地铁隧道冻结法施工关键问题分析

1、成绩评阅人日期中国矿业大学力学与建筑工程学院20142015学年度第二学期地铁与轻轨课程论文号级名力学与建筑工程学院教学管理办公室地铁隧道冻结法施工关键问题分析（中国矿业大学孙越崎学院越崎1202周桂平）摘要：在地铁隧道的施工过程中，通常会遇见含水量较多的不良地质，这时，通 常 采用一种人工制冷的方法，将隧道周围的不稳定地层和含水层冻结成不透水且 能抗 地压、水压的围岩体以暂时加固和改良地层，然后在围岩体的保护下进行开挖工作。冻结的围岩体是通过在隧道周围打一定数量的冻结孔， 孔内安装冻结管， 以输送冷媒介质吸收热量，使之降温而形成的。要想合理正确地在地铁隧道施工中 运用冻结法，那么，对冻结法施

2、工中常见的关键问题进行整理和分析，这是很重要的。关键词：地铁隧道，冻结法，关键问题，分析Abstract: In the process of subway tunneling construction,we usually meet the unfavorable geology with major moisture content.At this moment,a method of artificial refrigeration will be adopted,it will make the unstrable strata and the water bearing stratu

3、m around the tunnel to be frozen into an surrounding rock that is impermeble and can be able to resist the earth pressure and water gage to rein force and improve the formatio n temporarily,the n we can excavate unde the portection of the surrounding rock.The freezing surrounding rock' forma -ti

4、on is through making a certain number of freezing holes around the tunnel, the holes are in stalled with the brine in take to deliver the cold medium quality to absorb heat.To properly and correctly use the freezing process in the constr uction metro tunnel,it is important to collate and analyze the

5、 key issues in the con struct ion.Key Words: subway tunnel;freezing process;the key issues;analyze;1刖言冻结技术来自于天然冻结现象，1862年在英国威尔士的建筑基础中首次使用了 这种人工制冷技术来加固土壤；1880年德国工程师F.H.Poetch提出了人工 冻结法 原理，并于1883年在德国阿尔巴里煤矿中采用冻结法建筑井筒。冻结法 诞生100多 年以来，已广泛应用于矿山、地铁、隧道、基坑、边坡等许多工程建 设中，显示出 其独特的截水性和可靠性。我国采用冻结法施工技术至今也已有40多年的历史，主

6、要用于煤矿井筒开挖施工，其中冻结最大深度达435m冻结表土层最大厚度达375m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。随着城市化进程的加快，人们对地下空间的开发和利用是越发的重视。对于 地下空间各种复杂的工程地质和水文地质条件（如软土、含水不稳定层、流砂、高 水压及高地压地层）,在如此复杂的环境下施工，就经常使用冻结法技术。冻结法的定义是利用人工制冷技术，通过埋设在在地层中的冻结管带走地层中 的热量，使地层中的水结冰，天然岩土变成冻土，形成具有较高强度和稳定性的冻 土帷幕以隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻土帷幕的保护下进行地下工程掘砌施工的特殊施

7、工方法。2基本原理及其特点2.1冻结法基本原理使用冻结法来加固地层主要是利用了冻土具有强度高、 可隔水的性质。在含 水土体中将低温的制冷介质送入人工埋设的冻结管，在冻结管内循环冷媒剂，通过 热质交换带走土体中热量，使地层中分散的颗粒水冻结凝聚，将天然岩石中的颗粒 水凝聚而逐渐形成拥有一定耐受力的冻土壁，在隧道周围，封闭而介质连续的冻土在冷凝中逐渐形成型，对隧道周围土体在施工期间的弹性模量和土体应力情 况有了改善，对其土体的力学性能如抗剪强度、抗压强度和稳定持续性进行了优 化，以抵抗土体侧向的动荷载和土体中不均匀力导致的侧向压缩，并将地层中的水与导挖土层剥离开，起到承受荷载和封闭防水作用，在冻土

8、壁的维护下提供了 进行地下空间安全施工的条件。2.2冻结法特点在地铁隧道的施工中，工程地质和水文地质的评估和解析都是作为安全设计中 最为重要的，因为地下工程的设计和施工都必须依赖于地质勘察说明书；而在地下的安全系数和土样的环境数据未知的情况下，冻结法对于土质的含水量标准几 乎没有要求，而在含水量相对饱和的土层中，冻结法的效率与其他支护形式相 比， 就有了比较明显的优势。冻结法具有适应性强、安全可靠、无污染的优点；能够适 应各种复杂的工程地质和水文地质，其冻结管布置具有任意性，用作地层加固时， 冻土壁形状不受加固场合的限制。同时，冻结法也存在以下缺点：(1)冻结时引起地层胀起，融化时引起地层沉陷

9、；(2)当地下水含盐量过高及地下 水流 速过快时，难以冻结；(3)需要较大功率的电源；(4)工期较长，造价相 对较高 等；其中特别是冻土在融化时因排水固结引起的融沉，会对环境带来较大 危害。由于在一般情况下，冻结法采用室外砂浆砌筑的方法，其砂浆不掺外加剂，砂 浆在有一定强度后砌体很快冻结，融化后砂浆强度接近于零，当气温升高转入正温 后砂浆的强度继续增加。由于砂浆经过了冻结、融化、再硬化的三个阶段，其强度 会降低，同时也减弱了砂浆与砖石砌体的粘结力。结构在砂浆融化阶段的变形也较 大，严重的影响砌体的稳定性。故规范规定在下列工程不允许采用冻结 法施工：(1)空斗墙；(2)毛石砌体；(3)砖薄壳、双曲砖拱、筒式拱及承受侧压力的砌 体；(4)在解冻期间可能受到振动或其他动力荷载的砌体；(5)在解冻时，砌体 不允许产生沉降的结构；3施工中的关键问题及其分析冻结法在地铁隧道工程的运用中，常遇见冻结管管壁破坏、地铁隧道管片损 坏、冻土帷幕故障、冻胀和融沉等情况；要想合理安全地运用冻结法，解决上面的 关键问题是最为重要的。3.1冻结管管壁破坏冷凝管