冻结法广泛地运用在矿井建设、基础建设、地下隧道、水利工程中,但是冻结管断裂导致的盐水泄露问题一直是国内外煤矿建设中的一大难题,被形象地誉为冻结法的“癌症”,严重地影响冻结帷幕的稳定和安全。在盐水泄露的情况下,冻土的冰点降低,采用液氮超低温快速冻结的方法,可以顺利通过浸盐地层,保证施工安全。本文主要研究了浸盐地层液氮冻结温度场的规律,对浸盐地层的安全施工有具有重要意义。首先,进行了浸盐地层冻土热工参数和力学参数的测量,主要测定了不同含盐量下冻土的结冰温度、导热系数、单轴抗压强度和弹性模量,总结了各参数在不同含盐量下的变化规律,并为后续的理论推导、数值模拟提供了必要的参数。其次,开展了温度场理论的研究。目前常用的温度场理论公式都不考虑结冰温度低于0℃的情况。本文考虑了结冰温度对温度场的影响,利用“温差叠加”原理,在日本双孔冻结温度场公式的基础上,推导出了单排管冻结公式和双排管冻结公式,并将推导出的公式与巴霍尔金公式、特鲁巴克公式等常见温度场公式进行了对比,认为公式适用于结冰温度低于0℃的单排和双排管温度场,能够在液氮冻结温度场中使用,且满足工程使用精度要求。然后,进行了物理模型试验。通过模拟双排管液氮冻结的情况,获得了浸盐地层液氮冻结方式下的温度分布情况,分析了液氮冻结管管壁温度变化规律,测量出了液氮冻结方式下冻土发展速度,对比了与盐水冻结温度场的异同,并总结了液氮冻结帷幕发展和解冻规律,为浸盐地层的冻结帷幕施工提供了建议。最后,通过数值模拟验证了理论公式和物理模型试验的准确性。用ANSYS建立模型模拟液氮冻结温度场,将数值模拟得到的温度分布结果与理论计算结果对比;用ANSYS模拟了液氮冻结帷幕的发展和解冻规律,将结果与物理模型试验测量结果进行对比;最后将数值计算、理论公式和物理模型试验结果三者进行了综合分析,验证了数值模型的可用性和理论公式的适用性。