冻结法施工技术在建筑工程中的应用分析

张作鑫

摘要：社会的不断提高使城市化进程的发展速度逐渐加快，在城市建设过程中，冻结法施工技术被广泛应用在各方面中。本文针对冻结法施工技术在建筑工程中的应用进行深入的分析，探究冻结施工技术的应用优势与其价值，从而更好地促进冻结法施工技术的发展意义。

关键词：冻结法;施工技术;建筑工程;应用

引言

人工地层冻结技术最早是来自于天然冻结现象所呈现，此技术的主要原理是低温冷却液在冻结管中持续进行循环，利用热质进行交换后将冻结管周边的地层冻结，构成冻土帷幕，当冻土经过此种方式逐渐成为冻土壁，且形成封闭、连续的冻土层，在具有一定强度的冻土壁的支护下进行地下空间施工的一种工艺技术。现代化城市的迅速发展，人口数量也在不断增长，大部分城市也不断开发地下空间，各个工程在实际建设中的地质、土壤的相关条件结构较为复杂，施工也面临着较强的难度。而冻结法施工技术对各个施工都具有着十分重要的意义。

1 冻结法施工中的制冷技术

针对大型工程的土壤冻结施工过程中，液氮制冷技术是一种先进的制冷技术，液氮的主要特点表现为沸点低、无色无味、密度较低，且几乎是完全惰性气体，不可燃烧，不具有任何腐蚀性等多个特点[1]。另外，液氮冻结还具有快速、低温、简单便捷等特征。液氮制冷处于物态变化的一种制冷范围内，液氮的制冷形成是在冻结器内将液氮气化，在汽化吸热后形成制冷。液氮冻结工艺技术的操作步骤为以下几点：一、空气分离厂用液氮槽运车将液氮运至工地，通过槽运车或是液氮贮槽液氮会经绝热管路和膨胀阀灌入至冻结管内汽化，从而能够对周边土层所具有的热量进行良好的吸收，最后在冻结管中排除氮气，将空气释放其中。液氮冻结是一种深冷冻结，其温度能够达到-180℃。在进行液氮冻结施工设计过程中，冻结器之间的间距通常保持在0.6米左右，对冻结器之间的间距进行合理的掌控，避免间距过大。同时，将灌注压力保持在0.3MPa左右即可。

2 冻结法井筒施工

2.1 冻结井简适时开挖的条件

冻结井筒施工适时开挖，是加快井筒施工速度、缩短工期的重要-环。开挖过早会发生片帮甚至涌砂透水。开挖过迟，随着冻土墙的不断扩展，会增加施工难度，影响施工进度。因此，井简开挖时间应遵循以下原则：第一，当水文观测孔内的水位已有规律地上升并冒水。第二，测温孔的温度已降至设计值，证实冻结壁已全部浇固，其强度具备开挖条件。第三，开挖前的准备工作均已就绪，完全具备井筒施工条件。

2.2 冻结井筒施工

第一，掘进。冻土墙挖掘。开挖初期，在冻土墙未进入荒径时，应采用短段台阶环形辐射分区划片的方法挖掘，并在井简中心挖超前小井，先挖取井筒径内的土，再分片对称开挖帮壁土。为防止井壁整体下沉，在刷帮时可在井壁厚度外错100mm，对称砌筑6～8个1500mmX300mm的料石垛，以后随着冻土进入荒径逐步减少和取消。在施工措施中应明确规定段高高度、小井直径及台阶规格等，此段以人工挖掘为主。冻土墙进入荒径后的挖掘。当冻土墙已进入荒径，以人工风镐、风铲直接破碎冻土进行全断面一次挖掘，根据不同土层，适当调整段高，当冻土墙全部进入井筒或风化基岩段施工时，可采用钻爆法施工，施工时要编制切实可行的爆破安全技术措施。第二，切壁。外壁采用1mX1m金属块装模板，吊桶下放砼至吊盘下层盘，人工入模，插入式振动棒振捣。内壁采用液压滑升模板自下而上浇筑，吊桶下放砼，至吊盘上层盘分灰漏斗内由竹节管入模，插入式振动棒振捣。

3 冻结法技术应用情况

3.1 采用先进的控制技术

冻结法凿井信息化施工技术取得了长足的进步，研制成功了600～800m深井冻结施工综合监控系统，提出了冻结壁形成状况及其安全性的智能化评价方法，已在山东张集煤矿副井冻结工程（冻结粘土层连续厚度达174.3m）等多个井简中应用，取得了良好效果。目前大多数冻结深井均在使用冻结凿井信息化施工技术，使冻结凿井施工的过程控制更加科学、合理，为冻结法凿井的安全施工创造了良好的条件。

3.2 先进的钻孔设备和测井技术的应用

在冻结深度不断增加的同时，对冻结孔钻进的要求也越来越高。TJS一2000型钻机等大型钻机成为深冻结孔钻进的标准装备，引进了石油系统的顶驱钻机进行深井冻结孔施工。顶驱钻机以其施工速度快、垂直度高的优点而初露锋芒。随着人们对冻结施工技术的理解与冻结深度的增加，在冻结孔偏斜控制方面，也由过去将冻结孔偏斜率与终孔偏距相结合进行控制转为主要由冻结孔钻进靶域进行控制，使我们的冻结造孔技术有了长足进步。冻结孔测斜技术也由从前单一的连续测量改为目前的自动单点测斜克服了深度800m以上时零点飘移过大的缺点;顶角测量精度比从前可提高50%，这都为冻结技术的提高提供了可靠保证。

3.3 优化冻结设备

目前冻结单位的制冷设备大多已更新为大型螺杆冷冻机组与蒸发式冷凝器组合的制冷系统。随着技术的进步，近年又有了新的发展，双机双级制冷机组和热虹吸蒸发撬块组合的制冷系统以其制冷效率高、综合体积小、运输及安装方便等优点，正在逐步进入冻结凿井领域。针对现有冻结站盐水循环系统存在热交换效率低、设备故障率高、电能浪费严重的现状，对其进行节能优化设计。取消管道泵，设计增加一种盐水自动平衡装置，实现盐水循环系统中盐水的平衡匹配，提高热交换效率。采用变频控制方式调节盐水泵拖动电机的转速达到控制盐水流量的目的，不但可降低管道压力，使盐水循环更加平稳，还可节约大量的电能。

4 结束语

综上所述，我国冻结法凿井技术迅速发展，在煤矿建设中发挥了重要作用。近些年，冻结深度有了新突破，采用新技术、新装备、新工艺建成了一批深冻结井筒。表明我国冻结法凿井技术水平发展到了一个新的阶段，达到了世界先进水平。

参考文献

[1]康亚军.冻结法在地下工程施工中的應用浅探[J].建材发展导向（上），2019，17（4）：96.

[2]高瑞，岳红波，梁聪，等.封闭环境下冻结法辅助钢套筒盾构施工关键技术研究[J].施工技术，2021，50（4）：57-60.

[3]陆鹏举，曹化春，林键，等.浅埋大断面隧道分区冻结、分部构筑施工技术[J].建井技术，2021，42（1）：1-7，19.

[4]祝士群.冻结法在城市轨道交通施工中的运用探讨[J].建筑工程技术与设计，2021（12）：2316-2317.