冻结法在隧道工程中的应用与研究

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。

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。

隧道施工技术的最新进展隧道施工技术一直是工程建设领域中备受关注的话题，随着科技的不断发展和创新，隧道施工技术也在不断取得新的突破和进展。

本文将就隧道施工技术的最新进展进行探讨，介绍一些目前在隧道施工领域中被广泛应用的新技术和新方法。

一、盾构隧道施工技术盾构隧道施工技术是目前隧道工程中应用最广泛的一种方法，其优点在于施工速度快、施工质量高、对周围环境的影响小等。

在盾构隧道施工技术中，随着盾构机的不断改进和升级，其施工效率和适用范围也在不断提高。

目前，一些新型的盾构机在施工过程中采用了智能化控制系统，能够实现对隧道施工过程的精准控制，提高施工效率和质量。

二、冻结法施工技术冻结法施工技术是在特殊地质条件下应用较多的一种隧道施工方法，其原理是通过在地下隧道周围注入冷却剂，使地下水结冻，形成一层冻土屏障，从而实现隧道的施工。

近年来，随着冷却剂和冷却设备的不断改进，冻结法施工技术在应对复杂地质条件下的隧道施工中表现出色，取得了一定的成效。

三、地下爆破技术地下爆破技术是传统的隧道施工方法之一，但随着爆破技术的不断发展，地下爆破技术也在不断创新和改进。

现代地下爆破技术采用了先进的爆破药剂和爆破装置，能够实现对爆破过程的精确控制，减少对周围环境的影响，提高爆破效率和安全性。

同时，地下爆破技术还广泛应用于隧道掘进和岩石开采等领域，为工程建设提供了重要支持。

四、隧道掘进机技术隧道掘进机是隧道施工中常用的设备之一，随着隧道掘进机技术的不断创新和改进，其在隧道施工中的作用日益凸显。

目前，一些新型的隧道掘进机采用了先进的液压系统和控制系统，能够实现对隧道掘进过程的精准控制，提高施工效率和质量。

同时，隧道掘进机还广泛应用于软土隧道和岩石隧道等不同地质条件下的隧道施工，为工程建设提供了便利。

五、无人机技术在隧道施工中的应用无人机技术作为近年来快速发展的新兴技术之一，也在隧道施工领域得到了广泛应用。

通过无人机可以对隧道施工现场进行实时监测和勘察，为施工过程提供数据支持和安全保障。

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。

冻结法加固应用于盾构隧道施工浙江大成建设集团有限公司章履远由于搅拌桩、注浆、高压旋喷等土体加固方法存在土体加固不均，可能存在局部薄弱带而不能封堵具有压力的地下水。

而采用冻结土形成的冻结帷幕，其冻土墙均匀性好、强度高（大于3MPa ）。

尤其是冻结体与井壁能做到无缝对接，可保证滴水不漏。

因此，大直径的泥水平衡盾构大多采用冻结法加固技术。

大直径泥水平衡盾构使用最多的是日本，其进出洞土体加固大多采用冻结法。

1995 年，上海延安东路南线隧道，11.22m 泥水盾构，当时始发井采用水泥土搅拌桩加固，盾构出洞始发，因覆土浅产生冒浆而不能建立泥水平衡，影响了3 个月工期后，最后改用冻洁法加固土体取得成功（国内第一次）。

从2001 年以来，上海的泥水平衡越江隧道，如大连路隧道、复兴东路隧道、翔殷路隧道、上中路隧道等都采用了冻结法加固取得成功。

因此，掌握冻结法施工技术对隧道工作者来说，也是必不可少的工作。

然而，冻结法施工最大缺点是施工成本高，冻融隆沉大，应该懂得采取相应技术措施。

下面就来谈一谈冻结法的施工和用冻结法施工的成功案例。

一、冻结法施工技术1、概况：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，从而增加岩土的强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁保护下进行隧道、竖井、地下联络通道和其他地下工程的开挖与施工的一种特殊施工技术。

其实质是人工制冷技术临时性改变岩土的状态以固结地层。

冻结法施工技术在矿井建设、地基基础工程、水利工程、河底隧道、地下铁道和其他地下工程中，当遇到不稳定地层或含水量丰富地层、裂隙岩层等，只要是地下水含盐量不大，且流速慢（6m/d ）都可以采用冻结法固结地层，完成地下工程施工。

英国人和德国人早在1862 年、1883 年利用冻结技术完成建筑基础、煤矿深井施工。

1886 年、1906 年瑞典和法国用冻结法施工人行隧道，穿越河底地铁工程。

前苏联、日本也在20 世纪70 年代用冻结法施工地铁隧道，排水管等。