人工冻结法在岩土工程中的应用

地铁施工技术交流材料冷冻法联络通道施工技术及风险控制措施一、冻结法的基本原理与特点采用冻结法对地层土体进行加固，是指利用人工制冷技术,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地下工程掘砌施工的特殊施工技术。

其实质是利用人工制冷临时改变岩土性质以固结地层。

1、岩土冻结实质岩土冻结性质的改变，即将含水地层（松散土层或裂隙岩层）冷却至结冰温度下，使土中孔隙水或岩石裂隙水变成冰，岩土的性质发生重要变化，形成一种新的工程材料——“冻土”。

2、冻土结构特点而冻土结构具有较高的强度和绝对的封水性。

3、冻土结构功能冻土结构的承载功能和封水的不承载功能。

4、制冷方法其制冷技术方法，通常使用制冷设备，利用物质由液态变为气态,即气化过程的吸热现象来完成的。

4.1、有两种类型：⑴、冷媒剂(盐水)吸热：氨 (-33.4℃)；干冰(-78.5℃)；⑵、直接气化吸热：液氮(-195.8℃)；干冰(-78.5℃)4.2、冻结系统常有两种类型：⑴、封闭系统（盐水冻结）；⑵、开放系统（液氮冻结）5、冻结法的适应性冻结法加固与其它加固方法相比，其适应性更强，能够适应粘土、粉土、砂层以及砾石、卵石等任何地层。

6、冻结法的特点6.1、冻土帷幕的变化性：⑴、冻土范围可变；⑵、冻土温度可变；⑶、冻土强度可变（强度是温度的函数）6.2、冻土帷幕的连续性：水在负温下结冰的必然性；6.3、冻土帷幕的可知性：通过温度测试可判断冻结范围、冻土强度7、冻结法施工的优点7.1、安全性好：⑴、冻土强度较高；⑵、冻土连续性可靠、封水性好7.2、适用性强：⑴、适用于几乎所有具有一定含水量的松散地层（包括岩石）；⑵、复杂地质条件可行（流砂、大深度、高水压）7.3、灵活性高：⑴、冻土帷幕性状（范围、形状、温度、强度）可控8、冻结法施工缺点由于冻结法所形成的冻土帷幕其范围、温度、强度具有变化性，其冻结范围、强度随温度的变化而变化，如果供冷不足或外部热源可导致冻土帷幕性能（范围、强度）退化，安全性能降低，施工风险增大。

根河地区人工冻结法
（实用版）
目录
1.根河地区简介
2.人工冻结法的原理
3.人工冻结法的应用
4.根河地区人工冻结法的实施情况
5.人工冻结法的优势与挑战
正文
【根河地区简介】
根河地区位于中国内蒙古自治区呼伦贝尔市北部，是我国高纬度地区之一，冬季寒冷漫长，地表温度极低。

由于特殊的地理位置和气候条件，根河地区的基础设施建设和资源开发相对较为困难。

【人工冻结法的原理】
人工冻结法是一种通过在地下注入低温液体，利用地热传递原理，使土壤和岩石温度降低，从而达到冻结土壤和岩石的目的。

这种方法主要用于地下工程、矿井建设等领域。

【人工冻结法的应用】
人工冻结法在根河地区的应用主要体现在基础设施建设和资源开发
方面，包括：地下管线铺设、地铁隧道开挖、矿井建设等。

通过人工冻结法，可以有效防止地下水渗透，保证工程质量和安全。

【根河地区人工冻结法的实施情况】
近年来，根河地区在基础设施建设和资源开发方面取得了显著成果，人工冻结法的应用功不可没。

在地下管线铺设、地铁隧道开挖等领域，人
工冻结法已经逐渐取代了传统的冻结方法，成为一种高效、环保的工程技术。

【人工冻结法的优势与挑战】
人工冻结法具有许多优势，如施工速度快、环保、节能等。

然而，在实际应用过程中，也面临着一些挑战，如：低温液体的制备和输送、地下温度场的控制、对周围环境的影响等。

可编辑修改精选全文完整版冻结法施工在深基坑中的应用摘要:冻结排桩法的基本思路是以含水地层冻结形成的冻结惟幕墙为基坑的封水结构,以排桩及内支撑系统为抵抗水土压力的受力结构,充分发挥各自的优势特点。

在施工深、大基坑时，采用排桩作为结构支撑体系工艺成熟，冻结帷幕具有良好的封水性能，两种技术的结合不仅解决了基础维护结构的受力间题而且解决了封水间题，施工可操作性强.两种技术的结合既是优势互补，又是一种大胆的技术创新。

关键词：深基坑；冻结排桩;围护结构1 引言土层冻结技术源于天然冻结现象，是人工制冷使地层中的水结冰，将天然含水土层变成冻结,形成冻结帷幕,增加强度和稳定性并隔绝地下水，方便地下工程开挖掘砌.1862年英国威尔士的建筑基础施工中首次成功使用人工制冷加固土壤；1880年德国工程师F. H。

Poetch提出人工冻结法原理，并于1883年在德国阿尔巴里煤矿中采用冻结法建造井筒，随后该方法被广泛应用到世界许多国家的地铁隧道、基坑边坡、矿井市政等工程中,成为岩土工程施工的重要方法之一.我国冻结法应用也有50多年历史,主要是用人工制冷技术暂时加固不稳定地层和隔绝地下水,目前也用于一些深基坑工程和地铁隧道工程。

目前，国内外冻结围护技术在基坑支护工程中的应用大致可分为以下5种方式。

(1)冻结围护技术作为服务于其他主工法的措施性工程的应用：冻结法具有封水性能好、适应性强、与混凝土壁等有极好的粘结性。

冻结法优良的防水性能使得它既可以作为主工法应用也可以作为其他工法的辅助工法的应用。

(2)冻结围护技术同其他工法的配合应用方式：冻结技术可以和旋喷法、注浆法、排桩法、地下连续墙技术等结合应用，使各种工法的优势互补，扬长避短。

(3)冻结围护技术作为预防已有建筑地基变形的预防性工程的应用：主要是在地层中形成密封的冻结壁，使土层的局部区域得到预加固，土层强度和刚度得以提高，可大大减少基坑开挖过程中已有建筑物地基基础的变形。

(4)冻结壁作为基坑工程的主要围护和承载结构的应用方式：其特点是所设计的冻结壁作为主要的承载结构物，要求在整个施工期都必须满足强度和变形的要求,在实际工程中多采用逆作法。

地铁施工技术交流材料冷冻法联络通道施工技术及风险控制措施一、冻结法的基本原理与特点采用冻结法对地层土体进行加固，是指利用人工制冷技术,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地下工程掘砌施工的特殊施工技术.其实质是利用人工制冷临时改变岩土性质以固结地层。

1、岩土冻结实质岩土冻结性质的改变，即将含水地层（松散土层或裂隙岩层）冷却至结冰温度下,使土中孔隙水或岩石裂隙水变成冰,岩土的性质发生重要变化,形成一种新的工程材料--“冻土” .2、冻土结构特点而冻土结构具有较高的强度和绝对的封水性.3、冻土结构功能冻土结构的承载功能和封水的不承载功能。

4、制冷方法其制冷技术方法，通常使用制冷设备,利用物质由液态变为气态,即气化过程的吸热现象来完成的。

4。

1、有两种类型:⑴、冷媒剂（盐水）吸热：氨 (—33.4℃)；干冰（—78。

5℃)；⑵、直接气化吸热:液氮(—195.8℃)；干冰（—78。

5℃）4。

2、冻结系统常有两种类型：⑴、封闭系统（盐水冻结）；⑵、开放系统（液氮冻结）5、冻结法的适应性冻结法加固与其它加固方法相比，其适应性更强,能够适应粘土、粉土、砂层以及砾石、卵石等任何地层。

6、冻结法的特点6。

1、冻土帷幕的变化性：⑴、冻土范围可变；⑵、冻土温度可变；⑶、冻土强度可变（强度是温度的函数)6.2、冻土帷幕的连续性：水在负温下结冰的必然性;6.3、冻土帷幕的可知性:通过温度测试可判断冻结范围、冻土强度7、冻结法施工的优点7.1、安全性好:⑴、冻土强度较高;⑵、冻土连续性可靠、封水性好7.2、适用性强：⑴、适用于几乎所有具有一定含水量的松散地层（包括岩石）;⑵、复杂地质条件可行(流砂、大深度、高水压）7.3、灵活性高：⑴、冻土帷幕性状（范围、形状、温度、强度）可控8、冻结法施工缺点由于冻结法所形成的冻土帷幕其范围、温度、强度具有变化性，其冻结范围、强度随温度的变化而变化，如果供冷不足或外部热源可导致冻土帷幕性能（范围、强度）退化，安全性能降低，施工风险增大。

6.软弱地层中隧道围岩预加固之冻结法6.1加固原理人工冻结的应用和研究是以天然冻结条件下冻土的物理力学性质研究为基础，随着人工冻结凿井逐步发展起来的。

冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水冻结，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隧道、立井和地下工程的开挖与衬砌施工技术。

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。

6.2冻结法具备的特点冻结法的优点：（1）安全可靠性好,可有效的隔绝地下水；（2）适应面广。

适用于任何含一定水量的松散岩土层，在复杂水文地质如软土、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）污染性小。

“绿色”施工方法，符合环境岩土工程发展趋势；（6）经济上合理。

冻结法的缺点:（1）冻胀和融沉；（2）对土体加固为临时性质，不能长期起作用。

6.3适用范围目前，冻结法在地下工程中广泛应用于以下领域：——立井工程——斜井工程——地基基础——基坑稳定——隧道工程——其他岩土工程6.4冷冻法技术要求1.可用来获得低温的方法很多，一般有以下几种：相变制冷、蒸气压缩制冷、吸收制冷、热电制冷。

1.1相变制冷相变是指物质固态、液态、气态三者之间变化过程。

在相变过程中要吸收或放出热量。

相变制冷就是利用物质相变时的吸热效应，如固体物质在一定温度下的融化或升华，液体汽化。

干冰是固态的二氧化碳（CO2），它是一种良好的制冷剂，广泛应用于实验研究、食品工业、医疗、机械加工和焊接等方面。

干冰的平均相对密度为 1.56，干冰在化学上稳定，对人无害。

在大气压力下升华温度为－78.5℃，升华潜热为573.6kJ/(kg·K)。

1.2热电制冷热电制冷又称温差电效应、电子制冷等，它是建立在珀尔帖效应原理上的。

总结人工冻结法原理和特点冻结法是一种使用人工制冷的方法，将待开挖的地下空间周围的土地中的水冻结为冰，并且与土体胶结在一起，形成一个按照设计轮廓的冻土墙或密闭的冻土体，用于抵抗土压力，隔绝地下水并在冻土墙的保护下，进行地下工程施工的一种岩土特殊施工方法。

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。

我国采用冻结法施工技术至今已有四十多年的历史，早先一般应用于竖井工程，后来冻结法工艺被广泛应用于我国特大城市的城市地铁工程施工中，由于如今超级高层建筑和地下工程的不断增多，冻结法施工在深基坑支护中也开始了广泛的应用。

1、使用人工冻结法进行地下工程施工的基本原理和特点人工冻结法施工是利用人工制冷技术，使地层中的水变成冰，然后把岩土变成冻土，使其增加强度还有稳定性，隔绝地下水与地下工程之间的联系，从而方便在冻结壁的保护下进行地下工程的施工的技术。

冻结壁是一种临时支护的结构，永久支护形成后，停止冻结，冻结壁就会融化。

岩土工程的冻结还有制冷技术通常情况下，都是利用物质由液态变为气态，就是液体气化过程中吸收热的现象来完成的。

使用冻结法进行地下工程施工适用于各类地层，特别是在，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使用冻结法进行地下工程施工有以下特点：1.1、冻结法进行地下工程施工可有效隔绝地下水，其抗渗透性能是其他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。

1.2、冻结法进行地下工程施工时，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，冻土强度一般可达五到十兆帕，能够有效的提高工效。

1.3、使用冻结法进行地下工程施工比较环保对周围环境无污染，没有异物进入土壤中，噪音比较小，冻结结束之后，冻土墙会融化掉，不会影响建筑物周围地下的结构。

1.4、使用冻结法进行地下工程施工由于其便捷性，能够有效地缩短施工的工期，从而可以降低建筑成本。

冻结法在地下施工中的运用【摘要】冻结法作为一种重要的辅助工法，已越来越被设计和施工单位所重视，掌握冻结法施工技术已成为城市地下工程生产发展和社会竞争的需要。

本文从冻结法在城市地下工程中应用的基本技术特点和冻结方法入手，介绍了冻结法施工的原理和工艺要点，以及掌握和运用冻结法施工技术的现实途径等问题。

进一步指出了冻结法在施工过程中需要注意的若干问题，以促进冻结法在城市地下工程中的应用。

【关键词】冻结法；施工技术；城市地下工程；原理；应用0.前言冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水冻结，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6m/d），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。

据统计，发达国家都有较早应用冻结法技术的先例。

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，我国的水平孔冻结技术和斜井冻结技术也已经取得了很大的成功。

近些年来，随着城市地下工程的日益增多，特别是随着地下铁道建设的兴起，冻结技术已开始应用于城市地下铁道的隧道施工。

在北京市、上海市、广州市的地下铁道建设过程中，已经分别采用了垂直孔冻结技术、水平孔冻结技术，并取得良好的效果。

1. 冻结法施工的原理和工艺要点1.1 原理采用人工冻结技术，首先需要在准备冻结的地层中钻孔铺管，安装冻结器和盐水循环系统，然后利用人工制冷手段（低温盐水，液氮或干冰）提供冷量，通过低温在冻结器中循环，带走岩土热量，使岩土中的水结冰，将天然岩土变成冻土，形成整体性好、强度高、不透水的临时固结体，达到加固和稳定地层、隔绝地下水与地下工程开挖面的联系，达到安全、无水的施工环境的目的。

地下空间人工冻结技术的工程应用研究随着城市发展和土地利用的不断扩张，地下空间建筑已经成为了一个必然趋势。

然而，地下空间建筑的施工和维护都存在一定的困难，其中涉及到了土体冻结技术。

地下空间人工冻结技术可以实现土体的强制固结，保持土壤的稳定性和强度，从而使得地下空间建筑可以得到有效的保护和支撑。

一、地下空间人工冻结技术的原理地下空间人工冻结技术的原理是利用低温处理土壤，将土体水分凝固成冰，从而实现土体的固结和稳定。

一般来说，该技术采用直接冷却方法或间接冷却方法，并且通常需要进行多次冷却，直到达到理想的固结效果。

直接冷却方法是指将液态氮注入土壤中进行冷却，从而冻结土壤中的水分。

间接冷却方法是指在地下空间的顶部或周围安装冷却管路，通过高压制冷机制造负温度来冷却土壤。

两种方法的选择主要依据具体的地下空间结构和土体条件来决定。

二、地下空间人工冻结技术的工程应用地下空间人工冻结技术的应用范围非常广泛，包括隧道、地下车库、地下泊位、地下室等。

因为该技术可以有效地提高地下空间的承载力和稳定性，从而保障建筑结构的安全。

此外，在某些特殊的地下工程中，如污水管道等，地下空间人工冻结技术也可以被用来解决地基沉降问题。

三、地下空间人工冻结技术的前景和挑战随着地下空间的越来越多得到利用，地下空间人工冻结技术的前景非常广阔。

同时，该技术在实际工程中还存在一些挑战。

例如，冻结过程中会产生一定的应力变化，从而可能引起土体的破坏或者地下设施的损坏。

此外，该技术的应用还需要具备比较高的成本和技术要求。

为了克服这些挑战，需要进一步研究和开发新的地下空间人工冻结技术。

例如，可以研究冻结过程中土体的变形规律，从而有效降低冻结过程中的应力变化；或者研究新型的低温制冷设备，以降低成本和提高冷却效率等。

总之，地下空间人工冻结技术在地下工程领域中具有非常广泛的应用价值和前景。

然而，还需要进一步深入研究和开发，以满足不断增长的地下工程需求。

冷冻法施工
青年路地铁车站冷冻法施工技术在我公司是首次采用,为使大家对该技术有一定的了解,现将冷冻施工技术的运用范围、工艺原理和技术优点进行简要介绍。

◆运用范围
冷冻法施工技术适用于各类地层,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。

◆工艺原理
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。

◆技术优点
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。