摘 要：随着我国经济的高速增长，基本建设的不断加大，冻结法在矿井开挖及公路隧道等领域得到了越来越广泛的运用。本文就冻结法及其施工方法和存在的问题进行探讨，着重论述施工工艺和常见的问题，以期望能在以后的冻结法施工中尽可能少的出现问题，更好地服务于工程实践。
关键词：冻结法；施工工艺；隧道；
1 冻结法论述
1.1 冻结法的工艺原理
一种特殊的施工方法， 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。其采用不掺外加剂的砂浆砌筑墙体，允许砂浆遭受一定程度的冻结。在不稳定含水地层中修建地下工程时，利用设置在含水土体中的人工设置的冻结管和冻结管内循环冷媒剂，带走土体中热量从而达到暂时加固地层和隔断地下水的目的，形成强度高密封性好的冻土，能起到承受荷载和密封防水的作用。且形成的冻土适应性强、安全可靠、无污染。
1.2冻结法的特点
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。
1.3 冻结法施工工艺
第一阶段：冻结管的排列，根据工程特征要求，可布置各种形状；第二阶段，开始土壤冻结，冻土首先从每个冻结管周围向外扩展，当各分离的圆柱冻结体联成一体时，该冻结阶段就告完成；第三阶段是继续降低冻结体的平均湿度和扩大冻土墙厚度使之达到设计要求；第四阶段是维持低温，保证开挖和做永久结构施工期间，冻土墙强度保持不变。完成使命后即开始强行解冻。
2 冻结法在隧道中的施工方法
冻结法在隧道施工工艺流程主要为：控制冻结孔施工、冻结管试漏与安装、冻结系统安装与调试、冻结过程检测。在隧道开挖之前，从地面沿其外围一定距离的同心圆周上按等间距向下钻孔，孔底深入不透水层，然后向每个钻孔中沉放用无缝钢管做的下端封闭的冻结管；在地面安装冷冻设备,采用NH3为制冷剂，将冷媒剂氯化钙溶液（盐水）冷却到-20～-30°C,用循环泵和插至冻结管深处的聚氯乙烯供液管将盐水送入冻结管。经低温盐水长时间连续地吸取管外的热量，使周围地层冻结。盐水吸取地层的热量后温度上升，在循环泵的作用下，经回路管回到冷冻设备和制冷剂接触而重新冷却。原为液态的氨，在减压的条件下蒸发时摄取盐水的热量后，经压缩和冷凝又使其液化，在管道内循环流动，重复使用。在每一冻结管周围形成的冻土圆柱体，其直径随时间而增大，这些圆柱体互相交接成密实而闭合的冻土墙 ，能承受水、土压力并阻隔地下水，在它的保护下开挖地层和修筑衬砌。
2.1 冻结孔施工
2.1.1开孔间距误差控制在±20mm内。在打钻设备就位前，用仪器精确确定开孔孔
位，以提高定位精度。
2.1.2准确丈量钻杆尺寸，控制钻进深度。
2.1.3按要求钻进、用灯光测斜，偏斜过大则进行纠偏。钻进3m时，测斜一次，如果偏斜不符合设计要求，立即采取调整钻孔角度及钻进参数等措施进行纠偏，如果钻孔仍然超出设计规定，则进行补孔。
2.2、冻结管试漏与安装
2.2.1选择φ63×4mm无缝钢管，在断管中下套管，恢复盐水循环。
2.2.2冻结管（含测温管）采用丝扣联接加焊接。管子端部采用底盖板和底锥密封。冻结管安装完，进行水压试漏，初压力0.8MPa，经30分钟观察，降压≤0．05MPa，再延长15分钟压力不降为合格，否就近重新钻孔下管。
2.2.3冷冻站安装完成后要按《矿山井巷工程施工及验收规范》要求进行试漏和抽真空，确保安装质量符合设计要求。
2.3冻结系统安装与调试
2.3.1按1.5倍制冷系数选配制冷设备。
2.3.2为确保冻结施工顺利进行，冷冻站安装足够的备用制冷机组。冷冻站运转期间，要有两套的配件，备用设备完好，确保冷冻机运转正常，提高制冷效率。 2.3.3管路用法兰连接，在盐水管路和冷却水循环管路上要设置伸缩接头、阀门和测温仪、压力表、流量计等测试元件。盐水管路经试漏、清洗后用聚苯乙烯泡沫塑料保温，保温厚度为50mm，保温层的外面用塑料薄膜包扎。集配液圈与冻结管的连接用高压胶管，每根冻结管的进出口各装阀门一个，以便控制流量。
2.3.4冷冻机组的蒸发器及低温管路用棉絮保温，盐水箱和盐水干管用50mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料板保温。
2.3.5机组充氟和冷冻机加油按照设备使用说明书的要求进行。首先进行制冷系统的检漏和氮气冲洗，在确保系统无渗漏后，再充氟加油。 2.3.6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备要求的技术参数条件下运行。
2.4积极冻结阶段
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，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。
2.5维护冻结阶段
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。
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。
2.6、工程监测
工程监测的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。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。 工程监测的内容工程监测贯穿整个施工过程，其主要监测内容为：地表沉降监测，隧道变形监视，通道收敛变形监测，冻土压力监测。
2.6.1冻结孔施工监测内容为：冻结管钻进深度；冻结管偏斜率；冻结耐压度；供液管铺设长度。
2.6.2冻结系统监测内容为：冻结孔去回路温度；冷却循环水进出水温度；盐水泵工作压力；冷冻机吸排气温度；制冷系统冷凝压力；冷冻机吸排气压力；制冷系统汽化压力。
2.6.3冻结帷幕监测内容为：冻结壁温度场；冻结壁与隧道胶结；开挖后冻结壁暴露时间内冻结壁表面位移；开挖后冻结壁表面温度。
2.6.4周围环境和隧道土体进行变行监测内容为：地表沉降监测；隧道的沉降位移监测；隧道的水平及垂直方向的收敛变形监测；地面建筑物沉降监测。
3.冻结法隧道施工中应注意的问题
采用冻结法施工时，须根据施工进度、冻土墙的需要强度、开挖顺序等，确定冻土墙的厚度、冻结管群的间距与行数，以及其长度、冻结顺序和解冻顺序等，从而选择必要的冻结设备。还须制订施工中的测定温度计划和测定点。根据测定结果，以连续或间断的供冷方式保持冻土墙的冻结。同时研究地层冻结时的膨胀和解冻时的下沉情况，预先制定测定方法和对策。此外，在地下构筑物施工时,必然要在接近-5～-10°C的冻面处灌筑混凝土,因此最好采用低温早强混凝土,否则要埋设加热器或敷设绝热材料，以减少冻土墙对混凝土的影响。地下构筑物完成后，要对冻结的地层进行均匀而连续的解冻，对埋深不大的地下工程,可停止供应盐水,令其自然解冻；如埋深很大时,则供应温度逐渐提高的盐水,进行人工解冻。此外，各国还有用液态气体蒸发制冷的。进行冻结时，只需用储气罐将液态氮运至工地直接注入冻结管即可，因此工地设备简单，但其缺点是液态氮使用不安全，有一定的危险性。
4.结语
综上所述，本文主要论述了冻结法及冻结法在施工中的运用，通过对施工过程的论述，旨在加强对冻结法的理解和冻结法如何在工程运用，提出了一些在施工中应当注意的问题，以更好地将冻结法服务于工程实践。
参考文献
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