我国冻结法施工技术及其发展_王宗金

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

4、积极冻结
积极冻结，就是充分利用设备的全部能力，尽快加 速冻土发展，在设计时间内把盐水温度降到设计温度。 旁通道积极冻结盐水温度一般控制在25~28℃之间。
在冻结试运转过程中，定时检测盐水温度、盐 水流量和冻土帷幕扩展情况，必要时调整冻结系统 运行参数。冻结系统运转正常后进入积极冻结。
积极冻结的时间主要由设备能力、土质、环境等决 定的，伤害地区旁通道施工积极冻结时间基本在35天 左右。 在积极冻结过程中，要根据实测温度数据判断冻土 帷幕是否交圈和达到设计厚度，测温判断冻土帷幕交 圈并达到设计厚度后再进行探孔试挖，确认冻土帷幕
岩土工程开挖之前，在开挖的工程（如隧道、 竖井、基坑等）周围钻造钻孔（冻结孔），利用人 工制冷技术，通过冻结孔对地层进行制冷。即从冻 结站冷冻机出来的低温盐水，通过管路压入开挖工 程周围的冻结孔中，低温盐水作为冷媒在土体内冻 结孔中循环，吸收土体热量，增加自身显热，不断 循环制冷，使地层中的水结冰，将松散含水岩土变 成冻土，形成强度高，封闭性好的冻结壁（冻土帷 幕）隔绝地下水的联系，同时抵抗周围岩土的压力
发育，地层富水，稳定性差、导水性好，且与上覆 淤泥、砂层接触，其施工成败直接关系到地面居民 生命财产安全及国家财产安全，施工难度与风险都 很大，属于广州地铁二号线隧道难点工程之最。经 过多次技术分析论证和经济比较，确定采用水平冻 结法加固地层，矿山法开挖构筑的施工方案。本区 间隧道风机房竖井北侧（TK14+738.85m以北）左线 53米和右线63.5米设计采用全断面水平冻结法加固 地层。 二、工程地质条件 2.1地质概况 该段地质构造与地层岩性变化复杂。清泉街断 裂带与地铁线路斜交，中山纪念堂战基坑北侧56米 宽的破碎带为冻结加固的主要对象。该断层破碎带
2.1可有效隔绝地下水，其抗渗透性能是其它 工法无法相比的，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。 2.2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。 2.3冻结法是一种环保工法，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 强融化，不影响建筑物周围地下结构。 2.4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。

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。

法施工 [ J] . 冰川冻土, 2005( 9) : 78 ~ 81. (收稿日期: 2007- 01- 17) 作者简介: 郭瑞 平 ( 1972 - ), 男, 河 北 邯郸 人, 工 程 师, E m a i:l xn jtdxbs@ tom. com。
中的应用 [ J] . 建井技术, 2005( 4) : 38 ~ 40. [ 2] 高树峰. 冻结加固技术在城市深基 坑工程中的 应用 [ J] . 西 部
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[ J]. 浙江建筑, 2005 ( 6) : 23 ~ 24. [ 4] 汪崇鲜, 楼根达, 马玉峰. 繁华 市区含水 地层水平 冻结及暗 挖
冻结法施 工工 序是: 施 工准 备 冻 结孔 施工 ( 同时安装冻结制冷系统 ) 安装冻结盐水系统和 检测系统 冻结 试挖 掘砌施工和围护冻结 现 场监测 冻结管拔除与冻结系统拆除。
冻结法具有封水性、复原性、绕障性、强度高、适 应性强、施工方便、环保无公害等特点, 是一种技术 可靠、工艺成熟的方法。它可在密集建筑区和现有 工程建筑物下施工, 不需进行基坑排水, 可避免因抽 水引起地基沉降造成对周围建筑物的不利影响。基 坑越深、开挖体积越大, 冻结法施工越具优越性。当 挖掘深度大于 10 m、地层复杂和邻近有重要建筑物 或生命线工程而不允许降水的情况下, 冻结法则是 最好的选择。
( 3) 拔管及充填。先拔靠近槽壁且位于隧道内 的第 1排冻结管, 依次拔第 2排, 最后拔隧道两侧冻 结管, 实行边拔边充填。所有钻孔共充填了 9. 5 m3 细砂, 2. 5 t水泥。
3 应注意的问题
3. 1 应用冻结法应注意的问题 ( 1) 水质对冻结 的影响。水中含有 一定盐份

盾构始发地层加固需要解决的技术问题，一是要保证打开地连墙时前方土体不坍塌，防止漏水。二是始发时，地层加固要为盾构始发后调整姿态创造条件，以防止盾构上仰、覆土失稳、地表隆沉等问题发生。根据设计提供盾构始发加固图采取下图所示的始发冻结加固形式。根据功能要求，冻结加固区分为两个部分，一是与地连墙紧贴的前冻土墙（封头冻土墙），其作用是保证打开始发口地连墙后前方土体不坍塌，不漏水；二是平衡段，由冻土拱和前冻土墙（平衡段冻土墙）组成，其作用是防止盾构始发后盾构机头上仰、覆土失稳和地表隆沉。
盐水循环和拔管示意图
⑵拔管顺序
①依次先拔第一、二排冻结管，不需完全解冻，冻结管拔至盾构上方，用钢管将其连接成网格，防止下沉，重新连接冻结系统继续冻结，防止盾构推进过程中浆液从融化的冻结孔中溢出。
②第三排冻结管，用于强制解冻，待冻土平均温度满足盾构推进时拔除该排冻结管至盾构上方，重新冻结。
③在隧道两侧的冻结管暂时不拔，待盾构穿过最后一道冻土墙后，再拔除该处冻结管并充填。
⑶适应性广。适用于任何含一定水量的松散岩土层，在复杂工程、水文地质如软土、含水不稳定层、流砂、高水压及高地压、埋深大等地层条件下冻结技术有效、可行。
⑷冻结工程施工最大的污染是钻孔时的少量的泥浆排出，冻结过程不向地层注入任何有害物质，冻结工程完毕后，地层自然融化恢复原有状况，不会在地层留下有碍于其它工程施工的地下障碍物，是一种“绿色”施工方法。
⑶其它
①拔管要在盾构进入洞口内，且安装好密封装置后进行，盾构头部距冻土墙不小于0.2m，以防影响拔管。
②在隧道范围内所有冻结管全部拔出后，盾构方可开始推进，防止盾构推进损坏冻结管，使其无法拔出。
5.2.6.
5.2.6.1.
设备安装完毕后进行调试和试运转。在试运转时，要随时调节压力、温度等各状态参数，使机组在有关工艺规程和设计要求的技术参数条件下运行。在冻结过程中，定时检测盐水温度、盐水流量和冻土墙扩展情况，必要时调整冻结系统运行参数。冻结系统运转正常后进入积极冻结，要求一周内盐水温度降至-20℃以下。

盐水水泥浆充填冻结管施工技术成中海;亓燕秋;王宗金【摘要】鉴于当前建井速度不断加快,矿山建设方一般要求在井筒冻结工程停冻后,即对冻结管进行充填.盐水水泥浆充填冻结管技术较好地解决了普通水泥浆及含水材料在负温环境下充填冻结管时的结冰堵塞问题,实现了停冻后及时充填冻结管,既可保证施工质量,又可缩短工期,也可为井筒后续永久锁口和改绞施工提前腾出作业场地.该项技术已先后在多个冻结井筒工程中,得到了成功应用,为井筒冻结工程提供了新的作业手段,也为废弃盐水处理找到了一条新的途径,是一项绿色环保技术.该项技术对推动我国冻结法凿井技术的发展有着积极的作用.【期刊名称】《建井技术》【年(卷),期】2017(038)006【总页数】4页(P24-27)【关键词】盐水水泥浆;冻结管;充填;负温环境【作者】成中海;亓燕秋;王宗金【作者单位】中煤特殊凿井有限责任公司,安徽合肥 230001;煤矿深井建设技术国家工程实验室(淮北),安徽淮北 235000;中煤特殊凿井有限责任公司,安徽合肥230001;安徽省特殊凿井工程技术研究中心,安徽合肥 230001;中煤特殊凿井有限责任公司,安徽合肥 230001;安徽省特殊凿井工程技术研究中心,安徽合肥 230001【正文语种】中文【中图分类】TD265.3+4人工地层冻结法是我国矿山建设中采用的主要特殊凿井工法，通常它采用盐水(冷媒剂)循环系统，将地面冷冻站制取的冷量源源不断地输送到地下，再由冻结管与土(岩)层进行热交换，在冻结管周围形成井筒施工所需的临时围护结构，即冻结壁。

随着冻结技术的进步，井筒冻结深度越来越大，冻结管不但要穿越不稳定的含水冲积层，还要穿越破碎岩层、含水岩层及井筒马头门等硐室结构，冻结孔、冻结管可能成为日后井筒外地层上下导水通道，给井筒安全使用带来威胁[1]。

为此，相关规范和标准对冻结管及管外环形空间充填要求作了规定，以防冻结孔、冻结管将井外地层涌水导入井内。

冻结法凿井施工技术探析作者：管玉华来源：《中国科技纵横》2014年第12期【摘要】本文论述了冻结法凿井的施工技术，其中，主要包括对井简冻结方案进行审查、冻结造孔施工的开展，以及控制冻结制冷施工的整个过程。

【关键词】冻结法凿井施工技术1 冻结法凿井原理及在我国的应用冻结凿井法是用制冷技术暂时冻结加固井筒周围不稳定地层并隔绝地下水后再凿井的特殊施工方法，又称冻结法凿井。

冻结法凿井在我国煤矿立井井筒施工中被广泛采用，为了满足目前冻结法施工的迫切需要，中国煤炭建设协会组织制定了“煤矿冻结法开凿立井工程暂行技术规范”，现已发布施行。

岩土工程冻结法通常是利用物质由液态变为气态，即气化过程的吸热现象来达到将土体中的水冷却、结冰的目的。

其制冷系统多以氨作为制冷工质。

为了使氨由液态变成气态，由气态又变为液态，如此循环进行，整个制冷系统是由三大循环构成：一是氨循环系统，二是盐水循环系统，三是冷却水循环系统。

这三种制冷系统一般可以获得-30℃～ -35℃的低温盐水。

冻结法的特点是技术可靠，安全性高，特别适用于在松散含水表土层的土木工程施工。

缺点是准备的时间比较长，需要的设备比较多，需要的成本较高。

我国煤矿立井冻结法凿井法采用的是传统的氨循环制冷技术。

它是在开挖井筒之前，采用人工制冷的方法，将井筒周围含水地层冻结成一个封闭的不透水的冻结壁，用于抵抗地压、水压，隔绝地下水与井筒之问的联系。

然后，在其保护下进行掘砌施工，待掘砌到预计的深度后，停止冻结，进行拔管和充填工作。

为形成冻结壁，首先在欲开挖井筒的周围打一定数量的冻结孔，孔内安装冻结器。

低温盐水在冻结器中流动，吸收其周围地层之热量，形成冻结圆柱并逐渐扩大连接成封闭的冻结壁，直至达到其设计厚度和强度为止，以便安全穿过含水地层。

冻结法凿井主要工艺过程包括：冷冻站安装、钻孔施工、井筒冻结和井筒掘砌四大内容。

2 对井简冻结方案进行审查第一，确定井帮暴露时间与深厚膨胀粘土施工段高。

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。

从地 层岩 芯倾 角测 量 数 据 看 ， 、 井 附 近 均 为倾 主 副 斜 地层 ， 层倾 角在 １ 。 ２ ， 地 ５～２ 。副井 在 ２ 。 ２左右 。体 现在
＊ 收稿 日期 ：０ ９０—３ ２ ０ —６０
作者简介 ： 王宗金（ ９ １）男 ， １ ７一 ， 安徽淮北人 ， 高级工程师 ， 从事冻结法施工 。
深冻结 孔 布 置 圈 径 上 ， 下 游 三 灰 底 板 的深 度 分 别 为 上
５７ 和 ５ ４ ７ｍ ８ ｍ。
１ １ 井 筒设计 概况 ．
杨营煤 矿 副立 井设 计 净 直 径 ６ 最 大掘 进 荒 直 径 ｍ，
１ ２ ４ 井 温 ．．
１． ５ 井 深 ６５ 表土 厚 ４０ 采 用 冻结 法施 工 ， ０ １ｍ， ７ ｍ， ７ ｍ， 冻 结深 度为 ５ ８ 刚穿 过三 灰岩 层 。 ８ ｍ，
了良好 的经济和 社会 效益 。
关键词 ： 三灰 ； 下水 ； 地 流速 高； 冻结 ； 息化 施 工 ； 急预 案 信 应 中图分 类号 ： ６ 文 献标识 码 ： 文章 编号 ：０ ４ ５ １ （Ｏ Ｏ ０ 一Ｏ ９ 一 Ｏ Ｐ４ Ｂ １Ｏ— ７ ６２ ｌ） ８ ０１ ２
１ 工 程 概 况
１ ２ 三灰及 其顶 、 板地质 及水 文地 质概 况 ． 底 １ ２ １ 地质 概况 ．．
副井 ７ ０ 井 温 ３ ．２℃ ， 温 梯 度 （ ．５ ４ｍ ３ ６ 地 １ ７～ ２０） １０ 一 般 为 １ ７℃ ／０ ｍ。三 灰 抽 水 水 温 ． ８ ℃／０ ｍ， ． ４ １０
２ ℃～ ２ ℃ 。地 温无异 常 。 ４ ６ ２ 方案 设计 与选 择
处理 。
主要 由泥 岩 、 岩 、 岩 和煤 层 组 成 ， 揭露 六 层 灰 岩 ， 砂 灰 共 即三 、 、 、 、 、 灰 。其 中 三 灰 深 度 ：５８ ３ 五 七 八 九 十 ６． ～ ５ ３８ｍ， ７．０ 层位稳 定 ， 厚度 较大 ， 部裂 隙 、 洞 发育 ， 顶 溶 钻 进 时钻具 自动下 降 。三灰 为井筒 基 岩段 的主要 含水 层 。

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。

冻结法凿井快速施工技术在工程中的应用冻结法凿井快速施工技术在工程中的应用摘要：结合某煤矿中央回风立井冻结表土段凿井施工工程, 该井筒深1005m, 其中冻结段深618m。

介绍了在冻结法施工中所采用的综合机械化配套方案和多项新技术、新工艺、新设备，实现了快速施工。

关键词: 冻结法；立井井筒；机械化配套设备;快速施工中图分类号： TD262 文献标识码: A文章编号:近年来，冻结法凿井施工技术应用越来越广泛，尤其对于冲积层较厚的煤矿建井施工能有效起到安全快速的作用。

所谓冻结凿井法（freeze sinking method），即是采用制冷技术暂时冻结加固井筒周围不稳定地层并隔绝地下水后再进行凿井的特殊施工方法.1862年英国首先将人工制冷方法用于基础工程，1883年德国最早用人工冻结法开凿立井，我国是1955年首次在开滦林西煤矿开凿风井中开始应用。

冻结法是特殊凿井的主要方法之一,虽然需用设备较多，工期较长,成本较高，但安全可靠，施工技术较成熟。

现结合工程实例,就实现快速施工所采取的相关技术措施作简要探讨。

该煤矿中央回风立井, 井筒净直径7。

5m，深度1005m，其中冻结段深度618m，基岩段深度387m.冻结段为双层钢筋混凝土井壁，混凝土强度等级C50～C75.井筒冻结段穿过第四系表土层，主要以粘土和砂土为主.1 凿井施工综合机械化配套方案井筒冻结表土段快速施工的关键环节是掘进、提升运输和砌壁；应根据井筒表土层实际情况和合同要求，合理选用能满足相应工序要求的施工设备。

选用综合机械化配套设备如下：CX55型挖掘机掘进，多台风镐、凿岩机、铁锹等刷帮,HZ-6型中心回转式抓岩机装矸。

主提升为2JK—4.0×2。

1（Ⅱ）E型提升机，配单钩5.0m3 吊桶提升。

副提升为JKZ—2。

8/15。

5型提升机，配单钩4。

0m3吊桶提升，座钩式自动翻矸；矸石落地后，铲车装载，自卸式汽车排矸。

设置3 层吊盘, 采用4台德国产JZ-25/1300 型稳车悬吊，提落集中控制。

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。

我国以往深井冻结施工经验和工程类比法综合分析1 冻结法凿井原理Principle 1 freezing method sinking冻结法起源于天然冻结，随着人工制冷技术的发展和应用，出现了人工冻结。

冻结法在矿井建设中多用于立井的开凿，井筒直径大小和深度基本不受限制。

通常，当存在不稳定地层或含水极丰富的裂隙岩层，地下水含盐量不大，且地下水流速较小时(流速V＜17～10m/s)，均可使用冻结法。

冻结法凿井就是在不稳定含水地层中进行施工时，利用人工设置的冻结管，在冻结管内循环冷媒剂，将井筒周围岩层的热量带走，冻结形成封闭的圆筒——冻结壁，抵抗地压、承受水压力和隔断地下水，在冻结壁的保护下进行开挖地层和砌筑井壁的一种特殊施工方法。

冻结法凿井在煤矿特法建井中具有明显的优势，既能用于不稳定的含水层,又可用于基岩含水层，既可应用于立井，又可应用于斜井及风道口工程，适应性强，安全可靠。

Freezing method originated in the natural freezing, with the development and application of artificial refrigeration technology, the artificial freezing. Freezing method in the mine construction more digging for vertical shaft, shaft diameter basic there is no limit on the size and depth. Normally, when there is unstable or water-bearing stratum is extremely rich infracture rock, salt content, groundwater and groundwater flow rate is small (velocity V < 17 ~ 10 m/s), all can use freezing method. Freezing method sinking is in water-bearing strata instability during construction, the use of artificial frozen pipe set, in a frozen pipe circulation cooling agent, will be around the wellbore rock heat away, and forms a closed cylinder - frozen frozen wall, partition groundwater, resistance to pressure, water pressure and strata under the aegis of the frozen wall for excavation and masonry wall is a kind of special construction method. Freezing method sinking in coal mine, has obvious advantage in the method to build Wells, can be used for both unstable aquifer, and can be used in the bedrock aquifer, can be applied to the shaft, and can be used in deviated well and wind crossing project, the adaptability is strong, safe and reliable.2 工程实例Two engineering cases某煤矿主井井筒深度805m，井筒净直径7.5m, 最大掘进直径12.4m，最大掘进工作面积121m2；井筒采用双层钢筋混凝土井壁支护, 双层井壁自上而下分5次变厚, 其总厚度为1.10～2.30m，井壁混凝土强度等级为C40～C75；内外壁之间夹2层1.5mm厚的聚乙烯塑料板, 外壁外侧增加1层厚25～75mm的聚苯乙烯泡沫板。

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。

（） ４本井 积极冻 结期 处 于冬 季 ， 有利 于提 高 冻结 这
５２ 冻结 孔布置 优化设计 （ ． 见表 ４ ）
表 ４ 冻结孔布置设计
站的制冷效率 ， 进一步确保了强化冻结的实现。 （） ５冻结厚度设计基础参数除了冻结壁平均温度由 原设计的一１℃调整为－２℃外 ， ８ － ０ 其余参数均未改变。
（） 制层位及 冻土平 均温度 的选取 ： ２控 设计控 制层埋 深 ：５ｍ（ ５８ 粘土 ） ；
设计冻 结壁平均 温度 ： ２ ℃ 。 － ０
（） ３冻土强度： 单轴极 限强度为 ８ ８ＭＰ ， ． ８ ａ取安全 系数 ｍ＝２ ５则 冻土 计算强度 为 ３ ５２ ａ ．， ． ５ＭＰ 。 （） ４冻结井帮温度 ： ０ 以下不高于一８ ５ ｍ ０ ℃； （） ５钻孔偏斜 控制 ： ① 钻 孔 靶 域 ： ４ ｍ 以 上 ≤ ０ ｍ， ４ ｍ 以 下 ４０ ．８ ４ ０
空帮时 间 、 外壁 掘进 速 度 、 结 壁外 侧 扩 展 厚 度 等关 键 冻
＊ 收 稿 日期 ：０ ９０ —３ ２０ —６０
作者简介 ： 王宗金 （９ １）男 ， １ ７ 一 ， 安徽淮北人 ， 高级工程师 ， 从事冻结法施 工工作 。
１６ ０
西部 探矿工 程 计算层 位地压 ： ＝７２ ； ｐ ．５ 计算得 ： Ｅ＝９７４ ．２ｍ。
比较项 目
原方案
优化方案
要求 ） 盐水 在冻 结器 内处 于层 流状态 ， 大降低 了传 递 ， 大 冷量 的效果 ， 而削弱 了冻 土 的扩展速 度 。 从 （ ） 结管变 形较 大 是 造成 断 管事 故 根 本 原 因 ， ２冻 而 冻结 管 的变 形量 又主要 取决 于冻 结壁 的变形 量 （ 冻结 壁 的变形 包括 冻胀变 形 、 筒掘 进过 程 中 的超 前变 形及 工 井 作面底 鼓和 井帮支 护前 的缩 径等 ） 。鉴 于冻 结壁 的结 构 形 式 、 力状 态及 冻 土蠕 变 特性 ， 圈 管冻 结 时 内圈 最 应 三 容易 断管 ， 中圈次 之 ， 圈 最不 易 断管 。理 论 及 工 程 实 外

隧道综合管廊冻结法书籍摘要：一、引言二、隧道综合管廊简介1.定义2.作用3.我国发展现状三、冻结法原理1.冻结过程2.冻结法施工工艺四、冻结法在隧道综合管廊中的应用1.适用场景2.优势3.实际案例五、冻结法施工注意事项1.前期准备2.施工过程中的控制要点3.安全措施六、我国隧道综合管廊冻结法的发展趋势1.政策支持2.技术创新3.市场需求七、结语正文：一、引言随着我国城市化进程的加快，地下空间资源的开发与利用愈发受到重视。

隧道综合管廊作为解决城市地下空间利用问题的重要项目，得到了广泛关注。

本文将介绍隧道综合管廊的冻结法施工技术，分析其在实际工程中的应用，并对未来发展进行展望。

二、隧道综合管廊简介1.定义隧道综合管廊是指在城市地下建设的一个集中管线走廊，主要用于集中安装各类城市公共工程的管线，包括电力、通信、燃气、给排水等。

2.作用隧道综合管廊的建设有以下作用：（1）提高城市地下空间利用率，缓解地面交通压力；（2）有利于管线检修和维护，降低城市道路挖掘对交通的影响；（3）提高城市基础设施建设水平，促进城市可持续发展。

3.我国发展现状近年来，我国隧道综合管廊建设取得了显著成果。

政策扶持、技术创新和市场需求共同推动了我国隧道综合管廊产业的快速发展。

三、冻结法原理1.冻结过程冻结法是一种利用人工制冷技术，将地下土壤冻结，形成封闭的冻土帷幕，以抵抗地下水压力和土壤变形。

冻结过程主要包括制冷系统、冻结管和监测系统三个部分。

2.冻结法施工工艺（1）搭建制冷系统：根据工程需求，设计合适的制冷设备和制冷剂；（2）布置冻结管：按照设计图纸，将冻结管埋设到地下；（3）启动制冷系统：将制冷剂循环制冷，使地下土壤冻结；（4）监测与调整：实时监测冻结进度和地下水文地质条件，根据实际情况调整制冷参数。

四、冻结法在隧道综合管廊中的应用1.适用场景冻结法适用于地下水位较高、土层稳定性差的地区，以及城市繁华地段、重要交通干线等需要减少对地面交通和居民生活影响的项目。

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该含水层的地下水不会对本r的掘进升采造成影响通过数值模拟实验和现场探放水钻孔试验艇现主井涌水的主要原因是冻结管解晦再白华系洛河组中的裂隙一孔隙水在冻结矾环状牵间汇集其具有一定压力及补给量时矿井构筑物造成破矿井井解冻结艟t完成蓐坫壁解琢后藏结孔与冻结管之间形成的环状空间便成丁水力联系导水通道将市井从地面到井底所有的含水层连成一体原来的隔水层失去隔水怍hj由于冻结扎的垂向导水作用接近地表易受地袁水补给的含水坛成为日井水害主要水源啄乖补绗条什514差的株部煤系地崖音水层得劓一个较为充分的补给源槛易造成井简f1水井壁和井下钩筑物破坏将k期威胁冻结法施矿井的安全22冻结孔环状卒司导水的危害性如罔3所示采用solidworks对胡家河土井箕斗装载硐室拱顶受单个冻结孔小柱压力状态下变形隋况进行计算分析发现
３．３
道，以彻底根治井筒水害的施工方法。该方法经陕 西省科技厅组织鉴定达到国际领先水平．并已申报 国家发明专利［９１。 环形措施巷封堵冻结孔防治解冻水害方法．是 在上覆含水层下方稳定岩层中井筒冻结孔的外围， 施工小断面环形截水巷道。再通过挖掘耳硐，揭露 冻结管，对揭露冻结管进行封闭并预埋注浆管。然 后通过耳硐回填、冻结管及管外环状空间注浆、环 形截水巷回填。在上覆含水层下方稳定岩层形成一 个环形混凝土隔水体，彻底截断冻结管及环状空间 形成的垂向导水通道。治理冻结法施工水害问题１９１。 ４结论 随着矿井井筒冻结深度的不断增加，冻结法施 工解冻水害问题日渐突出。文以陕煤彬长胡家河矿 井地质条件为例．分析了深井冻结法施工解冻水害 的作用机理和危害性。现有防治方法主要是壁后注 浆和射孔注浆。但这两种方法都存在很大局限性。 胡家河矿井采用了环形措施巷防治解冻水害新技 术。对解决类似条件下井筒解冻水害具有重要的参 考价值。