深埋水工隧洞水平冻结施工关键技术研究

陈晓东，陈居乾

（1.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；2.甘肃甘兰水利水电勘测设计院有限责任公司，甘肃兰州730030）

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掘进并同步拼装管片衬砌成洞总长13.89 km，占全长的80.3%，含水疏松粉（细）砂岩地层存在强烈大规模突泥、涌砂及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309.25 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”3种技术方案掘进。

隧洞中部及下游钻爆法与TBM掘进停工掌子面前方两段总长78.65 m含水疏松粉（细）砂岩洞段采用“洞内水平冻结法”掘进，洞身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。中部长16.20 m洞段埋深206.6 m，通过施工辅助斜井工作面单循环冻结施工，圆形断面，掘进洞径6.45 m，净洞径4.96 m。下游长62.45 m转弯洞段埋深135.0～161.0 m，类马蹄形断面，掘进尺寸5.90 m（宽）×5.97 m（高），净尺寸 4.80 m×5.02 m，其中前段长40.35 m通过施工辅助平洞工作面双循环冻结施工，后段长22.10 m通过隧洞出口工作面单循环冻结施工。

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和液氮（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和设备正常运行减缓或停止冻结壁发展以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11.0%与12.4%。

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7.7%～17.2%，均值为 13.9%，饱和吸水率 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的关系如图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成线性关系，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成正比关系。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。受钻爆法掘进停工前塌方及TBM掘进停机前脱困强推的影响，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

隧洞“水平冻结法”分为施工辅助斜井、平洞以及主洞出口等3个独立工作面区域，采用氟利昂制冷剂低温盐水冷媒剂循环制冷冻结。冻结起始掌子面均设置厚1.0 m或1.5 m混凝土挡墙堵水及抵抗地压，墙面及后方敷设保温层，斜井工作面因外水压力大，冻结起始掌子面后方洞段先行完成支护衬砌，为水平冻结及其造孔提供条件。封堵墙或后方二次衬砌上施作水平冻结发散孔及水平孔，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。下游前段施工辅助平洞工作面长40.35 m洞段实施双循环冻结，首循环冻结段掘进前方预留洞长3.0 m，作为次循环冻结段封堵墙及造孔工作面以策安全。“水平冻结法”冻结孔纵横剖面如图4～图6所示。

图4 圆形断面冻结孔纵剖面（单位：mm）

图5 圆形断面冻结孔横剖面（单位：mm）

图6 类马蹄形断面冻结孔横剖面（单位：mm）

5 冻结设计研究

5.1 冻结壁厚

隧洞全断面实施冻结保证安全，洞底以下增加冻深封底以策安全，冻结壁设计均温-10.0℃[1-9]，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]计算冻结壁厚，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为洞身最大开挖半径，圆形断面为3.23 m，类马蹄形断面为2.99 m；γh为水土混合重液容重，取13.0 kN/m3；H′为控制层埋深，取最大埋深，圆形断面为206.6 m，类马蹄形断面为161.0 m；P为冻结壁外压，圆形断面为2.7 MPa，类马蹄形断面为2.1 MPa；σ′t为冻结岩体单轴长时抗压强度，为 5.6 MPa。

经计算，圆形及类马蹄形断面的有效冻结壁厚分别为2.16 m和1.29 m。综合考虑中部洞段洞长较短，可在冻结壁融化及强度降低之前完成掘进与支护衬砌，下游洞段洞身转弯与冻结孔直线布置所形成的全长范围冻结壁厚不均等因素，并参考类似地层及埋深煤矿巷道冻结工程实践，圆形及类马蹄形断面设计冻结壁厚不小于2.00 m。

5.2 冻结壁均温及强度校核

采用“中国成冰公式”[4，10]校核冻结壁均温及强度：

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，圆形及类马蹄形断面分别为1.29 m与1.04 m；Tn为井壁表温，取-5.0℃。

经计算，圆形及类马蹄形断面的冻结壁均温分别为-8.8℃与-9.4℃，设计均温-10.0℃达到要求，相应冻结壁强度满足不小于5.0 MPa的设计要求。

5.3 圆形断面冻结布孔

隧洞中部圆形断面冻结区按双圈发散方式布设冻结孔，以保证前方冻结壁达到设计厚度。内圈主冻结孔于封堵墙上开孔，洞身上部及下部分别距轴线（洞身中心线）2.33 m与1.40 m，按冻结区前方末端分别距洞身掘进线1.42 m与0.49 m布设，并延伸至上游垂直冻结施工洞段以保证安全，发散角7.605°，深17.45 m；外圈辅助加强冻结孔于后方1.70 m处二次衬砌上开孔，按冻结区前方远端距洞身掘进线2.06 m布设，发散角11.717°，深13.79 m。内圈孔数20个，环向开孔间距0.62～0.73 m，终孔间距1.39～1.46 m；外圈孔数17个，环向开孔间距0.92 m，终孔间距1.95 m；造孔总深及冻结管总长595.6 m。

5.4 类马蹄形断面冻结布孔

隧洞下游类马蹄形断面冻结区，根据洞身断面形式及轴线转弯特点，每次循环冻结施工均设置掌子面，其后方5.0 m加强两个布孔断面，对掌子面外圈孔之外岩体加强冻结，保证单循环冻结区全线全断面冻结壁厚不小于2.0 m。掌子面断面设置双圈冻结孔，内圈冻结孔按与洞身断面形式相同尺寸缩小0.71～0.73 m的类马蹄形轮廓线水平向布设，洞身中部增设3个水平孔冻结补强。外圈冻结孔按发散方式布设，以保证前方冻结壁达到设计厚度，开孔圈采用直径5.68 m且与洞身顶拱同心的圆，覆盖洞身除两侧拱下部之外的绝大部分断面，并与水平孔圈下部相交，前方远端冻结圈采用与洞身断面形式相同尺寸扩大1.55～1.58 m的类马蹄形轮廓线。内圈水平孔数15个，环向开孔间距1.13～1.31 m；外圈发散孔数24个，环向开孔间距0.58～0.80 m，终孔间距 1.20～1.29 m，俯仰角 0.0°～4.1°，水平角 0.5°～4.5°；内外圈单孔深 25.0 m，造孔总深及冻结管总长975.0 m。

掌子面后方加强断面设置单圈发散冻结孔，开孔圈与掌子面断面相同，前方远端冻结圈也采用与洞身断面形式相同尺寸扩大2.80～2.85 m的类马蹄形轮廓线，孔数25个，环向开孔间距0.58～0.74 m，终孔间距1.44～1.50 m，俯仰角 0.0°～8.7°，水平角 0.0°～8.8°，单孔深20.0 m，造孔总深及冻结管总长500.0 m。单循环冻结总孔数64个，造孔总深及冻结管总长1 475.0 m，三循环水平冻结总孔数192个，造孔总深及冻结管总长4 425.0 m。

5.5 冻结辅助孔

测温孔按尽可能反映冻结区整体温度场状况布置，总计6孔，必要时可作为补孔，卸压孔内埋设花管以释放冻胀水，并防止串水。隧洞中部冻结区洞身上下部内外孔圈之间布置测温孔2孔，孔深17.7 m与17.0 m；洞身中部布置水文孔（兼作卸压孔）1孔，孔深9.8 m，总计孔深44.5 m。下游冻结区于掌子面断面洞身范围及内外圈冻结孔之间单循环布置测温孔4孔，单孔深22.0～22.7 m，洞身中部布置泄压孔2孔，单孔深3.0 m，总计孔深94.7 m，三循环总孔深284.1 m。

5.6 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，均采用输送流体用无缝钢管，内管箍连接，冻结管 Ф89×10.0 mm 或 Ф89×8.0 mm，供液管 Ф45×3.0 mm，接头强度不低于母管的75.0%。

5.7 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，最大约为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7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7 盐水降温曲线

6 制冷系统设计研究

6.1 氟利昂系统

“水平冻结法”施工辅助斜井及平洞工作面分设2个洞外冻结站，主洞出口工作面冻结站布设于洞内，高压低温换热系统均置于洞内，通过盐水干管与冻结站相连，冷却塔均置于洞外，利用2根Ф219.0×6.0 mm或Ф219.0×8.0 mm钢管进行清水循环。相应分设独立盐水循环系统，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。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，取1.3；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）。

经计算，隧洞中部冻结区高峰需冷量5.4万kcal/h，另考虑冻结站外长约1.3 km的盐水循环干管热量损耗9.7万kcal/h，总需冷量15.1万kcal/h，冻结站配置冷冻机组2台，1用1备，总用氟量2.0 t、盐水50.0 t。下游冻结区三循环相应总需冷量40.2万kcal/h，2个冻结站各配置冷冻机组4台，3用1备，总用氟量5.0 t、盐水130.0 t。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。

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，埋深小于250.0 m时，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·℃）。

经计算，隧洞中部冻结区盐水高峰循环量为45.7 m3/h，下游冻结区三循环为121.6 m3/h，盐水干管分别采用规格Ф219×8.0 mm与Ф159×6.0 mm无缝钢管，管内设计流速2.0 m/s。冷却塔冷却水循环量140.0 m3/h，新鲜水消耗量20.0～30.0 m3/h。

7 施工技术研究

7.1 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。

7.2 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170 mm或190 mm。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，造孔前要准确复核开孔位置，成孔全程复测钻进角度，及时修正偏差，成孔后测定偏斜率，偏斜率超要求量时补孔。开孔误差不大于0.1 m，孔深20.0 m以内的最大偏斜（成孔与设计轴线偏差）为0.20 m，20.0 m以上则为0.25 m，且终孔间距不大于1.5 m。冻结管耐压试验中，隧洞中部冻结区压力不低于3.0 MPa保持45 min、下游冻结区压力不低于0.8 MPa保持30 min无变化即为合格，且冻结区压力不低于盐水压的1.5倍，不能循环盐水的管端长不大于0.2 m。

开孔中发生涌水及涌砂时，采用如图8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，岩体流失量不得大于成孔体积，否则需注浆控制地层沉降。涌砂不返水时先行预注浆填充，采用螺纹钻杆钻进。

图8 孔口密封结构

7.3 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，积极冻结期要延长冻结时间来提高冻结壁强度，开挖掘进及支护衬砌阶段停工，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，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。

7.4 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，严控隧洞开挖掘进轴线与断面，避免偏差，防止超挖造成冻结壁厚减小，若发生超挖，则停工采取保温及加强冻结措施。

8 结 语

（1）引洮供水一期工程总干渠7号隧洞中部及下游两段总长78.65 m洞段穿越新近系含水疏松粉（细）砂极软岩地层，埋深135.0～206.0 m，存在高强大规模突泥、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“洞内水平冻结法”掘进技术方案，施工技术获得全面成功。结合工程实践，对“水平冻结法”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，以及冻结与制冷系统设计、温度场发展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。