什么是冻结法?

[拼音]：dongjiefa

[外文]：freezing process

在不稳定含水地层中修建地下工程时，借助人工制冷手段暂时加固地层和隔断地下水的一种特殊施工方法，常用于竖井工程。在井筒开挖之前，从地面沿其外围一定距离的同心圆周上按等间距向下钻孔，孔底深入不透水层，然后向每个钻孔中沉放用无缝钢管做的下端封闭的冻结管；在地面安装冷冻设备，采用氨(NH3)为制冷剂，将冷媒剂氯化钙(CaCl2)溶液（习称盐水）冷却到-20～-30°C，用循环泵和插至冻结管深处的聚氯乙烯供液管将盐水送入冻结管。经低温盐水长时间连续地吸取管外的热量，使周围地层冻结。盐水吸取地层的热量后温度上升，在循环泵的作用下，经回路管回到冷冻设备和制冷剂接触而重新冷却。原为液态的氨，在减压的条件下蒸发时摄取盐水的热量后，经压缩和冷凝又使其液化，在管道内循环流动，重复使用。在每一冻结管周围形成的冻土圆柱体，其直径随时间而增大，这些圆柱体互相交接成密实而闭合的冻土墙，能承受水、土压力并阻隔地下水，在它的保护下开挖地层和修筑衬砌（见图）。

采用冻结法施工时，须根据施工进度、冻土墙的需要强度、开挖顺序等，确定冻土墙的厚度、冻结管群的间距与行数，以及其长度、冻结顺序和解冻顺序等，从而选择必要的冻结设备。还须制订施工中的测定温度计划和测定点。根据测定结果，以连续或间断的供冷方式保持冻土墙的冻结。同时研究地层冻结时的膨胀和解冻时的下沉情况，预先制定测定方法和对策。此外，在地下构筑物施工时，必然要在接近-5～-10°C的冻面处灌筑混凝土，因此最好采用低温早强混凝土，否则要埋设加热器或敷设绝热材料，以减少冻土墙对混凝土的影响。地下构筑物完成后，要对冻结的地层进行均匀而连续的解冻，对埋深不大的地下工程，可停止供应盐水，令其自然解冻；如埋深很大时，则供应温度逐渐提高的盐水，进行人工解冻。此外，各国还有用液态气体蒸发制冷的。进行冻结时，只需用储气罐将液态氮运至工地直接注入冻结管即可，因此工地设备简单，但其缺点是液态氮使用不安全，有一定的危险性。

冻结法既适用于松散不稳定的冲积层和裂隙发育的含水岩层，也适用于淤泥、松软泥岩以及饱和含水和水头特别高的地层。对于土中含水率非常小或地下水流速相当大的处所不适用。1883年德国最早用冻结法开凿竖井，随后比利时、荷兰、英国、波兰、苏联、美国、加拿大等国也主要用此法开挖竖井。近30年来，冻结法除广泛地用于矿山井巷工程以外，也用于修建地下铁道车站和自动扶梯斜隧道、地下洞室以及桥墩的深基础等工程。中国于1955年首次在开滦林西煤矿应用此法开凿风井以来，至1982年，已开凿190多个井筒，累计冻结深度超过3万米，最大冻结深度为415米。

参考书目

《井巷工程施工手册》编写组编：《井巷工程施工手册》，第16篇冻结法施工，煤炭工业出版社，北京，1980。日本土木学会编，叶家骏译：《隧道》，中国铁道出版社，北京，1984。（日本土木学会編：《土木工学ハンドブツヶ》1974年版，第22編トンネル，技報堂，東京，1979。）