水是我们生活中不可或缺的，地球表面70%都被水覆盖着，同时，地壳内部还蕴藏着丰富的地下水。可要在地下工程施工中碰到了水，那它就成了我们的敌人了，要制服水，最直接而有效的方法就是把含水的地层冷冻起来。

说到冻土，我们都不陌生。春夏秋冬的交替是一个自然的过程，大地的封冻受温度控制，是大气冷热能量转换的结果。19世纪初叶，在西伯利亚人迹罕至的叶尼塞大森林里，人们在寻找和开掘金矿的过程中，利用寒冷的冬季挖矿井。挖到一定的深度时，土层就不是冻土了，出现渗水或塌陷，只好停下来，等土冻上了继续向下挖，工程进度很慢，冬天结束了就只能停工，来年上冻再接着挖。这是人们把天然的冷量用在矿井工程中的先例，它是受大自然限制的。但不管怎么说，这毕竟是人类在工程施工中利用冷冻迈出的第一步。

有了天然冷冻的启示，人们开始想：能不能用人工的方法把地层冻起来呢？电的发明使大规模冷冻成为可能，因为只有巨大的能量才能将地层冻起来，随着电动机、制冷机等一系列动力设备的出现，人工冷冻已不再是梦想了。1862年，英国的南威尔士矿山首次尝试人工冻结地层，用以解决松软含水地层立井开凿时的塌陷问题，由此，人类终于可以摆脱大自然的约束，不再等老天爷恩赐冷暖了。1875年世界上第一台活塞式制冷机问世，它以液态氨作制冷剂，1883年德国获冻结法专利，到了20世纪30—40年代，欧洲的许多矿山立井冷冻深度达400米，冷冻这400米深的矿井每小时需耗电1200千瓦，也就是说相当于3万个日光灯管的耗电量，这都是作为巨大动力能源的电的功劳。

对地层冷冻需要大功率的钻机、制冷机，从地面垂直向下打出一圈钻孔，在其中布设冻结器而后进行冻结，自上而下形成一个由冻土构成的密闭、坚固的圆筒，在其保护下进行井筒开挖，这种方法被矿山界称为垂直冻结法。1955年，我国煤矿建设中首次引入地层冻结施工技术，到了60年代末，人工冷冻地层已经发展成为一项成熟的矿山施工技术。 英国用冻结法开挖成功930米深的矿井，也就是说，用人工的方法向地下垂直打930米的钻孔并布设冻结器加以冷冻，整个圆筒的冻土厚度达5米以上，可以想象，没有足够的电力支撑和庞大的制冷系统保障怎么能形成这样的规模！

然而，城市的迅速发展逼迫人们将目光转入地下空间，可只要是地下就都会遭遇到含水的松软地层，冷冻是主要选择方案之一，但在城市进行地面垂直钻孔已不可能。于是，工程技术人员又开始了新的探索。

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