地下施工技術(shù) —— 凍結(jié)法
利用人工制冷臨時(shí)改變巖土性質(zhì)以固結(jié)地層
凍結(jié)法原理與冰箱差不多，即利用人工制冷技術(shù)，使地層中的水結(jié)冰，將松散含水巖土變成凍土，增加其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，隔絕地下水，以便在凍結(jié)壁的保護(hù)下，進(jìn)行地下工程掘砌作業(yè)。
最早用于俄國(guó)金礦開采，后由德國(guó)工程師用于煤礦礦井建設(shè)獲得專利技術(shù)趨于成熟，已廣泛應(yīng)用于地鐵、深基坑、礦井建設(shè)等工程中。
巖土凍結(jié)方法
（一）間接凍結(jié)法和低溫鹽水法
間接凍結(jié)法是目前城市地下工程施工團(tuán)隊(duì)較為常用的方法，將氨或氟利昂作為制冷降溫的物質(zhì)，用制冷壓縮機(jī)使氨和氟利昂達(dá)到可以降低溫度的作用。
通過對(duì)制冷物質(zhì)的壓縮處理，將鹽水的溫度降低到零攝氏度以下，溫度在零攝氏度以下的鹽水是調(diào)整地下溫度的主要媒介，負(fù)溫的鹽水會(huì)將較低的溫度釋放給地下的土質(zhì)，使土質(zhì)內(nèi)的水分充分凍結(jié)，從而提升地下土質(zhì)的堅(jiān)硬程度。
液氮凍結(jié)和鹽水凍結(jié)特點(diǎn)對(duì)比
（二）直接凍結(jié)法
直接凍結(jié)法也稱液氨凍結(jié)法，主要使用液氮作為凍結(jié)工作的材質(zhì)，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的情況下，液氮通過蒸發(fā)可以降低196℃。偶爾也會(huì)使用干冰，但干冰的升華只能在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的情況下使溫度降低32℃，因此，液氮的冷卻效果較好。
紐約沉井施工現(xiàn)場(chǎng)利用液氮進(jìn)行土層凍結(jié)
如果地下工程的規(guī)模較小，或者水資源有可能對(duì)施工人員構(gòu)成安全威脅，施工人員要優(yōu)先考慮使用液氮對(duì)土質(zhì)進(jìn)行凍結(jié)，保證盡快完成冷凍工作。
紐約隧道施工現(xiàn)場(chǎng)，隧道周圍的土層已經(jīng)結(jié)冰
使用凍結(jié)技術(shù)加固后的土質(zhì)特征
使用凍結(jié)技術(shù)之后，土壤的硬度會(huì)得到很大的提高，正常情況下，土壤的抗壓力會(huì)達(dá)到2兆帕到10兆帕之間。使用凍結(jié)技術(shù)處理的凍土具備很強(qiáng)的封水性，可以避免地下水滲透到地下管道中，切實(shí)保證地下施工者的安全。凍結(jié)法能夠保證凍土具備很好的支護(hù)性，凍土可以保證沒有較大的縫隙。另外，凍土的連接性很好，經(jīng)過凍結(jié)的土壤會(huì)形成一個(gè)堅(jiān)固的整體，保證下方施工者的安全。
凍結(jié)法僅僅需要使用制冷技術(shù)對(duì)水資源進(jìn)行凝固，因此不存在其他對(duì)人體有害的化學(xué)物質(zhì)，可以保證施工人員的身體健康，也能夠保證自然環(huán)境不被破壞。且不需要太高的經(jīng)濟(jì)成本。
凍結(jié)法的發(fā)展
工程應(yīng)用情況
人工地層凍結(jié)法除了在煤礦立井鑿井工程中得到了大量應(yīng)用以外，我國(guó)在城市地鐵工程的旁通道施工、盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)出洞施工、橋墩基礎(chǔ)施工等工程中也大量應(yīng)用凍結(jié)法技術(shù)。
沉井凍結(jié)
20世紀(jì)70年代以來我國(guó)先后將凍結(jié)法應(yīng)用到北京地鐵、沈陽地鐵2#線、上海地鐵1#線、廣州地鐵、深圳地鐵、南京地鐵等旁通道施工；在上海地鐵1#線延安東路隧道盾構(gòu)進(jìn)出口、廣州地鐵中山紀(jì)念堂車站、南京地鐵張府園車站、港珠澳大橋等施工中也采用了凍結(jié)法施工
凍結(jié)法在南京地鐵張府園車站的應(yīng)用：
2002年南京地鐵一期工程張府園車站南隧道盾構(gòu)法施工時(shí)，洞門兩側(cè)出現(xiàn)大量流砂，附近區(qū)域的沉降量較大，為了確保地下管線和地面交通的正常使用和安全運(yùn)行，在南京首次實(shí)施了地下工程的人工凍結(jié)法施工。
凍結(jié)施工法示例圖
凍結(jié)法的工藝過程為：在盾構(gòu)出洞方向沿工作井地連墻外側(cè)布置凍結(jié)孔，并在凍結(jié)孔中循環(huán)低溫鹽水，使凍結(jié)孔附近的含水地層結(jié)冰形成凍土墻，并在凍土墻的保護(hù)下打開盾構(gòu)出洞口和推進(jìn)盾構(gòu)機(jī)。
南京江南工作井液氮凍結(jié)轉(zhuǎn)換鹽水凍結(jié)施工：
2018年10月份，該項(xiàng)目進(jìn)入凍結(jié)期,由于南側(cè)冷縫附近有降水井不定時(shí)降水，導(dǎo)致新老地連墻連接處下部一直有水外流。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況，項(xiàng)目部果斷將鹽水凍結(jié)改為液氮強(qiáng)化凍結(jié)，經(jīng)過10天的強(qiáng)化凍結(jié)，地下水流終于止住了。
江南工作井施工人員正在處理凍結(jié)管
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