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【摘 要】 本文主要介绍了冷冻法的概念、应用和工法的优劣，结合项目介绍了冷冻法施工地铁联络通道的施工顺序、施工风险和采取的主要技术措施。
【关键词】 冷冻法;地铁联络通道;风险及技术措施
一、冷冻法的概念及优缺点
1、冷冻法的概念
冷冻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，以便在冷凍壁的保护下，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。
2、冷冻法的应用
1862年，英国首次在南威尔士的建筑基坑中使用了冷冻法。1955年，我国首次在开滦使用盐水冷冻法凿井获得成功;80年代，冷冻法逐渐由矿山工程向城市各类工程推广应用，尤其是2000年以来，冷冻法在上海等城市地铁联络通道施工中大规模应用。本文结合沈阳地铁二号线某盾构区间联络通道施工实际情况为例，就冷冻法在地铁区间联络通道中的施工风险和主要技术措施作一简要介绍。
3、冷冻法的优缺点
冷冻法的优点：a、安全可靠性好，冷冻土体强度高，可有效的隔绝地下水;b、适应面广，适用于任何含一定水量的松散岩土层，在复杂地层如软土、流砂、高水压等地层也可使用;c、灵活性好，可人为控制冷冻体的形状和扩展范围;d、在地下施工，不占用地面土地;e、污染性小，对周围环境基本无污染;f、经济上合理。
冷冻法的缺点：a、会发生冻胀和融沉;b、对土体的加固是临时的，不能长期作用。
二、冷冻法施工联络通道的施工顺序
冷冻法施工联络通道可分为冷冻孔施工、冷冻施工和开挖构筑施工三个主要部分，其主要施工顺序为施工准备→冷冻孔施工、冷冻站安装→冷冻器系统安装、检测系统安装→冷冻运转→隧道支撑、探孔试挖、开钢管片→开挖、临时支护→结构层及防水层施工→壁后注浆→冷冻管处理、冷冻站系统拆除→土层注浆充填。
三、施工风险分析和主要技术措施
1、冷冻孔施工风险分析及主要技术措施
（1）冷冻孔施工风险分析
a、钻孔时孔口处易出现涌水涌砂现象，使水土流失过多，造成对土层的扰动，使钻孔质量下降。
b、冷冻管接缝不太密实，冷冻过程中可能使盐水进入地层影响冷冻效果，冷冻帷幕难以形成。
c、冷冻孔可能出现偏移，引发冷冻帷幕出现薄弱环节。
d、打冷冻孔时，水土流失过多，可能导致钻孔过程中地表沉降过大。
（2）冷冻孔施工主要技术措施
a、冷冻孔施工前，在布孔范围内打若干探孔，以判断地层是否稳定，是否易喷水、涌砂，以便做好准备工作。
b、冷冻孔开孔分二次，来控制泥浆涌出。第一次开孔用金刚石取芯钻头，取芯后，安装孔口管及密封装置。第二次开孔在密封装置的保护下进行，穿透整个管片后，及时密封孔口。
c、采用强力水平钻机，条件允许时优先采用无泥浆钻进。
d、钻孔过程中，严格控制水土流失，如流失过多，可在成孔后及时利用密封盒上的注浆管向土体充填压浆。
e、钻孔前，对冷冻孔的长度、角度及时检查，并做好记录，钻机找平找正，调整好角度后，及时固定牢固。在钻孔过程中，严格控制冷冻管的焊接质量，经检查合格后方可继续钻进。钻进结束后，及时对冷冻孔进行测斜、打压检漏试验、复测其深度。
f、在冷冻孔施工期间，现场配备木楔、砂袋和水泥等抢险物资。
2、冷冻施工风险分析及主要技术措施
（1）冷冻施工风险分析
a、因供电、供水中断、冷冻机组或其他辅助设备的机械故障引发的冷冻施工中断，使冷冻帷幕温度回升或融化，强度降低。
b、各冷冻管串联支路的供冷不平衡引起冷冻帷幕发展速度不均衡，导致冷冻帷幕易出现薄弱环节。
c、由于管片相对土层容易散热，会严重影响管片附近土层的冷冻速度，使冷冻帷幕与管片接合处胶结不好，易出现薄弱点。
d、因冷冻盐水浓度过小而结晶发生堵管，造成盐水循环中断，甚至发生盐水管胀裂事故。
e、冷冻过程中，因发生断管事故而造成盐水泄漏加固土体内，使土体不易冷冻，强度降低，易出现薄弱环节，甚至造成冷冻失败。在开挖阶段则会发生透水、涌泥、涌砂事故。
f、冷冻施工中，土体的冻胀是不可避免的，冻胀过程中必然产生一定的冻胀力，会对隧道及周围环境产生影响，造成管片变形等。
（2）冷冻施工主要技术措施
a、因冷冻法施工发生事故损失严重，事故影响大，因此施工用电按二级负荷考虑。地面上的变电所采取双电源供电模式，从变电所到联络通道冷冻机组处采取双回路供电。
b、在供水中断的情况下，可利用蓄水箱清水保证冷却用水需求。
c、冷冻站安装有二套冷冻机组，正常情况下一台运转，一台备用。一旦发生机械故障，可利用另一台继续维持冷冻。
d、在每个冷冻串联支路上的盐水出、入口安装阀门。监测各个支路的盐水温差情况，一般各支路的温度差别控制在2℃范围内。根据测量温差情况，通过阀门相应地调节各支路的盐水流量，直到各支路的温差满足控制要求。
e、加强对加固土体区域内管片的保温。在钢管片的棚格内用素砼充填，在冷冻站的对侧隧道（冷冻管的末端处）布置冷冻排管;再对整个冷冻区域的管片进行铺设保温层保温。在管片与冷冻帷幕接合处，布置测温点。
f、加强冷冻过程中对盐水箱液面的测量，一旦发现盐水泄漏，及时修复。
g、在冷冻帷幕内，布置4个卸压孔，左、右各2个，冷冻过程中加强对卸压孔内压力的观测，及时释放因土体冻胀引起的冻胀力，减少对管片的危害。
3、开挖与构筑施工风险分析及主要技术措施
（1）开挖与构筑施工风险分析
a、联络通道开挖后，地层中原有的应力平衡受到破坏，引起通道周围地层中的应力重新分布，这种重新分布的应力不仅使上部地层产生位移，而且会形成新的附加荷载作用在已加固好的冷冻帷幕上，冷冻帷幕及冷冻管在这种应力作用下会产生蠕变。蠕变变形量过大，则会引起冷冻管断裂，使冷冻不能继续进行，直至冷冻帷幕破坏。
b、因冷冻帷幕各部分发展速度的不平衡、冷冻土体周围有暗流水流过、冷冻管盐水泄漏入冷冻土体内、与管片的胶结不好、大量的超挖冻土体，都会引起冷冻帷幕出现薄弱点，在开挖过程中，都有可能引起流水、流泥砂等现象。
（2）开挖与构筑施工主要技术措施
a、对于因冷冻帷幕各部分发展速度的不平衡、冷冻土体周围有暗流水流过、冷冻管盐水泄漏入冷冻土体内、与管片的胶结不好等原因而引起的薄弱点，在施工冷冻孔期间和冷冻期间，采取措施加以控制。开挖过程不得超挖，确保冷冻帷幕的有效厚度和强度满足设计要求。
b、根据测温孔温度情况，在冷冻可能存在的最薄弱部位打若干探孔，以确定冻土强度达到设计要求后，方可打开钢管片。
c、在开挖过程中，检测冷冻帷幕的变形，根据变形情况及时调整开挖步距及临时支护方式。
d、加强临时支护壁后的充填密实，使临时支护层与冷冻壁之间没有间隙，控制冷冻帷幕的变形。
e、安装安全应急门，紧急情况发生时使用。
f、在开挖与掘砌过程中，现场配备应急砂袋、水泥、麻丝、木板、液氮等抢险物资。
g、当冷冻帷幕变形过大时，进一步加强冷冻，同时减少开挖步距，缩短临时支护间距;当有冒砂涌水现象时，及时采用砂袋等抢险物资充填;当控制无效时，关闭安全应急门，向通道内打气或注水，确保土体不坍塌。当冷冻管出现断管现象时，用备用的液氮及时恢复冷冻。
四、结束语
冷冻法在地铁联络通道中应用已有很长时间了，通过具体的施工实践和不断研究完善，使该工艺的计算理论、施工技术及监理质量控制要点等日趋完善，但是在施工前必须深入分析项目的施工风险，确定技术措施，保证施工安全。
【关键词】 冷冻法;地铁联络通道;风险及技术措施
一、冷冻法的概念及优缺点
1、冷冻法的概念
冷冻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，以便在冷凍壁的保护下，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。
2、冷冻法的应用
1862年，英国首次在南威尔士的建筑基坑中使用了冷冻法。1955年，我国首次在开滦使用盐水冷冻法凿井获得成功;80年代，冷冻法逐渐由矿山工程向城市各类工程推广应用，尤其是2000年以来，冷冻法在上海等城市地铁联络通道施工中大规模应用。本文结合沈阳地铁二号线某盾构区间联络通道施工实际情况为例，就冷冻法在地铁区间联络通道中的施工风险和主要技术措施作一简要介绍。
3、冷冻法的优缺点
冷冻法的优点：a、安全可靠性好，冷冻土体强度高，可有效的隔绝地下水;b、适应面广，适用于任何含一定水量的松散岩土层，在复杂地层如软土、流砂、高水压等地层也可使用;c、灵活性好，可人为控制冷冻体的形状和扩展范围;d、在地下施工，不占用地面土地;e、污染性小，对周围环境基本无污染;f、经济上合理。
冷冻法的缺点：a、会发生冻胀和融沉;b、对土体的加固是临时的，不能长期作用。
二、冷冻法施工联络通道的施工顺序
冷冻法施工联络通道可分为冷冻孔施工、冷冻施工和开挖构筑施工三个主要部分，其主要施工顺序为施工准备→冷冻孔施工、冷冻站安装→冷冻器系统安装、检测系统安装→冷冻运转→隧道支撑、探孔试挖、开钢管片→开挖、临时支护→结构层及防水层施工→壁后注浆→冷冻管处理、冷冻站系统拆除→土层注浆充填。
三、施工风险分析和主要技术措施
1、冷冻孔施工风险分析及主要技术措施
（1）冷冻孔施工风险分析
a、钻孔时孔口处易出现涌水涌砂现象，使水土流失过多，造成对土层的扰动，使钻孔质量下降。
b、冷冻管接缝不太密实，冷冻过程中可能使盐水进入地层影响冷冻效果，冷冻帷幕难以形成。
c、冷冻孔可能出现偏移，引发冷冻帷幕出现薄弱环节。
d、打冷冻孔时，水土流失过多，可能导致钻孔过程中地表沉降过大。
（2）冷冻孔施工主要技术措施
a、冷冻孔施工前，在布孔范围内打若干探孔，以判断地层是否稳定，是否易喷水、涌砂，以便做好准备工作。
b、冷冻孔开孔分二次，来控制泥浆涌出。第一次开孔用金刚石取芯钻头，取芯后，安装孔口管及密封装置。第二次开孔在密封装置的保护下进行，穿透整个管片后，及时密封孔口。
c、采用强力水平钻机，条件允许时优先采用无泥浆钻进。
d、钻孔过程中，严格控制水土流失，如流失过多，可在成孔后及时利用密封盒上的注浆管向土体充填压浆。
e、钻孔前，对冷冻孔的长度、角度及时检查，并做好记录，钻机找平找正，调整好角度后，及时固定牢固。在钻孔过程中，严格控制冷冻管的焊接质量，经检查合格后方可继续钻进。钻进结束后，及时对冷冻孔进行测斜、打压检漏试验、复测其深度。
f、在冷冻孔施工期间，现场配备木楔、砂袋和水泥等抢险物资。
2、冷冻施工风险分析及主要技术措施
（1）冷冻施工风险分析
a、因供电、供水中断、冷冻机组或其他辅助设备的机械故障引发的冷冻施工中断，使冷冻帷幕温度回升或融化，强度降低。
b、各冷冻管串联支路的供冷不平衡引起冷冻帷幕发展速度不均衡，导致冷冻帷幕易出现薄弱环节。
c、由于管片相对土层容易散热，会严重影响管片附近土层的冷冻速度，使冷冻帷幕与管片接合处胶结不好，易出现薄弱点。
d、因冷冻盐水浓度过小而结晶发生堵管，造成盐水循环中断，甚至发生盐水管胀裂事故。
e、冷冻过程中，因发生断管事故而造成盐水泄漏加固土体内，使土体不易冷冻，强度降低，易出现薄弱环节，甚至造成冷冻失败。在开挖阶段则会发生透水、涌泥、涌砂事故。
f、冷冻施工中，土体的冻胀是不可避免的，冻胀过程中必然产生一定的冻胀力，会对隧道及周围环境产生影响，造成管片变形等。
（2）冷冻施工主要技术措施
a、因冷冻法施工发生事故损失严重，事故影响大，因此施工用电按二级负荷考虑。地面上的变电所采取双电源供电模式，从变电所到联络通道冷冻机组处采取双回路供电。
b、在供水中断的情况下，可利用蓄水箱清水保证冷却用水需求。
c、冷冻站安装有二套冷冻机组，正常情况下一台运转，一台备用。一旦发生机械故障，可利用另一台继续维持冷冻。
d、在每个冷冻串联支路上的盐水出、入口安装阀门。监测各个支路的盐水温差情况，一般各支路的温度差别控制在2℃范围内。根据测量温差情况，通过阀门相应地调节各支路的盐水流量，直到各支路的温差满足控制要求。
e、加强对加固土体区域内管片的保温。在钢管片的棚格内用素砼充填，在冷冻站的对侧隧道（冷冻管的末端处）布置冷冻排管;再对整个冷冻区域的管片进行铺设保温层保温。在管片与冷冻帷幕接合处，布置测温点。
f、加强冷冻过程中对盐水箱液面的测量，一旦发现盐水泄漏，及时修复。
g、在冷冻帷幕内，布置4个卸压孔，左、右各2个，冷冻过程中加强对卸压孔内压力的观测，及时释放因土体冻胀引起的冻胀力，减少对管片的危害。
3、开挖与构筑施工风险分析及主要技术措施
（1）开挖与构筑施工风险分析
a、联络通道开挖后，地层中原有的应力平衡受到破坏，引起通道周围地层中的应力重新分布，这种重新分布的应力不仅使上部地层产生位移，而且会形成新的附加荷载作用在已加固好的冷冻帷幕上，冷冻帷幕及冷冻管在这种应力作用下会产生蠕变。蠕变变形量过大，则会引起冷冻管断裂，使冷冻不能继续进行，直至冷冻帷幕破坏。
b、因冷冻帷幕各部分发展速度的不平衡、冷冻土体周围有暗流水流过、冷冻管盐水泄漏入冷冻土体内、与管片的胶结不好、大量的超挖冻土体，都会引起冷冻帷幕出现薄弱点，在开挖过程中，都有可能引起流水、流泥砂等现象。
（2）开挖与构筑施工主要技术措施
a、对于因冷冻帷幕各部分发展速度的不平衡、冷冻土体周围有暗流水流过、冷冻管盐水泄漏入冷冻土体内、与管片的胶结不好等原因而引起的薄弱点，在施工冷冻孔期间和冷冻期间，采取措施加以控制。开挖过程不得超挖，确保冷冻帷幕的有效厚度和强度满足设计要求。
b、根据测温孔温度情况，在冷冻可能存在的最薄弱部位打若干探孔，以确定冻土强度达到设计要求后，方可打开钢管片。
c、在开挖过程中，检测冷冻帷幕的变形，根据变形情况及时调整开挖步距及临时支护方式。
d、加强临时支护壁后的充填密实，使临时支护层与冷冻壁之间没有间隙，控制冷冻帷幕的变形。
e、安装安全应急门，紧急情况发生时使用。
f、在开挖与掘砌过程中，现场配备应急砂袋、水泥、麻丝、木板、液氮等抢险物资。
g、当冷冻帷幕变形过大时，进一步加强冷冻，同时减少开挖步距，缩短临时支护间距;当有冒砂涌水现象时，及时采用砂袋等抢险物资充填;当控制无效时，关闭安全应急门，向通道内打气或注水，确保土体不坍塌。当冷冻管出现断管现象时，用备用的液氮及时恢复冷冻。
四、结束语
冷冻法在地铁联络通道中应用已有很长时间了，通过具体的施工实践和不断研究完善，使该工艺的计算理论、施工技术及监理质量控制要点等日趋完善，但是在施工前必须深入分析项目的施工风险，确定技术措施，保证施工安全。