冻结法原理及应用

隧道综合管廊冻结法书籍【实用版】目录1.隧道综合管廊冻结法书籍概述2.冻结法的原理3.冻结法的应用实例4.冻结法的优缺点分析5.结论正文【1.隧道综合管廊冻结法书籍概述】《隧道综合管廊冻结法书籍》是一本关于冻结法在隧道工程中应用的专业书籍。

书中详细介绍了冻结法的原理、方法、设备以及在隧道工程中的实际应用，旨在为隧道工程师和相关技术人员提供一种有效的施工方法。

【2.冻结法的原理】冻结法是一种在地下工程中用于固结土壤和岩石的方法，主要通过在施工区域周围设置冷冻管，利用低温盐水或制冷剂将地下土壤和岩石冻住，从而达到固结的目的。

冻结法的原理主要基于土壤和岩石的冻胀作用，即在低温条件下，土壤和岩石中的水分结冰，体积膨胀，对周围产生压力，从而达到固结效果。

【3.冻结法的应用实例】冻结法在隧道工程中有着广泛的应用，例如：在盾构隧道掘进过程中，为了防止盾构机前方土体塌方，可以采用冻结法加固土体；在隧道开挖过程中，为了防止隧道塌陷，可以在开挖面周围设置冷冻管，采用冻结法进行固结。

此外，冻结法还适用于地下水治理、地基加固等工程。

【4.冻结法的优缺点分析】冻结法的优点：（1）适用于各种地质条件，尤其适用于软弱地层和含水地层；（2）施工过程中对环境影响较小，基本无污染；（3）固结效果好，能够有效防止隧道塌方等事故。

冻结法的缺点：（1）设备投入较大，施工成本较高；（2）施工技术要求较高，需要专业人员操作；（3）有一定的技术风险，如冻胀作用过大可能导致周围建筑物损坏。

【5.结论】《隧道综合管廊冻结法书籍》详细介绍了冻结法在隧道工程中的应用，该方法具有较好的固结效果，适用于各种地质条件。

然而，冻结法也存在一定的缺点，如施工成本较高、技术要求较高等。

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。

冻结法施工原理冻结法在地下工程中应用较广泛，特别是在地铁、隧道和沿海工程中得到了较好的应用效果。

本文将主要阐述冻结法在地下工程中的施工原理。

冻结法概述冻结法，是一种利用低温材料将地下的水固化，形成临时的坚固物质来防止水和泥土进入地下工程中的技术。

通过这种技术，可以保证地下工程不受地下水压力和泥水流影响，达到施工的目的。

冻结法原理冻结法的原理是将地下的水通过注入低温物质的方式使其冻结，在形成一层冰壳之后将其视作固体，使其对地下施工具有一定的支撑作用。

具体来说，由于地下水中的大多数矿物和大颗粒物质都会随着水一同被冻结在冰中，因此冰的强度会显著增加。

这就使得内部水压力无法将冰层挤破，从而达到了抵抗水压力的效果。

此外，施工时，在冰层上方填充泥浆、混凝土等松散质料时，由于冰的支撑作用，可以有效避免松散质料倾泻到施工区域，对施工造成影响。

冻结法施工流程冻结法施工流程大致分为以下几个步骤：1.确定施工区域范围和冻结液注入点，根据需要选择注入点的数量和位置，注入点之间应该均匀分布，以达到较好的效果。

2.在注入点注入冻结液，通常会采用井孔灌注的方式进行，将注入孔灌注到达一定的强度时，便可形成冰层。

注入冻结液的过程中，要注意掌握液体的渗透速度，避免影响效果。

3.冻结液注入完成后，需要等待一段时间，直至冰的结构和强度达到要求，才可进行下一步施工。

4.在冰层上方填充泥浆或混凝土等松散质料，进行二次施工。

5.当施工完成后，需要及时回收注入的冻结液，避免对环境造成影响。

冻结法的优势与其他施工方式相比，冻结法在以下几个方面具有明显优势：1.强度高。

冻结法在地下工程中形成的冰层硬度较高，能够有效支撑工程结构，避免结构坍塌。

2.抗水性强。

由于冻结法形成的冰层具有较高的抗水性，能够有效避免地下水渗漏，对工程的成品质量有着保障作用。

3.适用范围广。

冻结法在地下工程中的适用范围广，可以在砂质土、黏土、岩石等地质条件下适用。

4.施工工艺简单。

冻结参数确定教学目标：冻结法施工的冻结参数确定课时：1教学内容：一、冻结法的实质和适用条件1、实质人工冻水成冰，抵抗地压2、适用条件各种不稳定的松散含水层或含水丰富的岩层中二、工作原理1、压缩循环2、水循环3、冷盐水循环三、冻结参数1、表土地压p=0.013Hp: 计算深度处地压，MPaH: 计算深度，m2、冻结壁厚度计算'100m内按第三强度理论计算公式为：按第四强度理论计算公式为：P69D。

＝Dj十2(ηEd十eH)Ed——冻结壁厚度，m；r ——冻结壁内半径，m;p ——计算截面深度处地压，P＝0.013H,MPaH ——计算截面深度，通常取表土深度，m；[σ]——冻土的容许应力，[σ]=σ/K,MPaσ——冻土极限抗压强度，取冻土长时强度，MPa，K——安全系数，一般取K＝2.0~2.5；3、冻结孔布置D2=D1+2*0.55E+2mH式中：D2——冻结孔布置圈直径，mD1——井筒掘进直径，m,E———冻结劈厚度，m,H——冻结孔深度，m,m——钻孔允许偏斜率,当冲积层厚度<300m时,m＝0.2-0.3％I当冲积层厚度＞300m时,M＝0.3-0.35％冻结孔数目采用以下公式计算:N=πD2/lN——冻结孔数目，个D2——冻结孔布置圈直径，贝；l——开孔间距，m冲积层厚度＜300m时，l＝1．2~1．4m，通常取l.3m冲积层厚度＞300m时，l=1．25~1．30M。

4、冻结时间确定冻结壁达到设计厚度时，所需冻结时间T=R/v式中：T——冻结时间，dR——冻结圆柱扩展半径，mmv——冻土扩展速度，mm/d5、冻结能力Q＝KqπdHN式中:K——冷量损失系数，一般K＝1．1~1．2；q——冻结管单位面积导热能力，一般为921~104 rkJ／(m2．h)；d——冻结管外直径，m；H——冻结管深度，m；N——冻结管数目，个．四、小结五、作业80-85m，井直径6m，求D2、Q、T。

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。

冻结法凿井常见问题及其预防介绍了冻结法凿井的原理及冻结法在国内应用概况，对冻结法凿井过程中常见的问题诸如水文观测孔阻塞、冻结孔偏斜、掘进段高的确定、冻结管断裂及冻结井外壁破裂等方面进行了探讨并提出了相應的解决办法。

标签：冻结；凿井；施工；问题一、冻结法凿井原理在开凿井筒前，将井筒周围含水层用人工制冷方法，冻结成封闭的圆筒形冻结壁，以抵抗地压并隔绝地下水与井筒的联系，在冻结壁的保护下进行掘砌作业的施工方法。

二、我国冻结法凿井技术应用概况我国冻结法凿井起源于开滦矿区。

1955年，我国从波兰引进冻结法凿井技术，首次应用于开滦林西风井，获得了成功。

1956年唐家庄风井，自己设计施工，用国产设备，采用冻结法凿井，又获得了成功。

这为我国特殊凿井施工方法的推广应用开辟了新的途径。

随后冻结法凿井技术在全国得到推广应用。

三、冻结法凿井常见问题1、水文观测孔堵塞在井筒开挖前要根据水文观察孔的水位变化情况确定冻结柱是否交圈、交圈是否良好。

当冻结圆柱交圈后，井筒周围便形成一个封闭的冻结圆筒，由于水变成冰后体积膨胀，水文观察孔内水位上升，以致溢出地面，水文观察孔溢水是冻结圆柱交圈的重要标志。

2、冻结孔偏斜冻结孔施工存在偏斜情况，为了达到预期的冻结效果就要对冻结孔偏斜率提出要求：位于冲积层的钻孔不宜大于0.3%，但相邻两个钻孔终孔的间距不得大于3m；位于分化带及含水基岩的钻孔，不宜大于0.5%，但相邻两个钻孔的终孔不得大于5m；对于径向偏斜，均控制在500～800mm范围内。

当相邻两个钻孔的偏斜值超过上述规定时，应补孔，防止冻结壁开窗，涌砂冒泥，造成淹井事故。

3、影响掘进段高的因素掘进段高是指掘进段未经支护的高度。

到目前为止，冻结井筒掘进段高计算理论不少，但还没有公认的可靠的计算方法。

主要原因是影响段高的因素甚多，理想模型不能真实描述复杂的现实施工情况。

目前只能采用工程类比法，按施工经验选取。

由于段高大小直接影响施工速度、施工安全、井壁质量及经济效果，所以，一直为人们所重视。

冻结法名词解释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。

最早用于俄国金矿开采，后由德国工程师用于煤矿矿井建设获得专利技术趋于成熟，已广泛应用于地铁、深基坑、矿井建设等工程中。

详细介绍了其起源、基本原理、制冷系统、加固机理以及施工方法等。

冻结法的定义为[1]：用人工制冷的方法，将待开挖地下空间周围的土体中的水冻结为冰并与土体胶结在一起，形成一个按照设计轮廓的冻土墙或密闭的冻土体，用以抵抗土压力，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，常用于竖井工程。

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冻结技术是利用人工制冷技术[1]，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。

冻结法凿井技术在立井施工中的应用摘要：结合工程实例，介绍了冻结法凿井技术的原理,施工技术方案冻结施工中，冻结技术与制冷设备施工关键技术时的注意事项，分析了冻结法凿井的关键问题，认为在施工过程中，对出现的冻结深度、水文观察孔堵塞、冻结孔偏斜、冻结管断裂、冻结井壁变形破裂、施工监测等问题要特别重视，才能使冻结的效果达到凿井的要求。

关键词：深井冻结; 机械化设备配套; 施工技术; 快速凿井冻结管断裂；井壁变形破裂 1 冻结法凿井原理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。

2 工程实例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。

该矿矿区表土层厚568.45m，主要成分为砂(砾)、砂质黏土、黏土。

砂砾层富含水, 最厚的砂(砾) 层为18.00～19.51m，砂砾层累计总厚度为309.5m，黏土层累计厚度为253.7m。

根据井筒地质检查孔冻土试验报告, 该井筒表土层厚, 黏土层含水量小，试验土层的冻结温度较低，其土层冰点温度平均为-1.7℃，最低达-2.8℃；冻土强度偏低，冻胀特性明显, 试验各个土层最大冻胀力平均为0.58MPa, 土层最大冻胀率平均为3.06%。

冻结法施工原理
冻结法施工原理是一种利用低温使土壤结冰，形成一个具有一定强度和稳定性的冻结区域的方法。

其主要原理是通过控制冻结区域的温度使土壤结冰，形成一层坚固的冰壁，从而实现对土体的固化和加固。

冻结法施工原理可以简述为以下几个步骤：
1. 降低温度：通过向冻结区域注入冷冻液或通过制冷机等设备降低温度，使土壤开始结冰。

2. 结冰过程：冷却后的水在渗透土体时，会与土壤中的热量交换，导致土壤的温度逐渐下降，达到冰点以下，形成冰的晶核。

然后这些晶核会不断生长，直至整个土体结冰。

3. 冻结区域的控制：通过控制冷却液的温度和注入速度，可以控制冻结区域的范围和形状。

一般情况下，冻结区域可通过在土体周围布置冻结管，使冷冻液沿管道循环流动，从而形成一个闭合的冻结区域。

4. 维持冻结状态：一旦土体结冰形成冻结带后，需要维持其冻结状态，以防止结冰带的融化。

通常采用持续供应低温冷冻液或通过加热外表面的方法保持冻结带的稳定。

冻结法施工原理主要适用于土层中有大量水分或含有一定量可渗透的水时。

它可以用于基坑围护、地下工程的封固、地铁等
工程中。

该方法可以有效地增强土体的强度和稳定性，并可以减少渗水问题的发生。

冻结法施工的原理一、冻结法的基本概念冻结法，这个名字一听就让人觉得像是某种神奇的魔法，其实它的原理并不复杂，基本就是通过低温将地下水冻成冰，从而形成一层坚固的“冰墙”。

你可以想象成冬天结冰的河面一样，这种冻结的冰壁能把周围的土壤和水都牢牢锁住，形成一个稳定的“屏障”。

为什么要这么做呢？其实很简单，建筑工程中，有时候需要在水位比较高的地方进行开挖，尤其是一些地下结构的施工，比如地下车库、地铁站等。

如果不控制地下水的流动，施工就会变得困难重重。

这个时候，冻结法就派上了大用场。

想象一下，地下水在土壤里流来流去，你要是开挖一块地方，那水肯定会涌上来，根本无法施工。

这就像你在浴缸里放水，水不停地流出来，根本容不下更多水。

而冻结法的作用，就像给这个浴缸加个厚厚的冰层，把水都困在冰里不让它乱跑。

这样一来，施工就可以顺利进行，工人们也能在不被水困扰的环境下安全工作。

二、冻结法的操作步骤这项技术的操作步骤，说起来其实很简单，但做起来就得讲究点技巧。

要在施工区域周围打入一些冷却管，这些管子里面会不断流通冷却液，通常是低温的液体。

这个冷却液可不一般，它必须能够承受住低温，不然可就不灵了。

管道的作用就是把冷却液通过这些管子不断循环，冷却液流过之后，就能把周围的土壤和水冻结成一层厚厚的冰层。

就像在严冬中，把水放在外面冻成冰块，时间长了，冰就能把周围的环境冻住。

大家不要以为冰墙就能一成不变。

毕竟，土壤、环境温度这些因素都很复杂。

冻结法施工需要不断监控温度变化，如果温度不够低，冰层可能会融化，水就又开始流动了，那前面的一切努力就白费了。

所以，施工时对温度的控制，简直就是细致入微。

冷却液必须精准调节，不能高也不能低，就像做菜时的火候掌握。

要是火大了，菜就焦了；火小了，又煮不熟。

控制得恰到好处，才能保证冰层结得稳。

三、冻结法的应用场合冻结法施工，这么高大上的技术，应用的场合也很广泛。

最典型的就是地下工程了。

你可以想象一下，如果在一个地下水丰富的地方开挖地下隧道，水流一下就能把你的施工区域淹没。