摘要：人工冻结法具良好的封水性能，在不同的地层环境都有良好的适用性，特别是在地铁隧道的施工中，可以防止含水砂层阻碍地铁施工的进程。人工冻结技术虽然具有一定的优势，但是在地铁施工中，该技术的应用出现了许多风险事故，因此需要加大对其重视。本文主要通过概述人工冻结技术，探究人工冻结技术的实际应用，研究目前地铁施工中应用人工冻结技术存在的事故风险
关键词：冻结技术；地铁施工；应用
引言
随着我国城市化进程的不断加快，地上空间已经不能满足人们的出行需求。为了满足城市居民生活与工作的需求，地铁建设的规模在逐渐扩。城市地下工程及市政工程的实际施工经常运用到人工冻结技术，在地铁施工过程中该技术的应用带来积极左右的同时，也容易造成工程事故的频繁出现，若是忽视对其的防范，有可能会对整个的地铁工程产生严重的影响，所以要加大对地铁施工中人工技术的重视。
1人工冻结法的基本概述
人工冻结主要是对人工制冷技术利用，使地层中的水冻结成为冰的状态，使天然岩土冻结成为冻土的状态，促进其稳定性及强度的增强。对地下工程与地下水之间的联系进行隔绝，以达到地下工程掘砌施工能够得到冻结壁的有效保护的特殊技术。通过人工制冷对岩土性质进行改变，从而达到对地层的固结，其目的是人工冻结技术的实质。冻结壁结构是临时支护的，在形成永久支护之后，就需要将冻结工作停止，融化冻结壁。将物质从液态转变成气态是岩土工程通常使用的冻结制冷技术，利用气化过程的吸热完成冻结的目的，该制冷系统中的制冷工质多选用氨，为了将液态氨转变为气态氨，然后在变为液态，使其形成循环的状态，这时冷却水循环系统、盐水循环系统、氨循环系统共同组成了整个制冷系统。
2 人工冻结法的施工方法
通常情况下人工冻结法的施工工艺包括五个阶段：第一，冻结工作站的安装。冻结工作站是由多个系统设备共同作用组成的，例如，冷凝器、节流阀、压缩机、蒸发器、中间冷却器、低温盐水循环系统。第二，冻结管的铺设。设置相关的冻结孔，把冻结其设置在冻结孔内，并且把各个冻结器连城一个系统，最后将连接成的系统与冻结站连接起来。第三，积极冻结期。在冻结管的作用下，冻结壁会向外扩展，并且在冻结管的周围形成相关的冻结圆柱。然后冻结管与冻结圆柱出现交圈的现象，地层的温度会逐渐变低，冻土壁的强度会逐渐增大。地层的温度降到施工设计的标准要求时，冻结期结束。第四，维护冻结期。冻结期地层会有一定冷量的损失，所以采取保护措施，维护地层温度的稳定性。第五，解冻期。地铁地层的结构施工完成后，可以拔除冻结管，进行地层的解冻。
3 冻结法在地铁施工中的应用
3.1 人工冻结法在盾构隧道端头加固中的应用
盾构隧道端头加固能够保证盾构机安全始发和接收，是地铁隧道施工中一种机械化的施工方法。人工冻结法所起到的地层加固作用，直接关系到盾构法施工的风险。除了人工冻结法经常在盾构法施工中应用的加固方法是降水法和地基加固法，其中，降水法是疏干地下水的一种有效的方法，通常用来辅助盾构端头的加固，地基加固法是添加载结料预加固。但是地铁隧道施工的地质条件多变，且存在很大的不稳定性，降水法和地基加固法不能保证化学加固体的质量。人工冻结法可以将冻结壁和盾构工作井围护结构完全胶结，冻结壁也有较强的封水性，是现在含水地层盾构隧道端头加固最常用的方法。
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3.2 地铁泵房、旁通道和急转弯部位的冻结加固
根据现代城市地铁安全设计的要求，间距1km 左右时，需在并排区间隧道间设立泵站，此外，地铁工程还有一些旁通道和急转弯部位。在这些区域采用盾构法施工往往较困难，而且很不经济。日本、美国、英国等国在这些部位常采用冻结法对周围土体加固，然后用矿山法掘进。在上海地铁1号线思南路旁通道施工前虽然采用了旋喷法加固，但是施工时仍然发生了3 次涌砂现象，后来采用冻结技术加固，效果很好；宁海西路下行泵站中采用冻结加固，经加固后的土体满足强度和抗渗要求。
3.3 人工冻结法对地铁隧道涌水、坍塌等事故的修复
通过对过去世界各国的地铁建设的情况分析，漏水、坍塌是地铁建设过程中最常见的事故类型，遇到这种情况通常的会利用改线修复的方法，这种方法的施工难度比较小。但是很多情况下不能进行改线修复，因为地铁施工的线路已经规划完成，如果进行改线会对整个施工工程造成影响，所以就要采取原位修复的方法。原位修复必须要对隧道周围的土体进行加固，在保证原有隧道的完整性的基础上进行原位重建。通过这种方法使得修复的隧道可以早日贯通。在地铁隧道建设工程中，人工冻结法是一项重要的技术保证，其施工效率和安全性程度都相对较高，所以在隧道的抢险修复中实现了广泛的应用。
4 地铁施工中应用人工冻结技术存在的事故风险
4.1土体冻结孔问
地下空间进行冻结孔钻孔工作时，在向结构外围土体施工时，若是出现失效的孔口密封事故，就会导致喷砂、喷水等问题的发生，情节严重时会由于过大的地层损失，造成地下结构变形破坏事故的发生，从而破坏管线、地下构筑物、地面建筑，甚至会产生淹没工程的危害。因此要加大对其重视，为地铁施工提供安全保障
4.2 冻土融沉
地铁施工过程中出现的冻土融沉属于自然规律现象，目前在对融沉问题的控制主要是在融化冻土之后对其进行注浆，所以缺乏强有力的注浆执行效果将直接造成融沉事故的发生同时使用对注浆的跟踪和自然解冻冻土的方法，由于过长的自然解冻时间，长期对注浆进行跟踪的条件比较缺乏等原因，于是造成融沉。而在解冻时若是使用强制性措施，虽能起到注浆周期被大幅缩短的效果，但对解冻进程检测数据在工程中常出现匮乏的现象，这就对注浆的准确到位无法起到保障
4.3 土体冻胀
在地铁施工中使用人工冻结技术进行冻结工作时，若是土体出现冻胀现象，就会导致地下结构变形破坏、冻结管断裂等事故的发生。若是出现地下结构变形破坏将直接对地下结构的使用寿命产生不利影响，而冻结管的断裂将造成冻土帷幕失稳、冻土帷幕区域强度薄弱等。不力的冻胀措施、过大的冻土体积、过长的冻结时间、存在冻胀敏感性地层等都会导致冻胀事故的发生，其中冻胀发生的必要条件就是冻涨敏感性地层，超出冻胀预料的一种原因就是没有深入地认识地层的冻胀敏感性。而且冻胀过大的常见原因就是过长的冻结时间，时间过程必然出现过大的冻土体积，导致土体冻胀事故。
5 结束语
通过对人工冻结技术在地铁施工中应用研究，可以从中了解到在地铁施工中应用人工冻结技术不仅有利于实现对地下土体的加固作用，并且为地铁施工顺利进行提供有效的保障，但在实际施工中却存在土体冻胀等事故，因此需对其给予重视。
参考文献：
[1] 张婷.人工冻结法在地铁建设中的应用与发展[J].道路与桥梁，2012（06）[2] 黄以春，蔡海兵，李阳．基于随机介质理论的地表冻胀预测及其参数敏感性分析[J]．建筑技术，2015，46（10）：932-936.
[3] 张经双.人工冻结法在地铁隧道施工中的应用与发展[J].工程建设，2015（11）.
论文作者:王龙
论文发表刊物:《基层建设》2016年30期
论文发表时间:2017/1/13
标签：地铁论文; 地层论文; 盾构论文; 冻土论文; 隧道论文; 技术论文; 事故论文; 《基层建设》2016年30期论文;