冻结法开挖隧道：
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。
地下工程冻结法施工工程实例
126 实例8：用于隧道支护中的地层冷冻法（隧道译丛1985-5）1．以往的应用在冻结的地层中开挖洞室，采用任何一种方法，有时总会遇到意外的困难。
而爆破法或许是一种有效的方法。
与岩石比较，当然冻结的材料不如其坚硬，但对于起爆点来说不存在裂化。
冻结的地层是致密和不透水的。
用人工法来冻结地层使地层更加坚固和密实，这一概念是在大约一百年以前产生的。
德国人首先采用在通过含水土层的矿山竖井施工中。
在瑞士第一次考虑采用这种方法要追溯到1908年对勒奇堡铁路隧道的病害处理。
当时松散地层伴随高压水意外地坍塌，水和碎石涌入开挖的坑道，大约充填了1km ，淹没了25个人(图1)。
为了定出沿隧道轴向劣质土体的长度，用一台德国冷冻压缩机从地表打下两个勘探孔，一直打下220米深，超过隧道底部，发现底下没有岩石，即确定出隧道的位置后，沿轴向必须要通过350米极坏地层。
若用冷冻压缩机从地表通过钻孔来冻结地层或许能够开挖，然而当时这样一种装置的造价超过一般通用的设备，造价昂贵。
因此，决定改变隧道方向，来一个大的拐弯，使隧道轴线不脱离密实的岩层。
这样就使隧道延长了约800米，但允许用常规的爆破法继续开挖。
在瑞士第一次真正使用冷冻法是1968年在翁格林(Hongrin ）属于水工用途的一个过水隧洞。
当时证明，在不得已的情况下冷冻法是最后一种可采用的手段。
由于隧洞完全位于岩层之中，又加上高压水的作用，使隧洞堵塞停工达两年。
在试用其它方法处理以后，在这种情况下求助于冷冻法。
围绕奥尔滕(Olten)铁路系统改建工程中，有一浅埋的博尔纳(Born)隧道已经施工。
部分位于粘土层斜坡上，由于覆盖层相当薄，冷冻是靠从地表垂直打下或多或少的管子来实现的。
2．米尔黑布克隧道最近的一个工程实例是在苏黎士市区的米尔黑布克(Milchbuck)公路隧道。
对于这个例子我们将比较详细地加以讨论，不仅阐述这—施工方法的特性，还要对如何解决与市区的正确位置有关的问题进行讨论。
冻结法地层加固在隧道施工中的应用(项目经理)
安全控制要点
施工案例
敢于创新，勇于奋斗
敢于创新，勇于奋斗
2
冻结法施工简介
敢于创新，勇于奋斗
认知冻结法
2.1 收集所需资料
施工简介
安全控制要点 施工案例
地质检 查孔地 质报告
人工冻 土物理 力学性 能试验 报告
构筑物 上下场 所地形 地貌特 征
构筑物 周围永 久、临 时设施 布置
构筑物 施工图
地区气 象资料
敢于创新，勇于奋斗
认知冻结法 施工简介
安全控制要点 施工案例
2.2 冻结壁设计
厚度
•冻结壁应按承载力要 求（设计提供）设计 冻结壁厚度。
内力计算
•冻结壁内力宜采用通 用结构力学计算方法 计算。冻结壁的力学 计算模型可按均质线 弹性体简化，其力学 特性参数宜取冻结壁 平均温度下的冻土力 学特性试验值。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
敢于创新，勇于奋斗
敢于创新，勇于奋斗
认知冻结法
1.2 冻结法适用条件及特点
施工简介 安全控制要点
施工案例
含水量大于10%的土层、 岩层。
适用 条件
盐水冻结地下水流速 ≤5m/昼夜，超低温冻结 地下水流速≤40m/昼夜。
地下水含盐量实验结冰点 满足冻结要求。
敢于创新，勇于奋斗
认知冻结法
1.2 冻结法适用条件及特点
供电要求：
1）一般情况不得停 电，停电必须提前 至少2小时以上通知， 冻结壁交圈前停电 时间超过3小时，对 冻结影响较大。
孔密集布置时，内部冻结孔成孔控制 间距可取边孔的1.2倍～1.5倍左右。 • 冻结孔深度要考虑从冻结孔孔口到冻 结壁设计边界的距离、不能循环盐水 的冻结管端部长度和冻结管端部冻结 削弱影响深度。
双线隧道冻结法施工开挖模式比较研究
双线隧道冻结法施工开挖模式比较研究摘要:本文依托上海轨道交通四号线修复工程,采用数值模拟的方式,对水平冻结加固的土体中采用矿山法进行双线隧道开挖及衬砌结构施作时,单线先后开挖方案和双线同时开挖方案进行了计算比较分析,得出一些有益的结论,对今后类似工程施工具有参考意义。
关键词:冻结法双线隧道开挖人工地层冻结法(Artificial Ground Freezing,AGF)(简称“冻结法”),是利用人工制冷技术将地层中的水冻结成冰,使天然土体变成冻结土体,增加其强度和稳定性,隔绝地下水的联系,以便在冻结壁的保护下进行施工的特殊施工技术[1]。
1975年国内首次应用人工冻结技术于沈阳地铁[3～4]。
由于其适应性强、强度高、隔水性好、环境影响小等优点[2],伴随地铁工程建设,得以更广泛应用。
2000年以来,上海绝大部分的地铁联络通道和全部越江隧道旁通道及泵站均采用冻结法施工[5～7]。
上海轨道交通4号线浦东南路站～南浦大桥站2003年7月1日发生了施工险情,导致浦西董家渡地区隧道塌陷破坏。
在随后对事故段进行原地修复过程中,考虑对连接段隧道周围土体采用水平冻结的方式进行加固,并在冻土帷幕的保护下进行土体开挖及衬砌结构施作。
在此前国内地铁才冻结法施工的各类工程中,鲜有双线隧道开挖实例,本文据此展开研究。
1 工程概况冻结修复隧道长度约为16m～18m。
采用水平冻结方式加固隧道周边土体,设计要求冻结壁厚度3.5m,平均温度小于-1℃。
采用两圈冻结孔冻结,内圈冻结孔作为辅助冻结孔,布置半径为 4.20m,间距为1200mm～1400mm,外圈孔为主排冻结孔,半径为 6.10m,间距为1000mm左右。
冻结壁形状设计为封闭形。
当冻结达到设计要求后,在冻土帷幕保护下开挖隧道内土体,施作衬砌,通过冻结前的土体改良注浆、壁后充填注浆和融沉跟踪注浆来抑制隧道结构融沉。
隧道尺寸及相关施工参数见图1、图2。
根据两条水平冻土帷幕的形成及隧道开挖、衬砌的先后顺序,存在两种施工方案供选择如下。
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。
隧道开挖方法有几种
隧道开挖方法有几种
隧道开挖方法主要有以下几种：
1. 传统开挖法：传统开挖法是最常见的隧道开挖方法，根据地质条件和设计要求，使用钻孔、爆破、挖土运输等工艺进行开挖。
2. 掘进机开挖法：利用掘进机进行隧道开挖是一种高效快速的方法。
掘进机是一种能够同时进行掘进和土体支护的机械设备，可以适应各种地质条件。
3. 冻结法：在地下环境温度较低的地区，可以使用冻结法进行隧道开挖。
冻结法通过在地下注入冷冻液体，使地下土体冻结成坚硬的冻土，然后进行开挖。
4. 盾构法：盾构法是一种适用于软土、粉土和沉积物等地质条件的隧道开挖方法。
盾构机可以控制掘进和土体支护，使隧道同时进行掘进和衬砌安装。
5. 其他特殊方法：根据特殊的地质条件和工程要求，还可以采用其他开挖方法，如喷射开挖法、液压冲刷法等。
请注意，上述描述中没有出现与问题相关的标题。
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。
冻结法联络通道施工风险及措施
冻结法联络通道施工风险及措施冻结法是一种众多施工方法之一，它的特点是在施工过程中使用低温冻结土壤，以达到暂时性的工程施工目的。
冻结法的施工通常用于以下情况：1.水利和交通隧道施工：冻结法可用于隧道底板施工和涵洞挖掘过程中防止水涌入。
2.地基处理：冻结法可用于使土壤凝结和稳定，增加土壤的承载能力。
3.基坑开挖：冻结法可用于在施工过程中控制基坑周围土壤的稳定性，防止土壤塌方。
然而，冻结法施工也存在一定的风险，主要包括以下几个方面：1.土壤变形：在冻结过程中，土壤受到温度的影响，导致土壤体积发生变化，可能引起土壤的收缩和膨胀，进而影响周围结构物的稳定性。
2.冻结液渗漏：在施工过程中，冻结液用于冷却土壤，但如果冻结液的密封性不好或施工过程中出现破损，可能导致冻结液渗漏，对周围环境造成污染。
3.冻结液成本高昂：冻结法需要使用大量的冻结液，而冻结液的生产成本较高，对工程造价有一定影响。
为了降低冻结法施工的风险，可以采取以下措施：1.土壤调查和监测：在施工前进行详细的土壤调查，了解土壤的物理性质和不同孔隙度对冻结液的渗透性的影响。
在施工过程中，对土壤进行监测，及时调整施工参数和冻结液的使用量。
2.冻结液密封性：选用具有良好密封性的冻结液，确保冻结液在施工过程中不会发生渗漏。
可以采用添加粘结剂或改良剂来提高冻结液的密封性能。
3.定期检查和维护：在施工过程中，定期对冻结体进行检查和维护，及时发现和修复漏点，确保冻结体的稳定性。
4.条件控制和模拟试验：通过模拟试验，研究不同冻结条件对土壤和结构物的影响，制定合理的施工方案和工艺参数。
5.环境保护措施：在施工过程中，采取必要的措施，防止冻结液渗漏造成环境污染，例如设置防渗膜或隔离层。
总之，冻结法施工风险是存在的，但只要采取合理的措施和施工管理，可以有效降低风险的发生概率，并确保工程的顺利进行。
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①概述：
本区间K39+714~K39+739和K39+637~K39+682两段下穿护城河，长度分别为25m和55m，拟采用局部（拱顶、拱侧）冻结法加固地层中洞法开挖施工。
②冻结法施工工艺框图
③施工方法：当开挖支护到该段时，需要封闭掌子面，扩大断面，沿断面径向增加净半径1.3m，以利于冻结器在隧道外侧不稳定地层中布设。冻结器离隧道开挖半径400mm，开孔间距600mm，布置25个冻结器，4个监测孔。冻结纵向和线路同一坡度，略向隧道外偏斜，外偏斜度1.5%，在钻孔过程中应跟踪监测钻孔的质量，其冻结布置示意图及冻结壁结构形成示意图如下：
f．钻进过程中严格监测孔斜，原则上每20m~30m测斜一次，测斜后要及时绘制钻孔偏斜透视图，发现超偏及时纠正。
g．在含水流泥地层中采用专用钻头钻孔，防止钻孔中泥土流失，采用优质泥浆护壁技术，防止钻进中孔壁坍塌，采用钻进和冻结管铺设一次完成的技术，保证地层在钻孔后保持稳定。冻结管接头采用螺纹连结并焊牢，为了确保冻结管的焊接质量，应严格执行冻结管的焊接操作规程，不但要确保焊缝不漏，而且要保证接缝应有的强度。冻结管安装后及时进行测压试漏，并复测孔深，绘制冻结壁交圈图。
d．冻结壁达到设计要求厚度时，严格控制冻土进入隧道的开挖范围，有利于加快隧道的开挖速度。
⑧质量技术保证措施：
a．为了确保施工安全，在打第一个冻结孔时，及时分析主要地层钻进过程的参数变化情况，检查地质、水文情况，如有异常，及时采取针对性措施，必要时修正冻结钻孔施工参数。
b．提高冻结施工质量标准。限制冻结孔向隧道内偏斜，最大孔间距一般控制在2m内，如个别超标，将整体分析交圈情况，决定是否采用补孔措施。
（2）采取台阶式开挖施工，由于冻结壁的保护，开挖步距可适当调整。
⑦工期及保证措施：
a．提前加工冻结工程中所用的水平冻结管、组合钻具、水平冻结孔的导向管，水平冻结口密封装置、钻杆扶正器。
b．两台钻机同时作业，定时进行测斜与纠偏，使最大孔间距控制在设计范围内，加快冻结交圈速度。
c．经冻钻进行大制冷量快速冻结，加大冻结管内低温盐水的循环流量，加大低温盐水与地层间的交换热量，加快地温下降速度。采用快速低冻结工艺，使盐水温度达-24℃以下。
h．按冻结孔的质量要求施工测温孔，必要时为了加快冻结壁形成，可将测温孔改用冻结孔。
i．每个冻结器都要安装进回液阀门，及时调整各个冻结器的流量。通过流量测定和温度测定，随时掌握冻结器的运行情况。
j．安装盐水干管时要确保设计坡度，以免管内聚积空气影响盐水的流动。必要时盐水系统应设置放空阀。
k．用温度检测系统监测冻结孔的温度变化，及时预计冻结壁的发展状况。在掘进过程中，要经常测量隧道壁面温度和冻土实际所处位置，对冻结壁状态进行预报，必要时调整冻结供冷参数。
l．为了减小冻结施工中冻胀和融沉对地面的影响，在冻结初期，应采取快速降温冻结措施，以减小地面冻胀影响（同时也要考虑到温度应力对冻结管产生的不利因素）。冻结壁融化时，要随时监测地面的下沉情况，一旦沉降量超过地表下沉允许值时，就要及时进行跟踪注浆。
⑨安全措施：
a．冻结孔施工时，根据不同的地层条件，使用不同的孔口装置，严防开孔后漏冒泥砂过多而引起的地面下沉。
主要工艺参数如下：
控制最大间距
1200mm
冻结壁厚度
1200~1600mm
钻孔偏斜率
0.8%
最大需给量
329.6kw
积极冻结盐水温度
-25℃~28℃
维护冻结盐水温度
—18℃
扩大面径向增加值
＞1100mm
④拟投入的机械设备，见下表：
设备明细供应表
序
号
设备名称
数量
规格型号
主要工作性能指数
打钻
1
钻机
3
MKD-5D
1
2
3
打钻准备
3天
水平钻孔
Hale Waihona Puke 13天冻结安装7天
水平冻结
25天
隧道掘进
30天
维护冻结
30天
拆除
3天
K39+637~K39+682段：
工序
工期
1
2
3
4
打钻准备
3天
水平钻孔
20天
冻结安装
7天
水平冻结
25天
隧道掘进
55天
维护冻结
50天
拆除
3天
⑥开挖方法：
（1）喷射砼按照初冬冬季环境施工，加入3%~5%防冻剂。
b．采用导向管、扶正器进行冻结孔的施工，以确保冻结孔的施工质量，防止出现因冻结孔倾斜过大而造成冻结壁不交圈的事故隐患。
c．低温盐水箱内安装盐水液面监测报警装置，一旦盐水漏失，能立即自动报警，保护冷冻机组的安全。
d．检测隧道壁面温度和冻结壁变形情况，若发现异常，及时采取相应措施。
c．为了保证冻结工程质量，将使用国内最先进的高精度水平陀螺测斜仪、纠偏组合钻具、氟里昂螺杆盐水制冷机组和冻结工程监测系统。
d．开孔前对照设计图纸复查孔位，钻机基础要牢固，钻机机身安平正。在钻进的过程中要随时检查钻机的平正情况。
e．不同的地质条件使用不同的钻头，合理采用钻进技术参数，严格控制钻进压力，预先估计钻杆、钻具的自重影响，适当抬起钻杆角度，消除钻杆、钻具自重因素而造成的偏差。
30KW/台
2
泥浆泵
3
TBW850/50
18.5KW/台
3
除砂泵
1
自制
10KW/台
4
水平测斜仪
2
TY-1（自制）
最大测深200米
5
水平定向仪
2
自制
6
造斜器
3
自制
7
扶正器
6
自制
8
电焊机
4
BS-400
9
泥浆测定仪
1
10
试压泵
2
Pmax=2.5Mpa
冻结
1
冷冻机
1
YSKF220
203KW/台
2
冷冻机
1
YSKF216
103KW/台
3
冷冻塔
2
DBL-200
5.5KW/台
4
盐水泵
1
IS200-150-315
45KW/台
5
盐水泵
1
IS125-100-315
15KW/台
6
清水泵
2
IS(G)125-100-200
18.5KW/台
7
测温仪
14
自制
8
流量仪
5
9
抽氟机
1
自制
⑤工期安排：
K39+714~K39+739段：
工序
工期