人工地层冻结法

冻结法定义：

        用人工制冷的方法，将待开挖地下空间周围的土体中的水冻结为冰并与土体胶结在一起，形成一个按设计轮廓的冻土墙或密闭的冻土体，用以抵抗土体压力、隔绝地下水，并在冻土墙的保护下，进行地下工程的施工。

冻土的形成

      为构造高承载力和密封防水的冻土体，在土中相应位置布置和施工冻结孔——安设冻结管，通过冻结管中循环的低温冷媒剂将土体中的热量带出，使地层降温并使土中水结为冰。

      在冻结初期，冻土仅在紧靠冻结管周围形成冻土柱；随冻结过程的继续，冻土柱渐渐扩大并相互连接，在预计的冻结时间后，冻土体达到设计厚度——形成冻土。

一、冻土的冻胀

冻    胀：在低温(负温)条件下，由于土中的原位水以及未冻区的水分迁移到冻结区的水结冰造成体积膨胀，引起土体膨胀的现象

原位冻胀：土中孔隙水原位冻结引起的冻胀(孔隙体积9%)

分凝冻胀：未冻区域水分向冻土区迁移、冻结所引起的冻胀

冻胀危害：破坏地下管线、建筑物基础，恶化环境，而且伴随冻土的冻胀一般均有相当可观的融化下沉。

冻胀理论：真空抽吸、毛细水迁移以及薄膜水迁移等

研究现状：缺乏水分迁移和冻胀机理完整的理论解释

减少冻胀的措施

土中孔隙冰和土体冻胀的产生和发展取决于土性、外荷载、水和温度。工程条件一定，唯一可控因素——温度

边界温度：控制冻结速度、温度梯度；水分迁移方向、速度和迁移量，从而影响土中水相变速度、成冰位置和数量。地层的初始温度是一定的，因而冻胀控制的关键：冻结温度

二、冻土的融沉

定义：冻土融化时，由于冰变成水体积减小产生土的融化沉降，若同时在融化区域发生排水固结，则将引起土层的压密沉降

影响因素：

温度、温度梯度、荷载以及土层的物理、力学及热性质

融化沉降量与外压力无关，压密沉降与正压力成正比。

融沉系数描述冻土的融化沉降，压缩系数来描述融土的压密沉降。

通常融沉要大于冻胀，有时融沉会变为突陷。

融沉的不均匀性及突陷往往会导致结构的破坏。

减少融沉的措施

  ——减少融化下沉：采用主井充填、跟踪注浆等多种方式

通过对冻结过程的控制，以及采用注浆充填、跟踪注浆等多种方式，将融沉控制在允许范围内。

    联络通道冻结法施工的基本原理为：在隧道内“水平孔冻结加固土体、矿山法开挖构筑结构”。

    即：在隧道内利用水平孔和部分倾斜孔冻结加固地层，使旁通道及泵房外围土体冻结，形成强度高，封闭性好的冻结帷幕。在冻土中采用矿山法进行旁通道及泵站的开挖构筑施工，地层冻结和开挖构筑施工均在区间隧道内进行。

考虑到联络通道施工的风险，为了保证施工期间，特别是开管片前后的隧道安全，预防突发事件的发生，在通道开管片处加设应急门，当出现突发事件，关闭应急门，保证隧道的安全。

按设计和规范要求，进行钢筋加工、绑扎和焊接，接茬处均应留足钢筋搭接长度，和钢管片焊接时，应丁字型焊接。每个节点均应捆绑，不充许漏绑，绑扎时挂线绑扎，保证钢筋保护层厚25mm，钢筋割截及焊接（截）头应防伤人，并用冷水降温后方可使用。

永久支护

立模严格按线立模，误差控制在±3mm以内，不能小于设计。浇筑砼顺序：两端底板、侧墙、拱顶，混凝土采用抗渗商品砼，要有级配单、强试验报告，抗渗实验报告、合格证，砼通过井口运至工作面，人工入模。

分层浇筑，机械振捣，振厚控制在300mm左右，振捣时要保证工作时间，振点间距不大于振捣器作用半径的1.5倍，同时在模外轻敲轻打，使壁面浆液饱满，消除蜂窝麻面，连续浇筑。浇筑喇叭口可在钢管片上割洞浇筑或喷浆，最后辅以砂浆合口。

在浇筑混凝土之前，应予埋好各种管件，并固定牢靠，穿墙管安装防水止水板。