关于冻结法在建筑施工中的应用技术分析
摘 要：随着土木工程的发展，冻结法技术应用也正在兴起。在日本及欧洲各国，城市地铁等市政工程中都有广泛应用。冻结法作为一种特殊施工技术，防水和加固地层能力强，又不污染水质，特别适用于在松散含水表土地层的土木工程施工。冻土结构物形状设计灵活，并可以与其它方法联合使用。除了常规盐水冻结外，在国外20世纪60年代开始采用液氮深冷冻结地层，我国20世纪70年代和20世纪90 年代分别进行了液氮冻结和干冰冻结试验，开辟了地层快速冻结的新途径。在此通过对施工工艺的归纳总结，以及参考有关施工技术资料，浅谈本施工法的具体操作与应用。
关键词：冻结法；施工；原理；特点；控制
冻结法是一种施工方法，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，现在已广泛应用于地铁、深基坑、矿井建设、建筑工程等施工过程中。基本原理为将含水土体利用人工设置的冻结管，冻结管内循环冷媒剂，带走土体中热量从而形成强度高密封性好的冻土，起到承受荷载和密封防水的作用。它的适应性强、安全可靠、无污染，目前和其他方法相比造价略高。冻结法是在室外用热砂浆进行砌筑，砂浆不掺外加剂，砂浆有一定强度后砌体很快冻结，融化后的砂浆强度接近于零，当气温升高转入正温后砂浆的强度继续增长。由于砂浆经冻结、融化、再硬化的三个阶段，其强度会降低，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，会严重的影响砌体的稳定性。
1 人工冻结法施工的基本原理
利用土体冻结后其强度、稳定性以及隔水能力大大优于天然土的性质。在岩土工程开挖之前，在开挖的工程周围，钻造钻孔（冻结孔），利用人工制冷技术，通过冻结孔对地层进行制冷，形成一个封闭的冻土结构，隔绝地下水的联系，同时抗抵周围岩土的压力，确保工程开挖的安全。土中的水又可有自由水，结合水，结晶水三种形态。当降到负温时，土体中的自由水结冰并将士体颗粒胶结在一起形成整体。冻土的形成是一个物理力学过程，土中水结冰的过程可划分为五个过程。（见图 1）
a.冷却段，向土体供冷初期，土体逐渐降温到冰点。b.过冷段，土体降温到 0℃以下时，自由水尚不结冰，呈现过冷现象。c.突变段，水过冷后，一旦结晶就立即放出结冰潜热出现升温过程。d.冻结段，温度上升到接近 0℃度时稳定下来，土体中的水便产生结冰过程，矿物颗粒胶结在一体形成冻土。e.冻土继续冷却，冻土的强度逐渐增大。
2 该施工方法的特点
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：
2.1 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；
2.2 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；
2.3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；
2.4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。
3 工艺流程冻结法
冻结工艺造孔冻：a.结孔：测温孔，水文孔；b.冻结：冻结温度控制，盐水流量控制，冻结壁发展监测，冻结温度场分析；c.冻井筒开挖：井帮温度控制，井筒掘进速度，掘进段高选取，外层井壁要求；d.冻结信息化：技术冻结站信息化，冻结温度场信息化，井筒施工安全信息化。
3.1 冻结孔施工。
3.1.1 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。
3.1.2 准确丈量钻杆尺寸，控制钻进深度。
3.1.3 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。
3.2 冻结管试漏与安装。
3.2.1 选择无缝钢管，在断管中下套管，恢复盐水循环。
3.2.2 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，经 30 分钟观察，再延长 15 分钟压力不降为合格，否就近重新钻孔下管。
3.2.3 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。
3.3 冻结系统安装与调试。
3.4 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。
3.5 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。
3.6 工程监测。
3.6.1 工程监测的目的是根据量测结果，掌握地层及隧道的变形量及变形规律，以指导施工。
3.6.2 工程监测的内容为：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。
3.6.3 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。
3.6.4 冻结系统监测。
3.6.5 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。
4 机具设备
螺杆冷冻机组，盐水泵，冷却水泵，钻机，电焊机，抽氟机，经纬仪，测温仪，精密水准仪，打压机，冻结器打压试漏，收敛仪，冻土帷幕收敛，钢卷尺。
5 施工中的安全保护
5.1采用通讯系统和视频系统有效的监控施工现场，对施工中发现的问题及时汇报处理，杜绝一切不安全的施工现象和违章的操作，把事故制止在萌芽状态。旁通道设安全防水门，一备发现险情关闭防水门，保护隧道之用。
5.2采取必要的措施，防止打冻结孔时水土流失；在钻孔施工期间加强沉降的监测，发现跑泥漏沙水土流失严重引起的沉降，影响到建筑物和地下管线，应立即停止施工，立即注浆，防止沉降影响周围建筑物和地下管线，到没有沉降为止，待地层较稳定后再施工钻孔。
5.3加大盐水在冻结管内的流量，采用串并联循环方式，加快冻结管的热交换。
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