利用人工制冷临时改变岩土性质以固结地层

冻结法原理与冰箱差不多，即利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，将松散含水岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水，以便在冻结壁的保护下，进行地下工程掘砌作业。

最早用于俄国金矿开采，后由德国工程师用于煤矿矿井建设获得专利技术趋于成熟，已广泛应用于地铁、深基坑、矿井建设等工程中。

岩土冻结方法

（一）间接冻结法和低温盐水法

间接冻结法是目前城市地下工程施工团队较为常用的方法，将氨或氟利昂作为制冷降温的物质，用制冷压缩机使氨和氟利昂达到可以降低温度的作用。

通过对制冷物质的压缩处理，将盐水的温度降低到零摄氏度以下，温度在零摄氏度以下的盐水是调整地下温度的主要媒介，负温的盐水会将较低的温度释放给地下的土质，使土质内的水分充分冻结，从而提升地下土质的坚硬程度。

（二）直接冻结法

直接冻结法也称液氨冻结法，主要使用液氮作为冻结工作的材质，在标准大气压的情况下，液氮通过蒸发可以降低196℃。偶尔也会使用干冰，但干冰的升华只能在标准大气压的情况下使温度降低32℃，因此，液氮的冷却效果较好。

如果地下工程的规模较小，或者水资源有可能对施工人员构成安全威胁，施工人员要优先考虑使用液氮对土质进行冻结，保证尽快完成冷冻工作。

使用冻结技术加固后的土质特征

使用冻结技术之后，土壤的硬度会得到很大的提高，正常情况下，土壤的抗压力会达到2兆帕到10兆帕之间。使用冻结技术处理的冻土具备很强的封水性，可以避免地下水渗透到地下管道中，切实保证地下施工者的安全。冻结法能够保证冻土具备很好的支护性，冻土可以保证没有较大的缝隙。另外，冻土的连接性很好，经过冻结的土壤会形成一个坚固的整体，保证下方施工者的安全。

冻结法仅仅需要使用制冷技术对水资源进行凝固，因此不存在其他对人体有害的化学物质，可以保证施工人员的身体健康，也能够保证自然环境不被破坏。且不需要太高的经济成本。

冻结法的发展

工程应用情况

人工地层冻结法除了在煤矿立井凿井工程中得到了大量应用以外，我国在城市地铁工程的旁通道施工、盾构掘进机进出洞施工、桥墩基础施工等工程中也大量应用冻结法技术。

20世纪70年代以来我国先后将冻结法应用到北京地铁、沈阳地铁2#线、上海地铁1#线、广州地铁、深圳地铁、南京地铁等旁通道施工；在上海地铁1#线延安东路隧道盾构进出口、广州地铁中山纪念堂车站、南京地铁张府园车站、港珠澳大桥等施工中也采用了冻结法施工。

冻结法在南京地铁张府园车站的应用：

2002年南京地铁一期工程张府园车站南隧道盾构法施工时，洞门两侧出现大量流砂，附近区域的沉降量较大，为了确保地下管线和地面交通的正常使用和安全运行，在南京首次实施了地下工程的人工冻结法施工。

冻结法的工艺过程为：在盾构出洞方向沿工作井地连墙外侧布置冻结孔，并在冻结孔中循环低温盐水，使冻结孔附近的含水地层结冰形成冻土墙，并在冻土墙的保护下打开盾构出洞口和推进盾构机。

南京江南工作井液氮冻结转换盐水冻结施工：

2018年10月份，该项目进入冻结期,由于南侧冷缝附近有降水井不定时降水，导致新老地连墙连接处下部一直有水外流。根据现场状况，项目部果断将盐水冻结改为液氮强化冻结，经过10天的强化冻结，地下水流终于止住了。