冻结法施工

工程学学科术语

冻结法施工，是指在含水土层内先钻孔打入钢管，导入循环的液氮，使周边的地层冻结，形成坚硬的冻土壳。它不仅能保证地层稳定，还能起隔水作用，可以进行深基坑的挖土。我国一些煤矿井筒工程，用此法施工，最长达500m。近年来，此法已推广到其他土木工程中。

施工特点

公司在上海地铁隧道旁通道工程施工中，采用了冻结法加固的施工方法，通过对施工工艺的归纳总结，以及参考有关施工技术资料，形成本工法。

冻结法适用于各类地层尤其适合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冻结法施工有以下特点：

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。

使用范围

冻结法适用于各类地层，主要用于煤矿井筒开挖施工。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

冻结法是利用人工制冷技术，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。

工艺流程

施工操作要点：施工时，应不断对每个施工工序进行管理。控制冻结孔施工、冻结管安装、冻结站安装、冻结过程检测的质量。

冻结孔施工

冻结管试漏与安装

冻结系统安装与调试

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。

积极冻结阶段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，上海地区旁通道施工积极冻结时间基本在35天左右。

维护冻结

维护冻结，就是通过对冻结系统运行参数的调整，提高或保持盐水温度，降低或停止冻土的继续发展，维持结构施工的要求。旁通道维持冻结盐水温度一般控制在-22～-25℃之间。维护冻结时间由结构施工的时间决定。

维护冻结阶段在积极冻结过程中，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，确认冻土帷幕内土层无流动水后（饱和水除外）再进行正式开挖。正式开挖后，根据冻土帷幕的稳定性，提高盐水温度，从而进入维护冻结阶段。

工程监测

6.1工程监测的目的工程量测作为该工法的一项重要施工内容。其目的就是根据量测结果，掌握地层及隧道的变形量及变形规律，以指导施工。由于旁通道施工位于地下十多米处，为防止施工时对地面周边建筑、地下管线、民用及公共设施带来不良影响，甚至严重破坏。对施工过程必须有完善的监测。

机具设备

1、冻结法施工旁通道所用设备见表1表1

旁通道冻结施工主要机械设备表序号设备名称规格、型号数量额定功率能力

1 螺杆冷冻机组 JYSGF300II 2台 110KW 87500Kcal/h

2 盐水泵 IS125-100-200 2台 45KW 200m3/h

3 冷却水泵 IS125-100-200C 4台 15KW 120m3/h

4 冷却塔 NBL-50 4台 15m3/h

5 钻机 MK-50 1台

6 电焊机 BS-40 2台

7 抽氟机 1台

说明：以上1-4项冻结设备均备用一台。冻结设备详见附图

2、冻结法施工旁通道所用量测设备见表2表2

旁通道冻结施工主要量测设备表序号设备名称规格、型号数量备注

1 经纬仪 J2 1台

2 测温仪 GDM8145 1台测量冻土温度

3 精密水准仪 1台

4 打压机 20MPa 1台冻结器打压试漏

5 收敛仪 1台冻土帷幕收敛

6 钢卷尺 20m 1把

质量标准

质量标准由于冻结法施工工程技术难度高，施工风险大，工程中不可预测因素多，故此对质量要求极高。主要按照《GB_50213-2010煤炭井巷工程质量验收规范》、《煤矿井巷工程施工及验收规范·GBJ213-90》、《煤矿井巷工程质量检验评定标准·MT5009-94》标准要求进行施工。除了参照国家有关标准外，还应着重注意以下几点：

1、冻结帷幕设计时应选择比较安全的计算模型，要有足够的安全系数；

2、冷冻机组制冷量在设计时，取较大的备用系数；

3、钻孔的偏斜应控制在1%以内；

4、终孔间距不大于1.0m；

5、在冻土帷幕关键部位，多布置测温孔，监测冻土帷幕的形成过程和形成状况。

劳动力组织冻结法施工技术要求高，专业性强，且由于其特殊性，现场需配备土建工程师、机械工程师、电气工程师和测量工程师。

作业人员配备人员见表3：

表3 作业人员配备人员

工作项目工种人数备注

冻结孔施工打钻工 15人进入冻结阶段可转为普通工冻结管安装

冻安工 9人进入冻结阶段可转为普通工机械维修

机修工 3人电气维修