摘　要：随着城市地铁建设的不断发展，暗挖车站施工技术面临着诸多挑战，尤其是在复杂的地质条件和周边环境下。冷冻法作为一种有效的土体加固方法，在城市地铁暗挖车站施工中得到了广泛应用。本文以哈尔滨市轨道交通3号线二期工程兆麟公园站4号出入口为例，对冷冻法的应用效果进行评估。

关键词：冷冻法；地铁暗挖车站；施工；效果评估

一、工程概况

兆麟公园站位于道里区友谊路与地文街交口，为地下三层岛式车站，主体结构已完工。4号出入口位于友谊路北侧，紧邻儿童医院，因附属管线改迁和地面交通限制，采用冷冻暗挖法施工下穿友谊路北侧部分，明挖法施工儿童医院院内部分。根据勘探揭示的地层结构，勘探深度内场地地下水可分为孔隙潜水、孔隙承压水。

二、冷冻法施工技术

（一）冻结帷幕设计

冻结壁厚度及温度要求是保证冷冻法施工效果的核心参数。根据工程地质条件和施工环境，4号出入口暗挖段的冻结壁设计顶部、两侧及底部厚度均为 3.0m ，确保形成完整、连续的冻土帷幕，有效隔绝地下水并增强土体强度。在冻结质量方面，要求冻土平均温度控制在⩽-10^∘C ，以提高土体抗压性能，同时在与地连墙交界面处，为避免界面弱化影响整体稳定性，规定该区域温度不得高于 -5^∘C ，从而提升冻结体与结构之间的结合紧密度。此外，在积极冻结阶段，需严格控制外部干扰因素，冻结区 200m 范围内不宜进行降水作业，并确保冻结区内无集中水流通过，防止因水流扰动导致冻结不均或局部热扰。

为减少外界环境对冻结效果的影响，采取了一系列保温措施。在冻结帷幕附近的主体结构内侧敷设 40mm 厚阻燃软质塑料泡沫保温材料，其导热系数不大于0.04W/（ m⋅K ），可有效降低外部热量传导，维持冻土状态稳定。同时，在车站侧4号出入口预留口四周安装冷排管，利用低温循环强化冻结作用，尤其针对结构交界部位进行重点加强，提升冻结效率和整体均匀性。

冻结时间及参数设定直接关系到冻结效果的达成与开挖安全。设计积极冻结时间暂定为40天，实际施工中可根据测温数据灵活调整，以确保冻结壁充分发展并满足开挖条件。冻结孔单孔流量应不低于 5m³/h ，以保障盐水循环系统的冷却能力。在温度控制方面，要求冻结启动7天内盐水温度降至 -18^∘C 以下，15天内进一步下降至 -24^∘C 以下，去、回路盐水温差不得超过 2^∘C ，以保证冻结过程中的温度均衡性和热传导效率。待进入开挖阶段时，盐水温度应降至 -28^∘C 以下，形成足够强度的冻结体。每米冻结管的设计散热量不小于 300kcal/h ，确保单位长度内具备足够的冷量输出，加快冻结速度并提升冻结质量。这些参数的综合控制为后续暗挖施工提供了坚实保障。

（二）冻结孔施工

施工工序：冻结孔施工是冷冻暗挖法的关键环节，其施工质量直接影响冻结效果。该工序包括施工前调查、定位开孔及孔口管安装、孔口装置安装、钻孔、封闭孔底部、打压试验等多个步骤。施工前必须进行详细的地质与水文勘察，确保地下水位处于冻结帷幕设计要求的控制范围之内；定位开孔精度至关重要，水平误差不得大于 100mm ，以保证冻结孔布置符合设计参数；在钻孔过程中，需严格控制偏斜，最大允许偏斜量为 150mm ，避免因偏斜过大影响冻结帷幕的整体连续性和密封性。

钻进与设置：为提高钻进效率并降低对周边环境的影响，采用跟管法钻进技术。此方法能够在钻孔过程中同步下入套管，有效防止地层中的砂土或水流出，减少地面沉降风险。冻结管根据孔位和设计深度进行组合拼装，确保接头避开不同地层交界面，以免造成结构薄弱点。冻结管连接采用丝扣配合焊接方式，保证接口的密封性和强度；同时，在冻结管头部加设密封装置，防止盐水泄漏。在整个钻进与下管过程中，需对每根冻结管的长度和偏斜情况进行复测，确保符合施工标准。冻结管与地下连续墙等结构之间的间隙需严密封闭，防止冷量流失或地下水渗入。最后，完成供液管的下放，并对端盖和羊角进行焊接处理，形成完整的盐水循环通道，为后续冻结作业提供保障。

（三）制冷系统设计

冷冻机选择：经计算，4号出入口暗挖段需冷量为11.6528×10⁴Kcal/h ，选用3台SKDW136.1H型螺杆机组，其中1台备用，确保在单机故障或检修情况下仍能维持系统正常运行，保障冻结过程连续稳定。辅助设备配置充分考虑冗余与可靠性，配备4台IS150-400A型盐水泵（2用2备），保证盐水循环系统高效运转；2台IS150-315A型清水泵（1用1备）用于冷却水循环，提高制冷效率；同时设置2台NBL-100型冷却塔，以实现热量有效排放，维持系统热平衡。其它方面，系统用电负荷约为 400kW/h ，需合理安排供电容量，保障设备稳定运行；选用N46号冷冻机油，具备良好的低温性能和润滑效果，确保压缩机长期运行可靠；采用氟立昂R-22作为制冷剂，具备良好热传导性能和适中蒸发温度，适用于低温冻结需求；冷媒选用氯化钙溶液，具有良好的抗冻性和化学稳定性，适用于地下冻结工程中的低温输送。

（四）开挖和构筑施工

开挖方案：从4号出入口侧进行开挖，在通道预留口搭设专用工作平台，确保施工操作空间和作业安全。采用人工配合风镐、局部辅以破碎机械的全断面开挖方式，减少对冻结壁的扰动并控制超挖量。根据设计要求，每次开挖进尺控制在 0.5m 以内，并在每轮开挖完成后立即实施临时支护，确保围岩稳定。多榀钢支架安装完成后，及时喷射混凝土形成整体支护结构，增强冻土帷幕的承载能力和安全性。为保障施工过程中的温度稳定性，避免冻胀或融沉影响，开挖过程中同步监测冻结壁厚度及温度变化，确保其处于设计范围内。

支护方案：采用“两次支护”体系，以适应冻结条件下地层变形复杂的特点。第一次支护为临时支护，主要由型钢支架与喷射混凝土组成。型钢支架采用封闭矩形结构，配备立柱和纵向拉杆，形成稳定的支撑系统，提升整体抗压能力。在钢支撑架设完成后，在其后方铺设保温板，以减少外界热交换对冻结壁的影响，维持冻土稳定性。第二次支护为永久支护，采用现浇钢筋混凝土结构，分为底板、侧墙和顶板三部分。施工顺序为先浇筑通道底板，再依次完成侧墙和顶板的一次性连续浇筑，确保结构整体性和防水性能。在浇筑过程中，严格控制混凝土入模温度，防止因温差导致结构裂缝。同时，在永久支护施工时预埋注浆管，便于后期对结构背后空隙进行充填注浆，增强支护体系密实度和承载力，有效防止地下水渗透及地层变形。

三、应用效果评估

（一）技术可行性

地层加固效果：通过合理的冻结帷幕设计和施工，成功在富水砂层中形成了强度高、封闭性好的冻土帷幕，有效隔绝了地下水，为暗挖施工创造了稳定的条件。在钻孔过程中，虽遇到涌水涌砂等问题，但通过二次开孔、保持压力钻进、孔口压紧装置及地层补偿注浆等措施，确保了钻孔施工的安全进行。

施工工艺协同性：冷冻法施工与开挖构筑施工工序紧密配合。积极冻结达到设计要求后进行开挖，开挖过程中持续监测冻结壁温度和变形，根据情况调整冻结参数，保证了施工的顺利进行。如在开挖时，通过对测温孔和泄压孔数据的分析，判定冻结帷幕达到设计强度和厚度后才进行正式开挖，确保了施工安全。

（二）安全性

对周边环境影响小：施工过程中采取了一系列措施控制冻胀和融沉，如设置泄压孔、冻胀控制孔，进行跟踪注浆等，有效减小了对周边建筑物和管线的影响。对黑龙江省儿童医院（距离暗挖段水平距离 25m ）以及附近的燃气管线、给水管线和电缆等进行严密监测，未出现因施工导致的损坏情况。

安全应急措施有效：制定了详细的应急预案，针对钻孔、冻结制冷、开挖构筑等各阶段可能出现的风险，如涌水涌砂、冻胀、盐水漏失、停电等，制定了相应的应急处置措施，并进行了应急演练。现场配备了齐全的应急物资和设备，确保在突发情况下能够迅速响应，保障施工安全。

（三）质量可控性

施工质量标准明确：从冻结孔施工到开挖构筑，各工序都有明确的质量标准和验收程序。如冻结孔施工质量技术措施包括钻孔偏斜控制、冻结管钻进与安装、断裂预防及处理、漏泥冒砂和“卡钻”预防等措施，确保了冻结孔的施工质量。

严格的验收制度：执行施工单位自检、监理单位复检、建设单位组织验收的程序，对资质及人员进场、机械设备、材料、工序等进行严格报验。在开挖前，按照详细的验收条件表对设计文件、施工方案、测量、地层冻结等多个方面进行验收，合格后方可施工，保证了工程质量。

冷冻法在兆麟公园站4号出入口暗挖施工中的应用取得了良好的效果。通过合理的施工技术设计和严格的施工管理，解决了富水砂层中暗挖施工的难题，确保了施工安全、质量和进度。对周边环境的影响得到有效控制，为类似工程在复杂地质条件和周边环境下的暗挖施

结论

工提供了宝贵的经验。然而，冷冻法施工过程中仍需密切关注各项参数变化，进一步优化施工工艺，以更好地应对可能出现的各种情况，提高施工效率和质量。

参考文献

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