深埋水工隧洞水平凍結施工關鍵技術研究

陳曉東，陳居乾

（1.甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，甘肅蘭州730000；2.甘肅甘蘭水利水電勘測設計院有限責任公司，甘肅蘭州730030）

1 工程概況

甘肅省大型跨流域引調水引洮供水一期工程總干渠第二長洞7號新寨嶺隧洞全長17.29 km，采用中國首臺直徑5.75 m單護盾全斷面巖石隧洞（隧道）掘進機為主、鉆爆法及“凍結法”特殊工法為輔施工。主要穿越新近系軟-極軟巖，特別是工程地質性狀極為惡劣的含水疏松粉（細）砂特殊極軟巖地層，工程地質環境復雜，屬典型深埋軟巖長隧洞，具廣泛的軟巖大變形機理與破壞特征及控制技術工程代表性。TBM掘進并同步拼裝管片襯砌成洞總長13.89 km，占全長的80.3%，含水疏松粉（細）砂巖地層存在強烈大規模突泥、涌砂及破壞性大變形等特殊工程地質災害的兩段連續深埋洞段總長309.25 m，TBM及鉆爆法掘進適應性差，存在很大安全風險，分別采用“地面垂直+洞內水平復合凍結法”“地面垂直凍結法”及“洞內水平凍結法”3種技術方案掘進。

隧洞中部及下游鉆爆法與TBM掘進停工掌子面前方兩段總長78.65 m含水疏松粉（細）砂巖洞段采用“洞內水平凍結法”掘進，洞身設計為一次掛網噴混凝土及型鋼拱架與木插板支護，高密度聚乙烯閉孔泡沫板保溫，二次現澆鋼筋混凝土襯砌的復合式支護襯砌結構。中部長16.20 m洞段埋深206.6 m，通過施工輔助斜井工作面單循環凍結施工，圓形斷面，掘進洞徑6.45 m，凈洞徑4.96 m。下游長62.45 m轉彎洞段埋深135.0～161.0 m，類馬蹄形斷面，掘進尺寸5.90 m（寬）×5.97 m（高），凈尺寸 4.80 m×5.02 m，其中前段長40.35 m通過施工輔助平洞工作面雙循環凍結施工，后段長22.10 m通過隧洞出口工作面單循環凍結施工。

2 巖土人工凍結技術原理

人工地層制冷技術分為鹽水（CaCl2溶液）冷媒劑循環間接制冷和液氮（N2）制冷劑氣化直接制冷兩類吸收巖土熱量的方式。隧洞（隧道與巷道）、豎井、斜井及平洞屬地下相對封閉空間，為確保安全，通常采用氟利昂（R22）或氨（NH3）制冷劑間接制冷法。“凍結法”是在地層中造孔安設凍結管，通過冷媒劑循環將巖土熱量導出，地層降溫水結冰，松散軟弱含水巖土凝固形成凍結體，暫時改變巖土性狀，提高強度及穩定性，形成臨時性封閉凍結帷幕（凍結壁）隔絕地下水，抵抗巖土地壓荷載的物理措施加固法，在凍結帷幕保護下安全掘進支護。“凍結法”在礦井及地鐵工程中應用廣泛，在水工隧洞工程中應用相對較少，是解決突泥、涌水、涌砂、流砂、破壞性大變形、大規模塌方等特殊工程地質問題的掘進支護特殊工法，分為設備滿負荷運行加速凍結壁發展完成的前期積極凍結期和設備正常運行減緩或停止凍結壁發展以滿足掘進支護的后期維護凍結期兩個階段。

間接制冷技術由制冷劑、冷媒劑及冷卻水三大熱泵循環系統構成，地熱經凍結管由冷媒劑傳至制冷劑循環系統，再經制冷劑傳入冷卻水循環系統，最后由冷卻水循環系統排入大氣。隨冷媒劑循環，地層中的水逐漸結冰，形成以凍結管為中心的凍結圓柱，并不斷外擴與相鄰凍結圓柱連為一體，最終形成具一定厚度及強度的凍結帷幕（凍結壁）。

3 含水疏松粉（細）砂巖工程地質特性研究

3.1 總體概況

7號長隧洞最大埋深350.0 m，主要穿越長13.53 km新近系（N2L）內陸河湖相紅色碎屑沉積中厚層狀地層，屬極不穩定的Ⅴ類軟-極軟巖，巖性以泥質粉（細）砂巖、砂質泥巖及疏松粉（細）砂巖為主，單軸飽和抗壓強度多小于5.0 MPa。含水疏松粉（細）砂巖為新近系地層中的特殊極軟巖，間隔帶狀分布9段總長3.14 km，占新近系地層總長的23.2%，占隧洞全長的18.2%，埋深92.0～292.0 m，洞底以上層厚一般15.0～70.0 m，局部大于200.0 m。

3.2 礦物及化學成分

試驗研究表明，巖體礦物成分相對單一，主要為石英顆粒，少量為鈣質黏土。化學成分以Si元素為主，占60.4%，是巖體形成的主要內因，其他元素總計占39.6%。

3.3 顆粒級配及結構特性

試驗研究表明，巖體黏粒含量7.0%，粉粒含量小于25.0%，一般粒徑0.1～0.5 mm，主要粒徑0.075～0.250 mm，粗粒含量較大，占85.0%～95.0%，分選較好，細粒含量較少，約占10.0%。粒徑含量均值 d＞0.075 mm為80.35%，d＜0.075 mm為19.65%；平均粒徑d50=0.089～0.181 mm，不均勻系數 Cu（d60/d10）=2.760～9.836，曲率系數 Cc（d230/（d60·d10））=0.802～3.878，屬細砂或粉砂，顆粒級配曲線如圖1所示。巖體骨架以緊密排列的石英顆粒為主，具有顆粒間孔隙為主的均勻松散結構，顆粒間無連接或微弱連接，內聚力微小，摩擦力大，受壓體積變化小，孔隙比0.291～0.437，孔隙面積均值 820.0～6 033.0 μm2，占總面積的6.0%～19.2%。凍結改變巖體微結構，孔隙增大，凍結前及解凍后孔隙面積占比為11.0%與12.4%。

圖1 顆粒級配曲線

3.4 物理特性

試驗研究表明，巖體原狀含水率7.7%～17.2%，均值為 13.9%，飽和吸水率 13.1%～24.8%，均值為18.1%，趨近飽和狀態，凍結前后容重均值為1.642 g/cm3，變化微小。原狀滲透系數小于凍結后滲透系數，凍融循環對巖體滲透性改變明顯，滲透性增大，并與孔隙比成正比。巖體主要物理特性均值及其變化對比試驗研究成果見表1。巖體熱物理性質為：20℃時導熱系數為 2.00 W/（m·℃），0 ℃ 時為2.30 W/（m·℃），-1.5 ℃時為 2.91 W/（m·℃），-30℃時為3.24 W/（m·℃）；結冰溫度為-0.4℃；凍結比熱容為0.36 kcal/（kg·℃），解凍比熱容為0.49 kcal/（kg·℃）。

表1 巖體主要物理特性試驗研究成果

3.5 力學特性

試驗研究表明，在25.0 kPa壓力條件下，巖體壓縮系數均值a1-2凍結狀態為0.010 9 MPa-1、解凍狀態為0.058 9 MPa-1，兩種狀態的a1-2＜0.1、壓縮指數C′c＜0.2，具低壓縮性，固結壓縮應變e與壓力p的關系如圖2所示。原狀巖體單軸飽和抗壓強度為0.7～1.2 MPa，強度應力比為0.1～0.4，允許承載力為0.2 MPa，巖體抗剪強度試驗研究成果見表2，有效剪應力τ與正應力σ關系曲線如圖3所示。含水率為12.2%，溫度為-10℃時凍結巖體單軸抗壓強度均值為5.6 MPa、彎拉強度均值為2.1 MPa、抗剪強度均值為1.6 MPa。抗壓強度在一定溫度范圍內與負溫絕對值成線性關系，隨溫度下降而增大；含水率未達飽和時，抗壓強度隨含水率提高而增大，飽和時隨含水率提高而減小；含水率超飽和一定程度時，抗壓強度降至與冰相當，并與巖體礦物成分及顆粒級配關聯，且抗壓強度與巖體粒徑成正比關系。凍結巖體具有流變特性，應力一定時，應變隨時間延續逐漸增長；應變一定時，應力隨時間延續逐步減小。

圖2 巖體固結壓縮曲線

表2 巖體抗剪強度試驗研究成果

圖3 巖體τ—σ關系曲線

3.6 凍脹融沉特性

試驗研究表明，巖體平均凍脹率不大于1.0%，凍脹量隨時間延續逐步趨于穩定。凍結速率由起始較大、逐漸減小、再逐步增大循環，波動幅度為±（0.05～0.10）mm/20 min。凍結初期300 min內融沉量隨時間增加而快速增大至0.1 mm，之后基本趨于穩定，融沉系數為0.255%，小于1.0%。凍結及融沉等級均為Ⅰ級，屬不凍脹、不融沉及少冰凍土類型，圍巖凍結及凍融循環對隧洞通水運行無影響。

3.7 總體評價

含水疏松粉（細）砂巖總體級配差，黏粉粒膠結物含量低，膠結差，顆粒細，具細粒碎屑結構，成巖性極差，趨近飽和狀態，密度小，孔隙率大，結構疏松，具低壓縮性。弱透水，浸水3.0～6.0 h完全崩解成粉末狀，遇水極易軟化，浸水極易崩解，失水易干縮龜裂，具典型泥質膠結特征，干濕效應極為明顯，水理性極差，松弛變形極為強烈。巖性極其軟弱，強度極低，極易變形，具各向異性，變異性大，塑性變形強烈，具典型極軟巖塑性變形剪切破壞力學特征。受鉆爆法掘進停工前塌方及TBM掘進停機前脫困強推的影響，巖體遭受強烈擾動。巖體中賦存地下水具多層狀，最大涌水量60.0 L/（m·min），最大承壓水頭74.0 m。總體評價，含水疏松粉（細）砂巖工程地質性質極為惡劣，安全風險極高。巖體凝聚力凍結遠大于解凍與原狀，凍結對抗剪強度影響明顯，可顯著改善力學性質，抗剪強度及穩定性大幅提升，且溫控明顯，溫度越低提升越大，反之越小。

4 施工技術方案

隧洞“水平凍結法”分為施工輔助斜井、平洞以及主洞出口等3個獨立工作面區域，采用氟利昂制冷劑低溫鹽水冷媒劑循環制冷凍結。凍結起始掌子面均設置厚1.0 m或1.5 m混凝土擋墻堵水及抵抗地壓，墻面及后方敷設保溫層，斜井工作面因外水壓力大，凍結起始掌子面后方洞段先行完成支護襯砌，為水平凍結及其造孔提供條件。封堵墻或后方二次襯砌上施作水平凍結發散孔及水平孔，對隧洞實施凍結，周邊形成凍結壁保護進行洞身掘進及支護襯砌。下游前段施工輔助平洞工作面長40.35 m洞段實施雙循環凍結，首循環凍結段掘進前方預留洞長3.0 m，作為次循環凍結段封堵墻及造孔工作面以策安全。“水平凍結法”凍結孔縱橫剖面如圖4～圖6所示。

圖4 圓形斷面凍結孔縱剖面（單位：mm）

圖5 圓形斷面凍結孔橫剖面（單位：mm）

圖6 類馬蹄形斷面凍結孔橫剖面（單位：mm）

5 凍結設計研究

5.1 凍結壁厚

隧洞全斷面實施凍結保證安全，洞底以下增加凍深封底以策安全，凍結壁設計均溫-10.0℃[1-9]，按深埋地層為無限長彈塑性體，采用多姆克公式按第三強度理論（最大剪應力理論）[10]計算凍結壁厚，外壓按水土懸浮重液計算[10]。

式中：E為凍結壁有效厚度，m；rw為洞身最大開挖半徑，圓形斷面為3.23 m，類馬蹄形斷面為2.99 m；γh為水土混合重液容重，取13.0 kN/m3；H′為控制層埋深，取最大埋深，圓形斷面為206.6 m，類馬蹄形斷面為161.0 m；P為凍結壁外壓，圓形斷面為2.7 MPa，類馬蹄形斷面為2.1 MPa；σ′t為凍結巖體單軸長時抗壓強度，為 5.6 MPa。

經計算，圓形及類馬蹄形斷面的有效凍結壁厚分別為2.16 m和1.29 m。綜合考慮中部洞段洞長較短，可在凍結壁融化及強度降低之前完成掘進與支護襯砌，下游洞段洞身轉彎與凍結孔直線布置所形成的全長范圍凍結壁厚不均等因素，并參考類似地層及埋深煤礦巷道凍結工程實踐，圓形及類馬蹄形斷面設計凍結壁厚不小于2.00 m。

5.2 凍結壁均溫及強度校核

采用“中國成冰公式”[4，10]校核凍結壁均溫及強度：

式中：Tc為凍結壁均溫，℃；Tb為循環鹽水溫度，取-28.0℃；L為凍結孔間距，圓形及類馬蹄形斷面分別為1.29 m與1.04 m；Tn為井壁表溫，取-5.0℃。

經計算，圓形及類馬蹄形斷面的凍結壁均溫分別為-8.8℃與-9.4℃，設計均溫-10.0℃達到要求，相應凍結壁強度滿足不小于5.0 MPa的設計要求。

5.3 圓形斷面凍結布孔

隧洞中部圓形斷面凍結區按雙圈發散方式布設凍結孔，以保證前方凍結壁達到設計厚度。內圈主凍結孔于封堵墻上開孔，洞身上部及下部分別距軸線（洞身中心線）2.33 m與1.40 m，按凍結區前方末端分別距洞身掘進線1.42 m與0.49 m布設，并延伸至上游垂直凍結施工洞段以保證安全，發散角7.605°，深17.45 m；外圈輔助加強凍結孔于后方1.70 m處二次襯砌上開孔，按凍結區前方遠端距洞身掘進線2.06 m布設，發散角11.717°，深13.79 m。內圈孔數20個，環向開孔間距0.62～0.73 m，終孔間距1.39～1.46 m；外圈孔數17個，環向開孔間距0.92 m，終孔間距1.95 m；造孔總深及凍結管總長595.6 m。

5.4 類馬蹄形斷面凍結布孔

隧洞下游類馬蹄形斷面凍結區，根據洞身斷面形式及軸線轉彎特點，每次循環凍結施工均設置掌子面，其后方5.0 m加強兩個布孔斷面，對掌子面外圈孔之外巖體加強凍結，保證單循環凍結區全線全斷面凍結壁厚不小于2.0 m。掌子面斷面設置雙圈凍結孔，內圈凍結孔按與洞身斷面形式相同尺寸縮小0.71～0.73 m的類馬蹄形輪廓線水平向布設，洞身中部增設3個水平孔凍結補強。外圈凍結孔按發散方式布設，以保證前方凍結壁達到設計厚度，開孔圈采用直徑5.68 m且與洞身頂拱同心的圓，覆蓋洞身除兩側拱下部之外的絕大部分斷面，并與水平孔圈下部相交，前方遠端凍結圈采用與洞身斷面形式相同尺寸擴大1.55～1.58 m的類馬蹄形輪廓線。內圈水平孔數15個，環向開孔間距1.13～1.31 m；外圈發散孔數24個，環向開孔間距0.58～0.80 m，終孔間距 1.20～1.29 m，俯仰角 0.0°～4.1°，水平角 0.5°～4.5°；內外圈單孔深 25.0 m，造孔總深及凍結管總長975.0 m。

掌子面后方加強斷面設置單圈發散凍結孔，開孔圈與掌子面斷面相同，前方遠端凍結圈也采用與洞身斷面形式相同尺寸擴大2.80～2.85 m的類馬蹄形輪廓線，孔數25個，環向開孔間距0.58～0.74 m，終孔間距1.44～1.50 m，俯仰角 0.0°～8.7°，水平角 0.0°～8.8°，單孔深20.0 m，造孔總深及凍結管總長500.0 m。單循環凍結總孔數64個，造孔總深及凍結管總長1 475.0 m，三循環水平凍結總孔數192個，造孔總深及凍結管總長4 425.0 m。

5.5 凍結輔助孔

測溫孔按盡可能反映凍結區整體溫度場狀況布置，總計6孔，必要時可作為補孔，卸壓孔內埋設花管以釋放凍脹水，并防止串水。隧洞中部凍結區洞身上下部內外孔圈之間布置測溫孔2孔，孔深17.7 m與17.0 m；洞身中部布置水文孔（兼作卸壓孔）1孔，孔深9.8 m，總計孔深44.5 m。下游凍結區于掌子面斷面洞身范圍及內外圈凍結孔之間單循環布置測溫孔4孔，單孔深22.0～22.7 m，洞身中部布置泄壓孔2孔，單孔深3.0 m，總計孔深94.7 m，三循環總孔深284.1 m。

5.6 凍結管管材

凍結管全部采用鹽水正循環，根據循環量及管壓選材，均采用輸送流體用無縫鋼管，內管箍連接，凍結管 Ф89×10.0 mm 或 Ф89×8.0 mm，供液管 Ф45×3.0 mm，接頭強度不低于母管的75.0%。

5.7 凍結溫度場

大量的凍結壁工程實踐及試驗研究表明[1-9]，凍結管對周圍影響范圍一般為兩側凍結壁厚的3.0～5.0倍，最大約為8.0倍。凍結初始，低溫鹽水與巖體熱交換劇烈，巖體迅速降溫，凍結管周邊逐步形成凍結巖柱。相應凍結壁初始發展很快，速率隨時間延續逐漸降低，相鄰凍結圓柱35～40 d開始相互連接交圈，形成凍結壁，隨時間延續不斷向外擴展增厚、增強，薄弱交界面50～60 d開始交圈，水平凍結管交圈時間提前于垂直凍結管。當冷量與巖層外圍熱量均衡時形成穩定溫度場，148 d時凍結速率開始直線下降至5.3 mm/d，達極限凍結壁厚，循環鹽水溫度穩定，極限壁厚越大，相應穩定溫度場溫度梯度越小，反之越大。凍結壁均溫由巖體結冰溫度起始，隨鹽水溫度降低而逐漸降低，凍結管之間溫差逐步減小，整體穩定于-10.0℃，控制因素主要為鹽水溫度，其次為凍結管外徑與間距、地層導熱系數等，鹽水溫度越低均溫越低，反之越高。

經試驗研究，鹽水降溫曲線如圖7所示，設計積極凍結時間40～50 d，凍結管單管流量不小于5.0 m3/h，散熱量不小于100.0 kcal/（h·m），鹽水溫度7 d降至-18.0℃以下，15 d降至-24.0℃以下，去回路溫差不大于2.0℃，掘進時降至-28.0℃，凍結壁均溫-10℃。通過測溫確認凍結壁交圈且達設計厚度與強度，以及內部巖體基本無壓后再行掘進。

圖7 鹽水降溫曲線

6 制冷系統設計研究

6.1 氟利昂系統

“水平凍結法”施工輔助斜井及平洞工作面分設2個洞外凍結站，主洞出口工作面凍結站布設于洞內，高壓低溫換熱系統均置于洞內，通過鹽水干管與凍結站相連，冷卻塔均置于洞外，利用2根Ф219.0×6.0 mm或Ф219.0×8.0 mm鋼管進行清水循環。相應分設獨立鹽水循環系統，低溫鹽水經干管輸至凍結區進入供液管，通過回液干管輸回鹽水箱反復循環。積極凍結工藝流程為：冷凍機組制備冷凍液→鹽水箱→冷凍液泵入進液干管→分流至各凍結管→回液至回液干管→冷凍機組循環，全程冷卻塔及清水降溫。積極凍結高峰需冷量計算公式[4，5，10]為

式中：Q為高峰需冷量，kcal/h；m為冷量損失系數，取1.3；d為凍結管外徑，m；H為凍結管長度，m；K為凍結管散熱系數，取 250.0 kcal/（h·m2）。

經計算，隧洞中部凍結區高峰需冷量5.4萬kcal/h，另考慮凍結站外長約1.3 km的鹽水循環干管熱量損耗9.7萬kcal/h，總需冷量15.1萬kcal/h，凍結站配置冷凍機組2臺，1用1備，總用氟量2.0 t、鹽水50.0 t。下游凍結區三循環相應總需冷量40.2萬kcal/h，2個凍結站各配置冷凍機組4臺，3用1備，總用氟量5.0 t、鹽水130.0 t。注重利用冬季天然冷量，提高效率。凍結站按鹽水-28℃、蒸發-32℃、冷卻水12℃、進水18℃及冷凝28℃等溫度工況設計。

6.2 鹽水及清水系統

凍結鹽水循環量計算公式[4，5，10]為

式中：W為鹽水總循環量，m3/h；Q1為需冷量，kcal/h；Δt為去回路鹽水溫差，埋深小于250.0 m時，取4.0℃；γ為鹽水密度，取15.0℃時的1 260.0 kg/m3；c為鹽水比熱容，取-28℃時的0.656 kcal/（kg·℃）。

經計算，隧洞中部凍結區鹽水高峰循環量為45.7 m3/h，下游凍結區三循環為121.6 m3/h，鹽水干管分別采用規格Ф219×8.0 mm與Ф159×6.0 mm無縫鋼管，管內設計流速2.0 m/s。冷卻塔冷卻水循環量140.0 m3/h，新鮮水消耗量20.0～30.0 m3/h。

7 施工技術研究

7.1 監 測

監測是判斷凍結壁是否達到設計標準的唯一依據，能夠及時反饋凍結狀態，調整凍結參數，實現施工信息化，主要監測項目包括造孔、制冷系統、凍結壁內凍脹力與溫度場、洞壁溫度以及結構與巖體變形等。通過測溫孔對溫度場監測分析，掌握凍結壁擴展速率、溫度梯度變化規律、凍結壁形成厚度及均溫，通過水文孔（卸壓孔）壓力監測，確保凍結壁交圈，并釋放凍脹水壓。凍結壁形成后卸壓孔壓力應大于地壓0.1 MPa以上，壓力隨凍結壁擴展逐步增大，直至交圈時趨于穩定，打開卸壓孔，則將有泥水涌出。

7.2 造 孔

凍結造孔工序為：定位→開孔→孔口管及裝置安裝→鉆進→測斜糾偏→封閉孔底→下管→試壓，設計孔徑170 mm或190 mm。凍結孔成孔精度直接影響凍結效果，若偏差過大，則造成后續凍結產生薄弱環節，造孔前要準確復核開孔位置，成孔全程復測鉆進角度，及時修正偏差，成孔后測定偏斜率，偏斜率超要求量時補孔。開孔誤差不大于0.1 m，孔深20.0 m以內的最大偏斜（成孔與設計軸線偏差）為0.20 m，20.0 m以上則為0.25 m，且終孔間距不大于1.5 m。凍結管耐壓試驗中，隧洞中部凍結區壓力不低于3.0 MPa保持45 min、下游凍結區壓力不低于0.8 MPa保持30 min無變化即為合格，且凍結區壓力不低于鹽水壓的1.5倍，不能循環鹽水的管端長不大于0.2 m。

開孔中發生涌水及涌砂時，采用如圖8所示的孔口密封裝置[5-6]，同時采取兩次開孔措施，首先使用取芯鉆鉆進一定深度，待安裝孔口管后再行鉆進施工。鉆進中控制水土流失，發生涌水及涌砂時使用凍結管作為鉆桿，成孔后不抽出。盡量干鉆，鉆進困難時再加水，水土流失量過多時注漿處理，全程確保孔口密封，巖體流失量不得大于成孔體積，否則需注漿控制地層沉降。涌砂不返水時先行預注漿填充，采用螺紋鉆桿鉆進。

圖8 孔口密封結構

7.3 凍 結

積極凍結期在凍結區附近200.0 m范圍內不得降水，地層中不得有集中水流。凍結需連續不間歇，否則將造成凍結壁發展間斷或解凍，強度與質量下降，結構及巖體產生變形。風險控制措施主要包括冷凍機、清水與鹽水泵等關鍵設備“一用一備”，雙路與備用發電機供電，發生故障及時啟用備用設備與供電線路恢復凍結。若停止凍結24 h以上，積極凍結期要延長凍結時間來提高凍結壁強度，開挖掘進及支護襯砌階段停工，凍結壁表面及時全面保溫。凍結壁全斷面應均勻，凍結全程加強監測，保證鹽水循環均勻，避免形成薄弱部位，薄弱處應補孔加強凍結并布設測溫孔與探孔，評估凍結狀況。

凍結初始階段保證地層降溫均勻，避免急降導致凍結管產生過大溫度應力。凍結全程加強監測，若有凍結管斷裂或滲漏，立刻停止鹽水循環，以防進入凍結區，造成凍結壁融化或巖體難以結冰，及時采取下套管等措施處理，盡快恢復凍結。同時，確保鹽水箱內水位穩定，成孔后壓水試驗壓力不小于工作壓力的兩倍，保證凍結管安設質量。凍結區域周邊產生變形時，采取間歇凍結、開啟泄壓孔降壓及注漿加固等控制凍脹措施，有效控制并消除凍結對周圍結構的影響。

7.4 掘 進

通過探孔評估驗證積極凍結效果，凍結壁滿足設計要求時方可開挖掘進。開挖掘進中加強監測分析，持續凍結并保證循環鹽水溫度不升高、凍結壁強度不降低，確保支護體系緊跟開挖掘進掌子面，保證施工質量，必要時縮減單循環進尺，及時調整支護體系參數與措施控制變形。有水滲漏時停工，及時采用快干水泥封堵或砂袋堆填等措施處理，嚴控隧洞開挖掘進軸線與斷面，避免偏差，防止超挖造成凍結壁厚減小，若發生超挖，則停工采取保溫及加強凍結措施。

8 結 語

（1）引洮供水一期工程總干渠7號隧洞中部及下游兩段總長78.65 m洞段穿越新近系含水疏松粉（細）砂極軟巖地層，埋深135.0～206.0 m，存在高強大規模突泥、涌砂及破壞性大變形等特殊工程地質問題，工程地質性質極為惡劣，施工存在很大安全風險。采用“洞內水平凍結法”掘進技術方案，施工技術獲得全面成功。結合工程實踐，對“水平凍結法”設計與施工技術進行了全面研究，取得含水疏松粉（細）砂巖工程地質特性，以及凍結與制冷系統設計、溫度場發展與施工等關鍵技術創新成果。

（2）“凍結法”施工技術最大限度降低了極軟巖地層突泥、涌砂及破壞性大變形等對隧洞掘進造成的安全風險，全面有效地保證了掘進安全，填補了國內200.0 m以上深埋、高外水、強擾動與極軟巖地層隧洞（隧道與巷道）洞內“水平凍結”工法掘進技術的空白，開創了國內水工隧洞“凍結法”及地下工程深埋“水平凍結法”施工技術的先導，為國內首創，居于領先水平，積累了豐富的實踐技術成果，標志著我國地下工程建設“凍結法”施工技術取得重大突破與創新，設計與施工技術全面躍上新臺階。

（3）“凍結法”施工存在工期長和成本費用高等問題，需通過大量工程實踐不斷研究總結，進一步提高施工效率和技術水平，降低成本。