凍結法

將含水土體利用人工設置的凍結管，凍結管內循環冷媒劑，帶走土體中熱量從而形成強度高密封性好的凍土，起到承受荷載和密封防水的作用。它的適應性強、安全可靠、無污染，目前和其他方法相比造價略高。凍結法是在室外用熱砂漿進行砌築，砂漿不摻外加劑，砂漿有一定強度后砌體很快凍結，融化后的砂漿強度接近於零，當氣溫升高轉入正溫后砂漿的強度繼續增長。由於砂漿經凍結、融化、再硬化的三個階段，其強度會降低，也減弱了砂漿與磚石砌體的粘結力。結構在砂漿融化階段的變形也較大，會嚴重的影響砌體的穩定性。故規範規定下列工程不允許採用凍結法施工：（1）、空斗牆；（2）、毛石砌體；（3）、磚薄殼、雙曲磚拱、筒式拱及承受側壓力的砌體；（4）、在解凍期間可能受到振動或其他動力荷載的砌體；（5）、在解凍時，砌體不允許產生沉降的結構。

在井筒開挖之前，從地面沿其外圍一定距離的同心圓周上按等間距向下鑽孔，孔底深入不透水層，然後向每個鑽孔中沉放用無縫鋼管做的下端封閉的凍結管；在地面安裝冷凍設備，採用氨(NH3)為製冷劑，將冷媒劑氯化鈣(CaCl2)溶液（習稱鹽水）冷卻到-20～-30°C,用循環泵和插至凍結管深處的聚氯乙烯供液管將鹽水送入凍結管。經低溫鹽水長時間連續地吸取管外的熱量，使周圍地層凍結。鹽水吸取地層的熱量后溫度上升，在循環泵的作用下，經迴路管回到冷凍設備和製冷劑接觸而重新冷卻。原為液態的氨，在減壓的條件下蒸發時攝取鹽水的熱量后，經壓縮和冷凝又使其液化，在管道內循環流動，重複使用。在每一凍結管周圍形成的凍土圓柱體，其直徑隨時間而增大，這些圓柱體互相交接成密實而閉合的凍土牆，能承受水、土壓力並阻隔地下水，在它的保護下開挖地層和修築襯砌（見圖）。

採用凍結法施工時，須根據施工進度、凍土牆的需要強度、開挖順序等，確定凍土牆的厚度、凍結管群的間距與行數，以及其長度、凍結順序和解凍順序等，從而選擇必要的凍結設備。還須制訂施工中的測定溫度計劃和測定點。根據測定結果，以連續或間斷的供冷方式保持凍土牆的凍結。同時研究地層凍結時的膨脹和解凍時的下沉情況，預先制定測定方法和對策。此外，在地下構築物施工時，必然要在接近-5～-10°C的凍面處灌築混凝土，因此最好採用低溫早強混凝土，否則要埋設加熱器或敷設絕熱材料，以減少凍土牆對混凝土的影響。地下構築物完成後，要對凍結的地層進行均勻而連續的解凍，對埋深不大的地下工程，可停止供應鹽水，令其自然解凍；如埋深很大時，則供應溫度逐漸提高的鹽水，進行人工解凍。此外，各國還有用液態氣體蒸發製冷的。進行凍結時，只需用儲氣罐將液態氮運至工地直接注入凍結管即可，因此工地設備簡單，但其缺點是液態氮使用不安全，有一定的危險性。

凍結法既適用於鬆散不穩定的沖積層和裂隙發育的含水岩層，也適用於淤泥、鬆軟泥岩以及飽和含水和水頭特別高的地層。對於土中含水率非常小或地下水流速相當大的處所不適用。1883年德國最早用凍結法開鑿豎井，隨後比利時、荷蘭、英國、波蘭、蘇聯、美國、加拿大等國也主要用此法開挖豎井。近30年來，凍結法除廣泛地用於礦山井巷工程以外，也用於修建地下鐵道車站和自動扶梯斜隧道、地下洞室以及橋墩的深基礎等工程。中國於1955年首次在開灤林西煤礦應用此法開鑿風井以來，至1982年，已開鑿190多個井筒，累計凍結深度超過3萬米，最大凍結深度為415米。

《井巷工程施工手冊》編寫組編：《井巷工程施工手冊》,第16篇凍結法施工，煤炭工業出版社，北京，1980。

日本土木學會編，葉家駿譯：《隧道》，中國鐵道出版社，北京，1984。（日本土木學會編：《土木工學ハンドブツヶ》1974年版，第22編トンネル，技報堂，東京，1979。）