形成冰，进而形成冻结固结的效果。
以下是冻结法施工工法的基本步骤：1. 前期准备工作：包括确定施工区域、进行地质勘探、设计冻结井孔等。
根据具体工程的要求，确定冻结井孔的深度和间距，并进行相应的测量放线工作。
2. 预冷：在施工区域进行预冷，通过降低区域温度，使土壤开始结冰。
预冷可以使用喷淋水或者其他降温设备。
3. 钻井：根据设计要求，在施工区域进行钻井，并安装冻结井孔。
冻结井孔的数量和位置应严格按照设计要求进行设置。
4. 注冷液：将冷媒通过冻结井孔注入土体中，并控制注入速度和密度。
冷媒冷却土壤中的水分，使其凝结为冰。
在注入过程中，需要利用监测设备进行实时监控，确保施工的效果和质量。
5. 冻结维持：在冷却液注入完成后，需要维持一定的冷却时间，以保证土壤完全冻结。
同时，需要对温度进行监控，确保土壤的冷冻效果。
6. 结冰固化：待土壤冷冻完全固化后，可以进行下一步的施工工作。
在这个阶段，冰固体将充当支撑结构的作用，可以避免土壤下陷或发生坍塌。
7. 结束施工：当施工工作完成后，需要进行冰体融化处理。
根据具体情况，可以使用加热水或者其他加热设备加快融冰过程。
融冰后，土体恢复正常状态，可以进行后续的工程施工。
二、冻结法施工工法的优点1. 提高土体强度：冻结法施工工法可以将土壤中的水分冻结成冰，使原本松散的土体变得坚实。
这有助于提高土壤的强度和稳定性，保证施工过程中的安全性。
2. 控制水位与土层状况：通过冻结法施工工法，可以有效地控制水位，避免地下水渗透到施工区域。
这对于地铁隧道、水利工程等需要在地下进行施工的项目尤为重要。
3. 提高施工效率：与传统的地下施工工法相比，冻结法施工工法能够提高施工效率。
冷冻法在地铁盾构区间联络通道施工中的应用关键要点
冷冻法在地铁盾构区间联络通道施工中的应用关键要点摘要：在地铁盾构区间联络通道施工中，要注意实现安全联络，做好暗挖施工作业，发挥搅拌桩与旋喷桩的作用，确保压力注浆质量。
与此同时，要制定科学的施工方案，发挥冷冻法的作用，对于隧道倒塌、地表沉降、洞门塌陷、地铁隧道涌水、涌砂与始发架失稳等安全事故，必须加强防范，努力降低施工风险。
本文将以某地铁隧道工程为例，简单介绍冷冻法的基本概念，并从做好施工前期准备工作，确保管片壁后注浆质量，优化管片钻冻结管孔工艺，科学安装冻结管，实施积极冻结等方面分层浅谈冷冻法在地铁盾构区间联络通道施工中的应用关键要点。
关键词：冷冻法；地铁盾构区间；联络通道施工；应用关键要点在某地铁隧道施工期间，所选用的管片外径为8500毫米，配备使用的盾构机为土压平衡盾构机，其直径长达88分米。
在施工过程中，该隧道顶部和地面之间的距离在23米左右。
为了确保地铁盾构区间施工安全，施工技术人员参照拟定好的施工方案充分发挥冷冻法的作用，使施工质量与效率得以大幅度提高。
一、冷冻法基本概念从基本概念来讲，在地铁盾构区间联络通道施工中的冷冻法应用主要是借助冷冻机为冷冻液降温，同时，科学布置冷冻孔，经过所敷设的循环管路把冷冻液输送至要被冷冻的地层里，确保低温能够向外扩散，让土体在被冻结后形成帷幕，进而优化土体加固效果。
图一就是某地铁隧道施工期间的冷冻孔布置结构图：图一某地铁隧道施工期间的冷冻孔布置结构图从应用现状来看，运用冷冻法开展地铁盾构区间联络通道施工作业，有助于加固土体，避免占用路面，改善封水性能，确保施工安全性与可靠性[1]。
不可忽视的是，冷冻法施工需要的成本较高，施工时间长，容易滋生冻融问题，因此，要拟定合理的施工技术方案，促进施工流程的紧密衔接，在确保施工质量的基础上降低成本，科学处理冻融问题。
二、冷冻法在地铁盾构区间联络通道施工中的应用关键要点（一）做好施工前期准备工作准确把握冷冻法在地铁盾构区间联络通道施工中的应用关键要点，加固土体结构，确保施工安全，首先要做好施工前期准备工作，明确施工流程。
冻结法在盾构隧道的应用
冻结法在盾构隧道中的应用翁家杰王朝晖摘要本文第一简要叙述丁冻结法的进展历史进程，举例分析丁冻结技术在国际盾构隧道工程中的应用情形，并对其大体理论及应用的若干技术问题迸行丁较为详细的论述。
一、冻结法的进展冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水结成冰，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳固性，以隔间地下水与地下工程的联系。
在冻结壁的保护下进行地下工程掘砌施工, 是一种有效的特殊施工技术。
19世纪60年代，冻结法第一应用于英国南威上的建筑基础工程。
1883年，徳国工程师波茨舒(F. H. Poetsch)在阿尔巴里得煤矿采用冻结法施工深103m的井筒，并取得专利：引发工程界的关注。
随着地下空间的慢慢开发利用，新工程的不断出现，增进了冻结技术的迅速进展。
近几年来，冻结法已进展成为一门较为成熟的特殊施工技术，被普遍应用于水利工程、地基基础工程：隧道工程和矿井建设等工程中。
目前世界各国应用冻结法凿井的最大深度见表1。
冻结法在我国起步较晚，但进展速度却专门快。
自1955年开滦矿区应用冻结法凿井以来，现已在12个省区推行，共施工360多个立井井简、斜井井筒和风道口等，冻结总长度约6万米。
冻结法已成为我国通过不稳固冲积层和裂隙含水层的主要施工方式，专门是自1675年以来，冻结工程量有较大的增加，年平均冻结长度达2300m。
本世纪60年代，液氮冻结法的出现为冻结法的进展历史揭开了新的一页。
由于炼钢工业和空分技术的进展，大量的制氧副产品氮气通过液化取得的液氮已被应用到实用的工业领域和国民经济部门。
液氮在常压下沸点为一195. 8°C,气化潜热为kg,氯的显热为1. 05J /(kg ・k)。
液氮对震动、热和电火花是稳固的，且没有侵蚀性。
其良好的理化性质使之成为一种比较理想的制冷工质。
和传统冻结法的氨循环、盐水循环、冷却水循、一环组成的复杂系统相较，液氮冻结系统简单，具有低温、快速和高强的特点° 1992年中煤特凿公司、上海隧道公司和中国矿业大学合作完成上海地铁1号线151井以北软上盾构隧道的贯通工程，实现了液氮冻结在我国的第一次工程应用。
地铁盾构区间联络通道冷冻法施工
地铁盾构区间联络通道冷冻法施工摘要：地铁盾构法隧道施工时，联络通道可能会因为施工地质和地域气候的原因，采取不一样的加固方法。
在高温气候地区，联络通道常用地面旋喷桩加固。
而在地质松软地区，联络通道常用冷冻法加固。
冷冻法施工技术比传统加固技术更具优势，现被我国地铁区间联络通道施工广泛采用。
本文就此举例分析了地铁盾构区间联络通道的冷冻法施工，探讨了冷冻法施工的要点，为冷冻法在我国北方地区的使用积累经验。
关键词：地铁盾构；区间联络通道；冷冻法施工1 导言地铁盾构区间联络通道暗挖施工的地基加固工程中，经常使用的方法有搅拌桩、旋喷桩、压力注浆等。
但是，在富水的粉细砂地层中，由于很难控制水泥浆的流失，采用上述的施工方法往往达不到预期的加固效果；联络通道一般都处在繁华街道的路面以下，地面交通繁忙，无法占用路面进行钻孔和桩体施工，因而，冷冻法就成了地基加固的较好选择。
2 冷冻法施工技术冷冻法施工工艺流程：施工准备→管片壁后注浆→钻冻结管孔→冻结管安装→冻结系统安装→监测系统安装→“积极冻结”→“维持冻结”→联络通道和废水泵房开挖、衬砌→解冻→拆除冻结系统。
2.1施工准备冻结法施工前应根据地质情况制定冻结法施工方案，在报请监理审批后实施。
冻结法施工必须由专业施工队伍来完成。
因此，应该选择有专业资质、信誉好、有类似工程施工经验的队伍完成这项任务。
2.2管片壁后注浆为防止在管片上钻冻结孔时发生涌砂、涌水，钻孔之前先对管片壁后进行水泥—水玻璃双液注浆。
两种浆液的体积比为１∶１，其中水泥浆的水灰比为１∶１；水玻璃浆液为Ｂ３５～Ｂ４０水玻璃加同体积水的稀释液。
上、下行线需要进行管片壁后注浆的管片各１２环，分别是联络通道处的４环钢管片和前后各４环混凝土管片。
管片壁后注浆为半截面注浆（即只对联络通道所在一侧的土体进行注浆）。
每环管片设５个注浆孔，分别布置在：上行线管片的１２点、１．５点、３点、４．５点、６点的位置；下行线管片的１２点、１０．５点、９点、７．５点、６点的位置。
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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)。