深埋水工隧洞复合冻结施工关键技术研究

陈晓东

（甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃兰州730000）

1 工程概况

甘肃省大型跨流域引调水引洮供水一期工程总干渠第二长洞7号新寨岭隧洞全长17.29 km,采用中国首台直径5.75 m的单护盾全断面岩石隧洞（隧道)掘进机为主、钻爆法及“冻结法”特殊工法为辅施工,主要穿越新近系软-极软岩,特别是工程地质性状极为恶劣的含水疏松粉（细)砂特殊极软岩地层,工程地质环境复杂,属典型深埋软岩长隧洞,具广泛的软岩大变形机理与破坏特征及控制技术工程代表性。TBM掘进并同步衬砌成洞总长13.89 km,占全长的80.3%,含水疏松粉（细)砂岩地层存在强烈及大规模突泥、涌砂、破坏性大变形等特殊工程地质灾害的两段连续深埋洞段总长309.3 m,TBM及钻爆法掘进适应性差,存在很大安全风险,分别采用“地面垂直+洞内水平复合冻结法”“地面垂直冻结法”及“洞内水平冻结法”三种技术方案掘进。

隧洞中部TBM掘进停机掌子面前方长48.0 m含水疏松粉（细)砂岩洞段埋深244.0 m,采用一次全深冻结施工辅助竖井工作面,单循环“地面垂直+洞内水平复合冻结法”掘进,其中垂直冻结长22.2 m,水平冻结长25.8 m。隧洞设计为一次挂网喷混凝土及型钢拱架与木插板支护,高密度聚乙烯闭孔泡沫板保温,二次现浇钢筋混凝土衬砌的复合式支护衬砌结构,为圆形断面,掘进洞径Ф6.5 m,净洞径Ф5.0 m。竖井布置于隧洞轴线上,现浇钢筋混凝土衬砌厚450.0～600.0 mm,最大开挖直径Ф7.2 m,净内径Ф6.0 m,考虑隧洞洞底以下卸渣转运坑道深4.4 m,设计净井深248.4 m。

2 岩土人工冻结技术原理

人工地层制冷技术分为盐水（CaCl2溶液)冷媒剂循环间接制冷,以及液氮（N2)制冷剂气化直接制冷两类吸收岩土热量的方式,隧洞（隧道与巷道)、竖井、斜井及平洞属地下相对封闭空间,为确保安全,通常采用氟利昂（R22)或氨（NH3)制冷剂间接制冷法。“冻结法”是在地层中造孔安设冻结管,通过冷媒剂循环将岩土中热量导出,地层降温水结冰,松散软弱含水岩土凝固形成冻结体,暂时改变岩土性状,提高强度及稳定性,形成临时性封闭冻结帷幕（冻结壁)隔绝地下水,抵抗岩土地压荷载的物理措施加固法,在冻结帷幕保护下安全掘进支护。“冻结法”在矿井及地铁工程中应用广泛,在水工隧洞工程中应用相对较少,是解决突泥、涌水、涌砂、流砂、破坏性大变形、大规模塌方等特殊工程地质问题的掘进支护特殊工法,分为设备满负荷运行加速冻结壁发展完成的前期积极冻结期,以及设备正常运行降低或停止冻结壁发展,满足掘进支护的后期维护冻结期两个阶段。

间接制冷技术由制冷剂、冷媒剂及冷却水三大热泵循环系统构成,地热经冻结管由冷媒剂传至制冷剂循环系统,再经制冷剂传入冷却水循环系统,最后由冷却水循环系统排入大气。随冷媒剂循环,地层中的水逐渐结冰,形成以冻结管为中心的冻结圆柱,并不断外扩与相邻冻结圆柱连为一体,最终形成具一定厚度及强度的冻结帷幕（冻结壁)。

3 含水疏松粉（细）砂岩工程地质特性研究

3.1 总体概况

7号长隧洞最大埋深350.0 m,主要穿越长13.53 km新近系（N2L)内陆河湖相红色碎屑沉积中厚层状地层,属极不稳定的Ⅴ类软-极软岩,岩性以泥质粉（细)砂岩、砂质泥岩及疏松粉（细)砂岩为主,单轴饱和抗压强度多小于5.0 MPa。含水疏松粉（细)砂岩为新近系地层中的特殊极软岩,间隔带状分布9段总长3.14 km,占新近系地层总长的23.2%,占隧洞全长的18.2%,埋深92.0～292.0 m,洞底以上层厚一般15.0～70.0 m,局部大于200.0 m。

3.2 矿物及化学成分

试验研究表明,岩体矿物成分相对单一,主要为石英颗粒,少量为钙质黏土。化学成分以Si元素为主,占60.4%,是岩体形成的主要内因,其他元素总计占39.6%。

3.3 颗粒级配及结构特性

试验研究表明,岩体黏粒含量7.0%,粉粒含量小于25.0%,一般粒径0.1～0.5 mm,主要粒径0.075～0.250 mm,粗粒含量较大,占85.0%～95.0%,分选较好,细粒含量较少,约占10.0%。粒径含量均值d＞0.075 mm为80.35%,d＜0.075 mm为19.65%；平均粒径d50＝0.089～0.181 mm,不均匀系数Cu（d60／d10)＝2.760～9.836,曲率系数Cc（d230／（d60·d10))＝ 0.802～3.878,属细砂或粉砂,颗粒级配曲线如图1所示。岩体骨架以紧密排列的石英颗粒为主,具有颗粒间孔隙为主的均匀松散结构,颗粒间无连接或微弱连接,内聚力微小,摩擦力大,受压体积变化小,孔隙比0.291～0.437,孔隙面积均值820.0～6 033.0 μm2,占总面积的6.0%～19.2%。冻结改变岩体微结构,孔隙增大,冻结前及解冻后孔隙面积占比为11.00%与12.38%。

图1 颗粒级配曲线

3.4 物理特性

试验研究表明,岩体原状含水率为7.7%～17.2%,均值为13.9%；饱和吸水率为13.1%～24.8%,均值为18.1%,趋近饱和状态,冻结前后容重均值为1.642 g/cm3,变化微小。原状渗透系数小于冻结后渗透系数,冻融循环对岩体渗透性改变明显,渗透性增大,并与孔隙比成正比。岩体主要物理特性均值及其变化对比试验研究成果见表1。岩体热物理性质为：20℃时导热系数为 2.00 W/（m·℃),0℃时为 2.30 W/（m·℃),-1.5℃时为2.91 W/（m·℃),-30℃时为3.24 W/（m·℃)；结冰温度为-0.4℃；冻结比热容为0.36 kcal/（kg·℃),解冻比热容为 0.49 kcal/（kg·℃)。

表1 岩体主要物理特性试验研究成果

3.5 力学特性

试验研究表明,在25.0 kPa压力条件下,岩体压缩系数均值a1-2冻结状态为0.010 9 MPa-1,解冻状态为 0.058 9 MPa-1,两种状态的a1-2＜0.1,压缩指数C′c＜0.2,具低压缩性,固结压缩应变e与压力p的e—p及e—lgp曲线如图2所示。原状岩体单轴饱和抗压强度为0.7～1.2 MPa,强度应力比为0.1～0.4,允许承载力为0.2 MPa,岩体抗剪强度试验研究成果见表2,有效剪应力τ与正应力σ关系曲线如图3所示。含水率为12.2%,温度为-10℃时,冻结岩体单轴抗压强度均值为5.6 MPa、弯拉强度均值为2.1 MPa、抗剪强度均值为1.6 MPa。抗压强度在一定温度范围内与负温绝对值呈线性关系,随温度下降而增大；含水率未达饱和时,抗压强度随含水率提高而增大,饱和时随含水率提高而减小；含水率超饱和一定程度时,抗压强度降至与冰相当,并与岩体矿物成分及颗粒级配关联,且抗压强度与岩体粒径呈正比关系。冻结岩体具有流变特性,应力一定时,应变随时间延续逐渐增长；应变一定时,应力随时间延续逐步减小。

图2 岩体固结压缩曲线

表2 岩体抗剪强度试验研究成果

图3 岩体τ—σ关系曲线

3.6 冻胀融沉特性

试验研究表明,岩体平均冻胀率不大于1.0%,冻胀量随时间延续逐步趋于稳定。冻结速率由起始较大、逐渐减小、再逐步增大循环,波动幅度为±0.05～0.10 mm/20 min。冻结初期300 min内融沉量随时间增加而快速增大至0.1 mm,之后基本趋于稳定,融沉系数为0.255%,小于1.0%。冻结及融沉等级均为Ⅰ级,属不冻胀、不融沉及少冰冻土类型,围岩冻结及冻融循环对隧洞通水运行无影响。

3.7 总体评价

含水疏松粉（细)砂岩总体级配差,黏粉粒胶结物含量低,胶结差,颗粒细,具细粒碎屑结构,成岩性极差,趋近饱和状态,密度小,孔隙率大,结构疏松,具低压缩性。弱透水,浸水3.0～6.0 h完全崩解成粉末状,遇水极易软化,浸水极易崩解,失水易干缩龟裂,具典型泥质胶结特征,干湿效应极为明显,水理性极差,松弛变形极为强烈。岩性极其软弱,强度极低,极易变形,具各向异性,变异性大,塑性变形强烈,具典型极软岩塑性变形剪切破坏力学特征。受TBM掘进停机前为卡机脱困而强推的影响,岩体遭受强烈扰动。岩体中赋存地下水具多层状,最大涌水量60.0 L/（m·min),最大承压水头74.0 m。总体评价,含水疏松粉（细)砂岩工程地质性质极为恶劣,安全风险极高。岩体凝聚力冻结远大于解冻与原状,冻结对抗剪强度影响明显,可显著改善力学性质,抗剪强度及稳定性大幅提升,且温控明显,温度越低提升越大,反之越小。

4 施工技术方案

根据竖井及隧洞施工技术特性,“复合冻结法”施工分为竖井井身及其与隧洞洞身交叉口段地面垂直冻结,以及隧洞段洞内水平冻结等三部分区域,采用氟利昂制冷剂低温盐水冷媒剂循环制冷。为加快进度,交叉口段垂直冻结采取群孔方式同时先行,外围形成冻结壁保护进行井身开挖衬砌,形成隧洞施工工作面。井底交叉口段隧洞下游在冻结壁保护下掘进长11.5 m、洞径Ф7.1～7.6 m逐渐扩大的圆台形洞室,为消除掘进时冻结壁融化对一次支护体系影响,全断面现浇厚300.0 mm混凝土临时衬砌,净洞径Ф6.5～7.0 m,形成洞内水平冻结工作面,端部设置厚1.0 m混凝土挡墙堵水及抵抗地压,墙面及后方敷设保温层,为深埋水平冻结及其造孔提供条件。之后,在混凝土封堵墙上施作水平冻结发散孔,对隧洞实施冻结,周边形成冻结壁保护进行洞身掘进及支护衬砌。“复合冻结法”施工分区及冻结孔布置如图4、图5所示。

图4 施工分区及冻结孔布置（单位：mm)

图5 水平冻结布孔（单位：mm)

5 冻结设计研究

5.1 垂直冻深

垂直冻结区全深地层相对均一,竖井井底以下仍为深厚含水疏松粉（细)砂岩层,无隔水层,为确保安全,井底以下增加冻深30.0 m封底并延长地下水渗径,设计冻结总深278.4 m。交叉口段隧洞掘进时需割除垂直冻结管,为保证安全,洞底以下增加冻深5.0 m封底,设计冻结平均总深249.5 m,冻结总深即为冻结管长。

5.2 冻结壁厚

竖井开挖直径与隧洞掘进洞径以及控制层深度接近,考虑竖直与水平洞室外压及承载的差异性,隧洞冻结壁厚设计与竖井相同。井身冻结壁厚以单循环开挖深度及直径为控制截面进行应力应变研究分析,冻结壁设计均温为-10.0℃［1-9］,冻结深度大于200.0 m,按深埋地层为无限长弹塑性体,采用多姆克公式按第三强度理论（最大剪应力理论)［10］计算井身冻结壁厚,径向外压按水土悬浮重液计算［10］。

式中：E为冻结壁有效厚度,m；rw为井身最大开挖半径,为3.6 m；γh为水土混合重液容重,取13.0 kN/m3；H′为控制层埋深,取冻结总深的80.0%,为222.7 m；P为冻结壁径向外压,为2.9 MPa；σ′t为冻结岩体单轴长时抗压强度,为5.6 MPa。

经计算,有效冻结壁厚为2.8 m,竖井与隧洞全断面设计壁厚均采用3.0 m。

5.3 冻结壁均温及强度校核

采用单圈孔“中国成冰公式”［4,10］校核井身冻结壁均温及强度：

式中：Tc为冻结壁均温,℃；Tb为循环盐水温度,取-28.0℃；L为冻结孔间距,为1.28 m；Tn为井壁表温,取-5.0℃。

经计算,冻结壁均温-10.2℃、设计均温-10.0℃,均达到要求,相应冻结壁强度满足不小于5.0 MPa的设计要求。

5.4 竖井单循环开挖深度

采用维亚若夫—扎列茨基有限段高公式［4-9］计算满足安全要求的竖井单循环开挖深度：

式中：h为单循环开挖深度,m；η为冻结状态系数,取1.5。

经计算,单循环开挖深度为3.9 m,参考类似地层冻结井工程实践,设计取3.6 m。

5.5 竖井冻结圈径及孔数

按井身形成有效冻结壁厚及冻结孔允许偏斜率计算单圈冻结孔圈径：

式中：D为冻结孔圈径,m；D1为井身最大开挖直径,为Ф7.2 m；n为冻结孔圈内侧冻结壁厚占总厚百分比,冻深接近300.0 m,取55.0%；Qf为冻结孔允许偏斜率,按松散地层取0.3%；H1为冻结孔深,为278.4 m。

经计算,冻结孔圈径为12.2 m,参考类似地层冻结井工程实践,并考虑冻结壁形成速率及开挖衬砌进度,以井身衬砌结构与冻结孔圈之间最小冻结壁厚占总厚的55.0%,即1.7 m控制以策安全,设计冻结孔圈径为10.6 m。孔数由N＝πD／L计算确定,为26个。冻结孔圈外上游增设4个加强孔,总计孔数30个,造孔总深及冻结管总长8 352.0 m。

5.6 交叉口段垂直冻结布孔

交叉口段根据掘进洞径及冻结壁厚,在地面沿轴线纵横向布设5排垂直冻结孔,跨越水平冻结区2.5 m保证安全,横向排距为2.4～2.6 m、纵向排距为2.5 m,上游距竖井冻结孔圈1.3 m,外排各增设1个加强孔,冻结管向外发展冻结区半径为1.2 m,冻结壁有效厚度可达3.0 m,总计孔数27个,造孔总深及冻结管总长6 736.5 m。

5.7 水平冻结布孔

隧洞深埋水平冻结区按一次单循环设计,冻结孔按发散方式及不进入掘进洞径布设,以保证前方冻结壁达到设计厚度。内圈主冻结孔按冻结区前方末端距洞身掘进线3.0 m布设,并延伸进入下游垂直冻结施工洞段水平投影长2.0 m以保证安全,发散角6.633°,深29.0 m；外圈辅助加强冻结孔按冻结区起始端距洞身掘进线1.0 m及远端2.0 m布设,发散角7.163°,深15.2 m。内外圈纵向起始开孔间距4.06 m,内圈孔数20个,环向开孔间距0.98 m,终孔间距2.03 m；外圈孔数17个,环向开孔间距1.23 m,终孔间距1.93 m；造孔总深及冻结管总长838.1 m。

5.8 冻结辅助孔

测温孔按尽可能反映竖井整体冻结温度场状况布置4孔,必要时可作为补孔,孔深与井深相同,均为248.4 m,其中近井壁内外侧各1孔,冻结孔圈外2孔。井身中部布置水文孔（兼作卸压孔)2孔,孔深为235.0 m（深孔)与180.0 m（浅孔)。隧洞垂直冻结区不设辅助孔,水平冻结区洞顶与洞底中部于内外圈冻结孔间各布设1个深27.0 m测温孔,中部布设1个深25.0 m水文孔（兼作卸压孔)。卸压孔内埋设花管以释放冻胀水,并防止串水。

5.9 冻结管管材

冻结管全部采用盐水正循环,根据循环量及管压选材,冻结管采用输送流体用无缝钢管,内管箍连接,垂直管 Ф133×6.0 mm,水平管 Ф89×8.0 mm,Ф75×5.0 mm与Ф55×4.0 mm聚乙稀管供液,测温孔及水文孔分别采用Ф108×5.0 mm与Ф133×5.0 mm无缝钢管。

5.1 0 冻结温度场

大量的冻结壁工程实践及试验研究表明［1-9］,冻结管对周围影响范围一般为两侧冻结壁厚的3.0～5.0倍,最大为8.0倍。冻结初始,低温盐水与岩体热交换剧烈,岩体迅速降温,冻结管周边逐步形成冻结岩柱。相应冻结壁初始发展很快,速率随时间延续逐渐降低,相邻冻结圆柱35～40 d开始相互连接交圈,形成冻结壁,随时间延续不断向外扩展增厚、增强,薄弱交界面50～60 d开始交圈,水平冻结管交圈时间提前于垂直冻结管。当冷量与岩层外围热量均衡时形成稳定温度场,148 d时冻结速率开始直线下降至5.3 mm/d,达极限冻结壁厚,循环盐水温度稳定,极限壁厚越大相应稳定温度场温度梯度越小,反之越大。冻结壁均温由岩体结冰温度起始,随盐水温度降低而逐渐降低,冻结管之间温差逐步减小,整体稳定于-10.0℃,控制因素主要为盐水温度,其次为冻结管外径与间距、地层导热系数等,盐水温度越低均温越低,反之越高。

经试验研究,盐水降温曲线如图6所示,设计积极冻结时间40～50 d,冻结管单管流量不小于5.0 m3/h,散热量不小于100.0 kcal/（h·m),盐水温度7 d降至-18.0℃以下,15 d降至-24.0℃以下,去回路温差不大于2.0℃,掘进时降至-28.0℃,冻结壁均温-10℃。通过测温确认冻结壁交圈且达设计厚度与强度,以及内部岩体基本无压后再行掘进。

图6 盐水降温曲线

6 施工技术研究

6.1 制冷系统

“复合冻结法”施工布设1个地面冻结站,垂直冻结系统分区时间不同,积极与维护冻结的盐水温度不同,设置竖井及隧洞两个制冷系统,相应构成两个独立盐水循环系统,低温盐水经干管输至冻结区进入供液管,通过回液干管输回盐水箱反复循环。为避免施工干扰,降低盐水压力及施工风险,在交叉口段洞内布置盐水箱及循环泵,利用6根已割除竖直冻结管作为供液及回液管,与冻结站、盐水箱、泵、冻结管及岩体之间形成高低压两套盐水换热循环系统,以确保深埋水平冻结盐水循环管路承压安全。

积极冻结工艺流程为：冷冻机组制备冷冻液→盐水箱→冷冻液泵入进液干管→分流至各冻结管→回液至回液干管→冷冻机组循环,全程冷却塔及清水降温。积极冻结高峰需冷量计算公式［4-5,10］为

式中：Q为高峰需冷量,kcal/h；m为冷量损失系数,三区复合冻结,冻结管长度大,运行时段长,取1.5；d为冻结管外径,m；H为冻结管长度,m；K为冻结管散热系数,取 250.0 kcal/（h·m2)。

竖井运行时段长,根据类似工程实践［4-9］,维护冻结需冷量取高峰量的60.0%,需冷量计算成果见表3。总需冷量高峰为244.0万kcal/h、维护冻结为191.6万kcal/h,注重利用冬季天然冷量,提高效率。冻结站按盐水-28℃、蒸发-32℃、冷却水12℃、进水18℃及冷凝28℃等温度工况设计。为加快冻结进度,制冷能力按高峰总需冷量配置低温盐水冷冻机组8台,其中2台备用,首次充氟量7.2 t,总用氟量10.2 t。

表3 需冷量及盐水循环量计算成果

6.2 盐水及清水系统

冻结盐水循环量计算公式［4-5,10］为

式中：W为盐水总循环量,m3/h；Q1为需冷量,kcal/h；Δt为去回路盐水温差,垂直冻深接近或大于250.0 m,取4.0℃；γ为盐水密度,取15.0℃时的1 260.0 kg/m3；c为盐水比热容,取-28℃时的0.656 kcal/（kg·℃)。

盐水循环量计算成果见表3,总循环量高峰为738.0 m3/h、维护冻结为579.5 m3/h,冷媒剂 CaCl2溶液总用量210.0 t。盐水干管采用螺旋焊接钢管,垂直管Ф273×6.0 mm、水平管Ф165×5.5 mm,管内设计流速2.0 m/s。冷却塔冷却水用量1 000.0～1 200.0 m3/h,新鲜水消耗量250.0 m3/h。

6.3 监 测

监测是判断冻结壁是否达到设计标准的唯一依据,能够及时反馈冻结状态,调整冻结参数,实现施工信息化,主要监测项目包括造孔、制冷系统、冻结壁内冻胀力与温度场、洞壁与井壁温度以及结构与岩体变形等。通过测温孔对温度场监测分析,掌握冻结壁扩展速率、温度梯度变化规律、冻结壁形成厚度及均温,通过水文孔（卸压孔)压力监测,确保冻结壁交圈,并释放冻胀水压。冻结壁形成后卸压孔压力应大于地压0.1 MPa以上,压力随冻结壁扩展逐步增大,直至交圈时趋于稳定,打开卸压孔,则将有泥水涌出。

6.4 造 孔

冻结造孔工序为：定位→开孔→孔口管及装置安装→钻进→测斜纠偏→封闭孔底→下管→试压,设计孔径Ф170 mm或Ф190 mm,垂直冻结孔采用膨润土泥浆护壁造孔工艺成孔。开孔误差不大于0.1 m,偏斜要求为垂直孔靶域半径0.4 m,水平孔内偏（成孔与设计轴线偏差)不大于0.3 m。造孔钻具配置为108.0 mm×108.0 mm主动钻杆→Ф89.0 mm钻杆→Ф133.0 mm（或Ф140.0 mm)加重钻铤→Ф170.0 m（或Ф190.0 mm)钻头,纠偏钻具配置为108.0 mm×108.0 mm主动钻杆→Ф89.0 mm钻杆→稳定器→弯接头→螺杆钻→Ф170.0 mm（Ф190.0 mm)牙轮钻头。下管前冲孔清除孔底岩粉,且孔内泥浆黏度不大于20 Pa·s；成孔后压水试验孔内保持压力1.5 MPa,30 min无变化即为合格；冻结管耐压试验压力4.0 MPa,45 min无变化即为合格。

开孔中发生涌水及涌砂时,采用如图7所示的孔口密封装置［5-6］,同时采取两次开孔措施,首先使用取芯钻钻进一定深度,待安装孔口管后再行钻进施工。钻进中控制水土流失,发生涌水及涌砂时使用冻结管作为钻杆,成孔后不抽出。尽量干钻,钻进困难时再加水,水土流失量过多时注浆处理,全程确保孔口密封。涌砂不返水时先行预注浆填充,采用螺纹钻杆钻进。冻结孔成孔精度直接影响冻结效果,若偏差过大,则造成后续冻结产生薄弱环节,造孔前须准确复核开孔位置,成孔全程复测钻进角度,及时修正偏差,成孔后测定偏斜度,偏斜度超要求量时补孔。

图7 孔口密封结构

6.5 冻 结

积极冻结期在冻结区附近200.0 m范围内不得降水,地层中不得有集中水流。冻结需连续不间歇,否则将造成冻结壁发展间断或解冻,强度与质量下降,结构及岩体产生变形。风险控制措施主要包括冷冻机、清水与盐水泵等关键设备“一用一备”,双路与备用发电机供电,发生故障及时启用备用设备与供电线路恢复冻结。若停止冻结24 h以上,则积极冻结期要延长冻结时间来提高冻结壁强度,开挖掘进衬砌阶段停工,冻结壁表面及时全面保温。冻结壁全断面应均匀,冻结全程加强监测,保证盐水循环均匀,避免形成薄弱部位,薄弱处应补孔加强冻结并布设测温孔与探孔,评估冻结状况。

冻结初始阶段保证地层降温均匀,避免急降导致冻结管产生过大温度应力。冻结全程加强监测,若有冻结管断裂或渗漏,则应立刻停止盐水循环,以防进入冻结区,造成冻结壁融化或岩体难以结冰,及时采取下套管等措施处理,尽快恢复冻结。同时,确保盐水箱内水位稳定,成孔后压水试验压力不小于工作压力的两倍,保证冻结管安设质量。冻结区域周边产生变形时,采取间歇冻结、开启泄压孔降压及注浆加固等控制冻胀措施,有效控制并消除冻结对周围结构的影响。

6.6 开挖掘进

通过探孔评估验证积极冻结效果,冻结壁满足设计要求时方可开挖掘进。开挖掘进中加强监测分析,持续冻结并保证循环盐水温度不升高、冻结壁强度不降低,确保支护体系紧跟开挖掘进掌子面,保证施工质量,必要时缩减单循环进尺,及时调整支护体系参数与措施控制变形。有水渗漏时停工,及时采用快干水泥封堵或砂袋堆填等措施处理,严格控制隧洞及竖井开挖掘进轴线与边线控制,避免偏差,防止超挖造成冻结壁厚减小,若产生超挖,则停工采取保温及加强冻结措施。

7 结 论

（1)引洮供水一期工程总干渠7号隧洞中部,长48.0 m洞段穿越新近系含水疏松粉（细)砂极软岩地层,埋深244.0 m,存在强烈及大规模突泥、涌砂及破坏性大变形等特殊工程地质问题,工程地质性质极为恶劣,施工存在很大安全风险。采用一次全深冻结竖井工作面,单循环“地面垂直+洞内水平复合冻结法”掘进技术方案,施工技术获得全面成功。结合工程实践,对“复合冻结法”设计与施工技术进行了全面研究,取得含水疏松粉（细)砂岩工程地质特性,以及冻结设计、温度场发展、制冷系统设计与施工等关键技术创新成果。

（2)“冻结法”施工技术最大限度降低了极软岩地层突泥、涌砂及破坏性大变形等对隧洞掘进造成的安全风险,全面有效地保证了掘进安全,填补了国内200.0 m以上深埋、高外水、强扰动与极软岩地层隧洞（隧道与巷道)洞内“水平冻结”工法掘进技术的空白,开创了国内水工隧洞“冻结法”及地下工程深埋“水平冻结法”施工技术的先导,为国内首创,居于领先水平,积累了丰富的实践技术成果,标志着我国地下工程建设“冻结法”施工技术取得重大突破与创新,设计与施工技术全面跃上新台阶。

（3)“冻结法”施工存在工期长和成本费用高等问题,需通过大量工程实践不断研究总结,进一步提高施工效率和技术水平,降低成本。