利用人工制冷臨時改變巖土性質以固結地層

凍結法原理與冰箱差不多，即利用人工制冷技術，使地層中的水結冰，將松散含水巖土變成凍土，增加其強度和穩定性，隔絕地下水，以便在凍結壁的保護下，進行地下工程掘砌作業。

最早用于俄國金礦開采，后由德國工程師用于煤礦礦井建設獲得專利技術趨于成熟，已廣泛應用于地鐵、深基坑、礦井建設等工程中。

巖土凍結方法

（一）間接凍結法和低溫鹽水法

間接凍結法是目前城市地下工程施工團隊較為常用的方法，將氨或氟利昂作為制冷降溫的物質，用制冷壓縮機使氨和氟利昂達到可以降低溫度的作用。

通過對制冷物質的壓縮處理，將鹽水的溫度降低到零攝氏度以下，溫度在零攝氏度以下的鹽水是調整地下溫度的主要媒介，負溫的鹽水會將較低的溫度釋放給地下的土質，使土質內的水分充分凍結，從而提升地下土質的堅硬程度。

（二）直接凍結法

直接凍結法也稱液氨凍結法，主要使用液氮作為凍結工作的材質，在標準大氣壓的情況下，液氮通過蒸發可以降低196℃。偶爾也會使用干冰，但干冰的升華只能在標準大氣壓的情況下使溫度降低32℃，因此，液氮的冷卻效果較好。

如果地下工程的規模較小，或者水資源有可能對施工人員構成安全威脅，施工人員要優先考慮使用液氮對土質進行凍結，保證盡快完成冷凍工作。

使用凍結技術加固后的土質特征

使用凍結技術之后，土壤的硬度會得到很大的提高，正常情況下，土壤的抗壓力會達到2兆帕到10兆帕之間。使用凍結技術處理的凍土具備很強的封水性，可以避免地下水滲透到地下管道中，切實保證地下施工者的安全。凍結法能夠保證凍土具備很好的支護性，凍土可以保證沒有較大的縫隙。另外，凍土的連接性很好，經過凍結的土壤會形成一個堅固的整體，保證下方施工者的安全。

凍結法僅僅需要使用制冷技術對水資源進行凝固，因此不存在其他對人體有害的化學物質，可以保證施工人員的身體健康，也能夠保證自然環境不被破壞。且不需要太高的經濟成本。

凍結法的發展

工程應用情況

人工地層凍結法除了在煤礦立井鑿井工程中得到了大量應用以外，我國在城市地鐵工程的旁通道施工、盾構掘進機進出洞施工、橋墩基礎施工等工程中也大量應用凍結法技術。

20世紀70年代以來我國先后將凍結法應用到北京地鐵、沈陽地鐵2#線、上海地鐵1#線、廣州地鐵、深圳地鐵、南京地鐵等旁通道施工；在上海地鐵1#線延安東路隧道盾構進出口、廣州地鐵中山紀念堂車站、南京地鐵張府園車站、港珠澳大橋等施工中也采用了凍結法施工。

凍結法在南京地鐵張府園車站的應用：

2002年南京地鐵一期工程張府園車站南隧道盾構法施工時，洞門兩側出現大量流砂，附近區域的沉降量較大，為了確保地下管線和地面交通的正常使用和安全運行，在南京首次實施了地下工程的人工凍結法施工。

凍結法的工藝過程為：在盾構出洞方向沿工作井地連墻外側布置凍結孔，并在凍結孔中循環低溫鹽水，使凍結孔附近的含水地層結冰形成凍土墻，并在凍土墻的保護下打開盾構出洞口和推進盾構機。

南京江南工作井液氮凍結轉換鹽水凍結施工：

2018年10月份，該項目進入凍結期,由于南側冷縫附近有降水井不定時降水，導致新老地連墻連接處下部一直有水外流。根據現場狀況，項目部果斷將鹽水凍結改為液氮強化凍結，經過10天的強化凍結，地下水流終于止住了。