2025年人工冻结技术在地铁施工中的应用 .pdfVIP

博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之。——《礼记》

人工冻结技术在地铁施工中的应用

人工冻结是一种先进的地层加固方法，具有较强的封水性能，且地层可复原

性好、绕障性强、施工方便，适用于各种地层条件。近年来，随着我国地铁建设

规模的增大，人工冻结技术在地铁施工中的应用逐渐增多，其可使开挖空间周围

一定范围内的软弱地层形成高强度人工冻土，提供可靠的临时支护与隔水帷幕，

冻结壁连续性、整体性好，地铁施工时可根据工程需要灵活布置冻结孔、调节制

冷媒介，为实际工程安全作业保驾护航。

1人工冻结技术发展情况

冻结法（ArtificialGroundFreezing,AGF）也被称为人工冻结技术，即人

为制造低温环境，通过将土体内自由水的温度降至0℃以下，自由水结成冰后黏

结土体，形成冻结土体。冻土强度高、稳定性强、隔水性能好，可起到较好的支

护、隔水作用，适应复杂地层条件施工作业。

冻结法的应用源于现代科学技术的发展，移动式冻结机械的产生使工程冻结

成为可能，并开始应用于工程建设中。19世纪80年代，德国工程师波茨舒创立

冻结法原理，并申请专利，在阿尔巴里德煤矿井筒施工中成功运用。20世纪90

年代，国内外已经实现了人工冻结法的广泛应用，包括建筑地基、矿井建设、地

铁工程、输洪隧道等领域。

我国自20世纪50年代开始引入冻结法，首次试用是在开滦林西矿风井，

施工效果良好，此后在全国各地矿井工程中得到了广泛应用，积累了大量的施工

经验。直至70年代，冻结法在我国城市建设中得到了推广，在北京、沈阳、上

先天下之忧而忧，后天下之乐而乐。——范仲淹

海、广州地铁工程中均实现了成功应用。文章主要围绕人工冻结技术在地铁施工

中的应用展开详细分析。

2人工冻结施工原理与方法

2.1施工原理

人工冻结，实质上是利用低温环境改变土体特性的地层加固技术。人工冻结

施工，需要在地层中铺设管道，安装冻结机械与相应循环系统，通过制冷媒介可

吸收土体热量，松散含水岩土成冻土后形成人工开挖所需临时固结体，达到地层

加固的目的，并创造无水施工环境。冻结系统示意图（盐水）如图1所示。

图1冻结系统示意图

1.盐水箱；2.盐水泵；3.去路干管；4.配液圈；5.供液管；6.回液管；7.冻结器；8.集液圈；9.回路干

管。

完成冻结施工后可开挖隧道，刚性支护工作结束后可停止制冷，随着时间的

推进，人工冻层逐步解冻，恢复岩土初始状态。在人工冻结技术的运用下，冻土

的形成并非一成不变，土体内自由水的变化可分为5个阶段，如图2所示。

百川东到海，何时复西归?少壮不努力，老大徒伤悲。——汉乐府

图2冻土中自由水冻结曲线

2.2施工方法

近年来，我国人工冻结常用的有低温盐水法和液氮冻结法两种施工方法，具

体分析如下。

（1）低温盐水法：间接冻结法，将制冷物质（氨、氟利昂）注入制冷压缩

机内，通过循环做功将盐水降至0℃以下，采用冻结管将低温盐水送至岩层内，

实现土体冻结。低温盐水法主要包括氨循环系统、盐水循环系统以及冷却水循环

系统三大循环工作系统，其可以获得-35～-20℃的低温盐水，2～3个月内冻结

岩土。

（2）液氮冻结法：此种冻结法主要是通过压强将液氮抽入地层内，并做好

热尾气的处理，液氮温度可低至-190℃，以此快速形成冻结壁，冻结时间短则几