地层冻结技术40年_陈湘生

围岩压力的影响因素作者：马云峰来源：《科技与创新》2014年第17期摘要：围岩在硐室开挖的过程中起到了一定的承载作用，它的受力形式复杂多样，相应的确定方法也各有不同。

其破坏形式和破坏特点主要取决于岩体的结构特征。

关键词：岩体；硐室；围岩；支护中图分类号：U451.2 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）17-0004-01围岩的破坏形式主要有两种，分别是脆性破坏和塑性破坏。

脆性围岩变形和破坏的形式主要取决于围岩的结构，一般有弯折内鼓、张裂塌落、劈裂剥落、剪切滑移、碎裂松动和岩爆等类型；塑性围岩在应力重分布和水的作用下，变形和破坏的主要类型包括塑性挤出、膨胀内鼓、塑流涌出、重力坍塌等。

围岩的结构形式不同，其分析方法也不同。

1 围岩压力类型硐室开挖破坏了围岩的应力平衡状态，导致围岩变形甚至遭到破坏。

为了保障硐室的稳定、安全，必须采取支护措施来阻止围岩的变形和破坏。

这样，支护结构与围岩之间就会产生相互作用，围岩作用于支护结构上的力就是围岩压力。

围岩压力可以分为垂直压力、水平压力和底部压力。

在采矿工程中，围岩应力和围岩压力都被称为矿山压力。

广义的围岩压力包括变形压力、松动压力、膨胀压力、冲击和撞击压力。

1.1 变形压力变形压力被称为“变形围岩压力”，是由于围岩的变形受到支护的抑制而产生的围岩压力。

变形压力的大小与原岩应力的大小、岩体的力学性质、支护的结构刚度和支护时间等因素有关。

一般使用弹塑性、黏弹塑性原理对变形压力进行分析，包括解析法和数值分析方法。

1.2 松动压力松动压力包括塌落围岩压力和块体滑落围岩压力，是由于硐室开挖而导致围岩松动或塌落，并以重力形式直接作用在支护上形成的围岩压力。

因此，较大块体的稳定性问题可以采用块体理论进行分析，塌落岩体形成的围岩压力可以采用普氏理论、泰沙基理论、有关规范的围岩压力计算公式等进行分析。

1.3 膨胀压力岩体具有吸水、膨胀、崩解的特性，由此引起的围岩压力被称为“膨胀压力”。

冻结法在地铁车站地墙接缝加固中的应用地铁车站在地墙接縫加固的施工对于地铁整个建设的安全性非常重要，目前在施工中采用的主要方法是冻结法，本文针对施工中的施工特点以及冻结法的施工工艺进行了详细的分析，供相关的技术人员和管理人员参考。

标签：冻结法；地铁车站；接缝加固一、前言地铁车站在地墙施工的过程中，常常的会使用冻结法进行加固，目的是保证地铁车站的安全性，无疑采冷冻法有诸多的好处，但是在施工的过程中也需要注意很多问题，本文针对该问题进行了详细的分析。

二、井壁受到复杂外力作用由于粘土层的物理性质为遇水膨胀，受冻膨胀，暴露时间愈长膨胀体积愈大，冻结状态下强度不如砂层高，但蠕变变形大，使得粘土层段外壁受的压力增长快，数值大。

此外，砂层和粘土层交接处是应力和压力突变区，井壁受力最为不利。

当井筒施工由砂层进入到粘土层中时，井壁就会受到剪切、弯曲及径向压力等复杂外力的作用，使井壁容易产生破坏。

1.冻结时间短，井帮温度不均匀：井筒掘进到130m时，仅冻结100天，同时由于辅助孔的影响，局部井帮温度过低，致使井帮四周粘土层冻结壁蠕变变形能力不一致，使得外壁所受荷载不均匀，造成井壁容易破坏。

2.供冷量不足，冻土融化：由于井帮温度不同，而混凝土入模温度及硬化过程中产生的水化热是均匀一致的，因此使井帮冻土融化范围产生差异；由于冻结冷量不足，仅能维持冻结壁自身平衡和缓慢扩展，不能满足井帮融化土再次冻结所需的冷量，造成井壁不同位置所承受由融土自重产生的压力不同，在井壁薄弱部位出现裂纹或裂隙。

3.掘进速度过快，掘进段高大：井筒掘进速度过快，导致冻结时间过短，冻结跟不上掘进的需要。

另外，掘进段高也偏大，段高为4m。

而较大的掘进段高只有在冻结壁状态良好，井帮温度较低的情况下才适应。

三、冻结孔布置及制冷设计1.冻结孔的布置：根据冻结帷幕设计及旁通道的结构，冻结孔按上仰、近水平、下俯三种角度布置在旁通道和泵站的四周；在通道下部布置一排冻结孔，加强通道冻结效果，把泵站和通道分为两个独立的冻结区域，按施工图纸布置冻结孔。

国内外冻土冻涨融沉的研究现状分析[摘要]多年冻土地区道路使用状况来看，所面临的直接且严重的问题则是冻土路基融沉。

本文介绍国内外冻土冻涨融沉的研究现状，从国外国内两方面分析，并将历史分析过程从理论的确立到试验分析再到计算，试验概念的确立至数据分析结果的转变。

【关键字】冻胀融沉；现状分析；融沉量计算1、前言我国的冻土工作者就此已经开展了一系列的研究工作，取得了一定的成果，但由于冻土问题的复杂性以及国内外研究现状，这些工作很多还处于初步阶段，为进一步研究冻土冻胀融沉特性，认清国内外对冻土冻涨融沉的研究现状分析显着有必要。

2、早起国外冻土冻涨融沉的研究早在17世纪后期，人们就已经注意到冻胀现象，但是直到20世纪，人们才逐渐认识到水分迁移作用是导致土体冻胀的主要根源。

Everett首先提出了第一冻胀理论即毛细理论。

然而，毛细理论却不能解释不连续冰透镜是如何形成的，并且该理论低估了细颗粒土中的冻胀压力。

认识到毛细理论的不足之处，Miller 提出在冻结锋面和最暖冰透镜底面存在一个低含水量、低导湿率和无冻胀的带，称为冻结缘。

冻结缘理论克服了毛细理论的不足，称为第二冻胀理论。

3、简化的冻结缘未冻水流模式的建立Akagawa提出了静态冻胀控制理论并通过试验予以验证；美国学者Virgil J.Lunardinj研究了地面温度线性增高情况下冻土融化，牛曼解使用了当量地面温度，对总的冻结、融化深度给出可信结果，但对中间过程预报误差较大；中国的徐学祖提出了分析解，并与牛曼解预报结果作了对比，指出当斯蒂芬数增大时，融化带随时间的变化呈非线性增大；日本学者T.Ono设计研制了一套采用激光传感器监测侧向变形的三轴冻融试验装置，可附加不同的侧限应力条件，并在此基础上研究了不同应力条件下冻结过程中的胀缩变形，观测到瞬间变形的过程；日本学者Yoshikj Miyata基于水分迁移、热量输运和机械能平衡方程提出宏观冻胀理论；T.Ishizakj开展了冻融作用对文物破坏的研究，采用摄像系统对冰分凝及破坏过程进行动态监测，提出了简化的冻结缘未冻水流模式。

冻结法在地铁中的应用甄精莲1郑有才2段仲源3 贾瑞晨4（1,3,4南华大学城市建设学院421001 , 2湖南地勘局409队425000）摘要：通过对某地铁施工进行监测，分析冻结法隧道施工过程中土层温度、荷载与沉降的关系。

关键词：监测，冻结，沉降Application of the ground freezing method in the subwayZhen jinglian(Nanhua University city construction college 421001),Zheng youcai(Geological perambulation office 409team of Hunan 425000) ,Duan zhongyuan, Jia ruichen (Nanhua University city construction college 421001)Abstract:Appling freezing method to construct the subway should investigate the relationship among temperature, load and Settlement by monitoring.Key words: Monitoring, Freezing , Settlement1 引言人工制冷技术的发展，推动了工程冻结法的发展。

1862年在英国南威尔士建筑施工中首次使用冻结法加固土壤；我国首次于1955年在开滦林西风井采用冻结法凿井并获得成功。

此后，我国冻结法主要应用于不稳定含水地层里的凿井工程。

随着我国地下工程的增多，冻结工法逐渐由矿井建设工程向岩土工程领域推广应用，如市政工程、隧道及地铁工程等。

2 工程概况某市轨道交通折返线斜穿公路和一座立交桥，附近有商贸城和其他建筑商铺。

由于该区段道路两侧地下管线纵横交错，数目较多，上面的公路又是重要交通干道，交通繁忙，不能封路施工。

1202023年11月上 第21期 总第417期油气、地矿、电力设备管理与技术China Science & Technology Overview1 冻土发展计算分析由于地下冻结工程的不可见性，难以通过观察、测量等直观手段获得数据。

虽然有水文孔冒水报道主要含水层冻结交圈这一手段，但在实际施工过程中，根据测温孔温度数据，通过计算、分析得到冻土发展速度和冻结壁厚度等参数是比较科学实用的手段[1]。

现场施工数据来源单一，具有局限性，地质条件多样化，复杂的理论公式常常“水土不服”，施工中多采用经验公式进行计算分析。

主要以煤矿立井井筒冻结施工作为研究对象，以巴彦高勒西翼回风立井井筒冻结施工中的冻土发展计算、分析为例进行阐述。

1.1工程概况巴彦高勒矿井位于内蒙古鄂尔多斯市乌审旗呼吉尔特矿区南部，矿井设计生产能力为4.0Mt/a，采用立井开拓，矿井工业场地内布置有主、副、回风立井3个井筒，矿井前期采用中央并列式通风方式。

为满足矿井分区通风要求，新增建设西翼回风立井，井筒设计深度695m，井筒穿过第四系、白垩系下统志丹群组、侏罗系中统安定组、直罗组、延安组等地层。

井筒上部（339m 以上）设计采用冻结法施工，井筒下部采用普通法施工[2]。

1.2 井筒地质水文特征1.2.1 井筒区域地质特征井筒区域地层自上而下有第四系（Q）、白垩系下统志丹群（K1zh）、侏罗系中统安定组（J2a）、侏罗系中统直罗组（J2z）、侏罗系中统延安组（J2y）。

具体地层情况如下。

第四系岩性上部为土黄色风积沙，向下为浅灰色细砂、中砂，砂质疏松，钻孔揭露深度为0～107.59m，厚度为107.59m，以细砂、中砂为主，呈松散状，与下部地层不整合接触。

白垩系岩性为砖红色细砂岩，砖红色、棕红色中砂岩，砖红色、棕红色泥质砂岩，钻孔揭露深度为107.59～279.80m，厚度为172.21m，白垩系志丹群顶部107.59～115.49m 岩石风化严重，以下至279.80m 岩石质软，易风化，与下部地层呈不整合接触[3]。

第４６卷　第４期２０２４年４月系统工程与电子技术ＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＶｏｌ．４６　Ｎｏ．４Ａｐｒｉｌ２０２４文章编号：１００１ ５０６Ｘ（２０２４）０４ １１６７ ０７　网址：ｗｗｗ．ｓｙｓ ｅｌｅ．ｃｏｍ收稿日期：２０２３０１１９；修回日期：２０２３０４０７；网络优先出版日期：２０２３０５１９。

网络优先出版地址：ｈｔｔｐ：∥ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．２４２２．ＴＮ．２０２３０５１９．１３３６．００６．ｈｔｍｌ基金项目：自然资源部矿山地质灾害成灾机理与防控重点实验室项目（２０２２ ０８）；陕西省自然科学基础研究计划（２０２３ ＪＣ ＱＮ ０２９９）；中央高校基本科研业务费（ＸＪＳ２２１３０７）资助课题 通讯作者．引用格式：陈雪梅，刘志恒，周绥平，等．基于ＨＲＮｅｔ的高分辨率遥感影像道路提取方法［Ｊ］．系统工程与电子技术，２０２４，４６（４）：１１６７ １１７３．犚犲犳犲狉犲狀犮犲犳狅狉犿犪狋：ＣＨＥＮＸＭ，ＬＩＵＺＨ，ＺＨＯＵＳＰ，ｅｔａｌ．Ｒｏａｄｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｆｒｏｍｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｉｍａｇｅｓｂａｓｅｄｏｎＨＲＮｅｔ［Ｊ］．ＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０２４，４６（４）：１１６７ １１７３．基于犎犚犖犲狋的高分辨率遥感影像道路提取方法陈雪梅１，２，刘志恒１，２， ，周绥平１，余　航１，刘彦明１（１．西安电子科技大学空间科学与技术学院，陕西西安７１０１２６；２．自然资源部矿山地质灾害成灾机理与防控重点实验室，陕西西安７１００５４） 摘　要：高分辨率遥感影像中，传统的道路提取方法存在着精度低、鲁棒性低的问题，提出基于高分辨率网络（ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｎｅｔ，ＨＲＮｅｔ）实现高分辨率遥感影像道路分割。

对ＨＲＮｅｔ进行改进，将相同分辨率的ＨＲＮｅｔ子网的输出与输出层结果进行拼接并输入非局部块，两个损失函数Ｃｒｏｓｓ ｅｎｔｒｏｐｙＬｏｓｓ和ＤｉｃｅＬｏｓｓ用来解决道路数据集样本不平衡问题。

冻土力学与工程的国际研究新进展——2000年国际地层冻结和土冻结作用会议综述摘要：2000年国际地层冻结和土冻结作用会议于2000年9月在比利时召开。

会议共设6个专题：热质迁移、冻结敏感性和冻胀、力学性质、环境土冻结、工程设计和工程实例。

围绕这6个专题，介绍了国际冻土力学与工程方面研究的一些主要进展，既反映了国际冻土力学与工程研究的水平，也代表了21世纪冻土学发展的方向。

关键词：地层冻结；土冻结作用；冻土力学与工程.中图分类号：P642.14文献标识码：A国际地层冻结会议是与人工冻结技术相关的国际会议，侧重于工程应用；国际土冻结作用会议是与土的冻胀融沉过程相关的国际会议，侧重于理论研究。

这两个国际会议对增进各国冻土学界科学家的学术交流和推动冻土学科的发展起到了重要的作用。

自1997年这两个会议合成国际地层冻结和土冻结作用会议，现已成为冻土学家们进行学术交流、聚会的一大盛事。

2000年国际地层冻结和土冻结作用会议于2000年9月11～13日在比利时召开。

此次会议共设6个专题：热质迁移、冻结敏感性和冻胀、力学性质、环境土冻结、工程设计、工程实例。

来自法国、德国、中国、美国等国的70多位代表参加了会议。

本次会议是世纪之交冻土界的一次盛会，它不仅展现了目前冻土界的最新研究成果，而且也指明了21世纪冻土学发展的重要方向。

下面围绕这6个专题将会议的一些主要研究进展作一综述。

文中所引用的文献均出自本次会议的论文集。

1热质迁移土体冻结过程中，水分向冻结锋面迁移并结晶膨胀造成土体的冻胀。

物质的迁移、温度场的变化是热质迁移问题研究的主题。

本次会议上有关热质迁移机理问题研究的论文有11篇。

热质迁移研究的主要内容之一是土物理参数的性质研究，如土颗粒含量、容重、热参数、导水系数等。

Cames-Pintaux在分析道路冻结过程时，利用GEL1D软件对热参数的影响范围及其各参数之间的相互作用进行了定量计算，发现导热系数及含水量是非常重要的两个参数，对流交换系数及初始温度状况在路基水热性质随气候变化中起到了重要作用。

简析普氏理论求解洞室围岩压力问题作者：石喜梅来源：《科技与创新》2014年第17期摘要：地下开挖对周围地层的力学作用强度是随着距离的变化而逐渐衰减的。

深埋隧道上覆地层变形、松动、坍塌的过程会在地表以下某个相对稳定的范围内终止，就好像坍塌范围的周边出现了能够承受上覆岩层的“压力拱结构”一样，这种现象被称为地层的成拱作用。

此时，拱下坍落的重量决定了顶部的压力。

利用普氏理论求解塌落围岩压力。

关键词：普氏理论；地层；洞室围岩；压力中图分类号：TU457 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）17-0131-02该理论是由俄国学者普罗托季亚科诺夫提出的，其基本假定是：①岩体为没有黏聚力的松散体。

他认为，岩体中的结构面完全破坏了岩体的整体性，虽然岩体具有较弱的黏聚力，但是可以忽略；岩体抗拉、抗减、抗弯的能力极其微弱。

②深埋洞室开挖首先会引起洞顶塌落，但是这种塌落是有一定限度的，并在洞顶形成自然平衡拱。

1 普氏理论的受力分析机理普氏理论的受力分析不同于传统的受力分析，主要体现在三个方面：①自然拱的切线方向只作用有压应力，所以，它又被称为压力拱。

②压力拱以上岩体的重量（压力）通过压力拱传递到拱脚和附近岩体中，这可能会导致边墙被破坏。

所以，稳定的压力拱应该是考虑过边墙可能失稳范围后的最终压力拱。

③作用在衬砌上的压力就是压力拱与衬砌之间岩石的重量，与拱外岩体无关。

基于以上三点可知，问题的关键在于正确确定拱的形状。

当地质条件对称时，压力拱的受力和形状必然对称。

将压力拱（线）作为研究对象，把它当成对称问题研究。

取一半拱线分析，上端点受到轴向力Rx，下端点受水平和垂向力的作用（T，N），拱线受垂直和水平应力的作用，一般将水平应力计入拱座水平推力T中，忽略应力随着高度的变化而变化。

2 工程案例以某在建洞室为例，利用普氏理论对其进行围岩压力解析。

洞室的横断面如图1所示。

在图1中，某洞室建在普通的泥灰岩中，宽2a=8 m，高H=5 m。

软弱地层冷冻法更换盾尾刷管控要点摘要冷冻管片法更换盾尾刷在国内的应用案例比较少，通过环向冻结管传冷至钢管片进而对周围土体进行冻结的方式进行冻结土体更换盾尾刷。

冻结法更换尾刷的工艺全过程主要包括冷冻管片的设计、冷冻管片的安装和积极冻结、维护冻结和更换尾刷、解冻、恢复掘进的过程。

此次总结将侧重于冻结相关的工艺流程、过程中的管控以及出现问题的解决。

关键词换尾刷冷冻法软弱地层1 工程概况1.1 工程概况盾构区间由湖涌站始发掘进，最终到达绿岛湖站南侧外接基坑接收井。

隧道长度为1935.313m，管片外径6700mm，内径6000mm，采用1台φ6980泥水平衡盾构机掘进施工。

1.2 工程地质及水文条件1.2.1 工程地质隧道主要穿于淤泥质土、淤泥质粉中，岩土体松散、承载力低、自稳性差，总体上工程地质条件极差。

见图2 区间地质纵断面图图1 区间地质纵断面图1.2.2 工程水文（1）地表水。

区间线路在YDK24+900前下穿或旁近下穿澳边涌，该河涌水面宽一般约25m，最宽处超过40m，常年有水，水流缓慢，水量丰富。

（2）地下水。

主要为第四系松散层孔隙水和基岩裂隙水，孔隙水又分为上部黏性土层中的潜水和下部砂、砾石层中的承压水。

1.3盾构机停机更换盾尾刷位置情况盾构机更换盾尾刷的停机位置选择在880环，隧道顶部覆土厚度25米，处于<2-5>淤泥质粉土、<3-1>粉细砂地层中，盾构机下方是<3-4>圆砾。

2 冷冻法更换盾尾刷施工工艺流程采用盐水循环作为冷量传递冻结封堵盾体外侧的土体，在冻土帷幕的保护下，更换盾构机第一、第二道盾尾刷。

与常规的更换盾尾刷工艺相比较，冷冻法换盾尾刷就是在更换尾刷前增加了一道冷冻法加固地层的保险措施，在更换盾尾刷前期需要进行设计制作冷冻钢管片、管路连接、冷冻设备的安装调试、冷冻效果的检测等。

2.1 冷冻前准备工作（1）盾体径向注聚氨酯盾体的8个径向预留孔注入聚氨酯，可以阻挡泥水舱泥水后窜。

2009年第3期（总第89期） 华东建工勘察 1 冻结法工程施工中冻胀和融沉问题的分析与研究徐敏生 龚启昌上海市城市建设设计研究院【提 要】本文主要讨论地下土木工程中使用冻结法施工引起的冻胀和融沉工程问题，从岩土工程的角度介绍冻结土的形成及其工程力学性质。

较为全面的阐述冻结土的岩土工程设计及施工特点。

【关键词】冻结土 融沉 冻涨 措施 工程力学性能1 冻结土的冻胀和融沉（问题）的产生冻胀主要发生在砂性土、粉性土及黏性土中。

粗砂砾粒类土不会出现冻胀现象。

寇克娄等的著作中认为：在“不均匀的土粒（U＞15），d﹤0.02mm所占百分比﹥3％；很均匀的土粒（U﹤5），d﹤0.02mm土粒所占百分比﹥10％ ”土中，易产生冻胀。

陈肖柏等认为形成冻土的基本条件：冻胀与土层性质、含水量、渗透性、冻结温度和周围压力等因素有关。

冻胀形成，一般先是土层中孔隙水结冰产生基本冻胀，水变成冰其体积约增9％，而土体冻胀量约为3％。

冻土中未冻水由于颗粒表面能的作用，使未冻水与冰间保持动态平衡，温度再降低时未冻水以冰的形式出现。

理论上一般认为冻胀主要由于冻结过程中土层冻结峰面水分的迁移，并结晶形成冰夹层，使体积增大很多。

黏土中由于冻胀中产生的孔隙水压力在逐渐消失时，引起冻土融沉。

从工程角度讲，人工冻土过程中地温下降至0零度以下，土体（孔隙中自由水）温度达到结晶点时，形成冻结，温度进一步下降，结合水冻结，冰晶结体、透镜体及冰夹层等形成冰侵入体，引起土体积增大，从而地表不匀上升，即为冻胀。

当土体温度上升时，冻结的土体发生变化，土体中的冰侵入体消融，引起地表下陷。

2 徐敏生等：冻结法工程施工中冻胀和融沉问题的分析与研究 2009年第3期（总第89期）土的冻胀与土的含水量、渗透性等有关，文献【3】长江口越江隧道联络通道处的⑤3层灰色黏土，含水量34.8％，容重18.1/kg.m -3,孔隙率为0.498，考虑土层盐度后的试验室冻胀率融沉率分别为6.0％、5.9％。

人工冻结法在工程中的应用和展望摘要：介绍人工冻结法在我国各个工程领域内的应用实例，扼要展望人工冻结法的发展前景关键词：人工冻结法；特殊地层凿井；桥梁桩基；土层加固引言土木工程未来的发展方向之一是向地下发展，20世纪中叶以来许多国家把向地下要空间作为一项国策，并且在发展中取得了卓越的成果。

我国也十分重视地下空间的开发利用。

自从上世纪60年代，我国开始利用城市地下空间并以初具规模，如北京修建地下铁路，上海建设打浦路隧道，70年代建设大量的人防工程，改革开放以来地下空间的发展更为迅速，典型工程如北京上海广州地铁通车运营，上海建成延安东路越江水底公路隧道还有大量电缆隧道和其他市政工程20余处，总计30余千米。

目前我国其他一些大城市也正在进行地铁建设。

不仅如此，我国还建设了各种公路隧道、铁路隧道和海底隧道。

这些工程的建设极大的促进了我国现代化建设，但是在这过程中也遇到了大量的技术难题，复杂的地质水文条件和其他条件制约了工程建设，某一领域的单一技术手段难以解决问题，这就使这就使得大量不同领域内的技术手段在相互之间应用开来。

人工冻结法就是其中一种，从原来的井筒建设应用中逐渐成为各种工程土层加固的很有效的手段。

在地铁，隧道，桥梁，特殊地段事故处理中，乃至水利水电工程，工厂，仓库，地下输送管道，军事工程（地下实验场、核发射井）等人工冻结法简介：天然冻土具有较高的强度及不透水性。

人工冻结法是依靠制冷剂物理的传热过程来达到地层，人工降温，使含水、低强度、又易于流动的常温土变成为有相当强度的，不透水的冻土结构物，土层被冻结后，其强度可增大几倍、数十倍甚至百倍，土壤中的水结成冰晶充满孔隙，可隔断与地下水的联系达到封水的目的，这样就可以抵抗地压。

然后在其保护下进行地下工程开挖，支护和构筑永久性设施。

冻结法最初起源十天然冻结，19世纪初西伯利亚的采金者首先采用自然冷源。

1862年，英国人在南威尔士的建筑基础施土中，首次采用了人土制冷技术来加固土壤，从此揭开了人土冻结法在土程中应用的序幕，1880年, 德国工程师F. H. Poetch 在国际上首次提出并获得人工冻结法专利。

价值工程0引言人工地层冻结是指在预先埋置在地层中的冻结管内循环低温冷媒，通过冻结管与土体进行热交换，从而形成完整性好、隔水效果效果佳、支护性能强的冻结帷幕。

冻结法以其适用地层广、环境污染小等特点，现已广泛应用于地铁联络通道施工。

根据冻结工程所处地层、冻结体量等因素，所采用的冻结设计参数有明显差异[1-5]。

为了保证安全的冻结过程以及良好的冻结效果，考虑土体初始温度对冻结温度场影响规律研究显得意义重大。

黄建华等[6]建立了三维有限元模型，系统研究了水泥改良后的地铁联络通道冻结温度场发展特性，得出“水泥改良+人工冻结”对淤泥质土地层具有显著的加固效果；刘先观[7]采用数值模拟与模型试验相结合的方法，考虑了冻结管直径、间距、冻结管端部距管片的距离、等因素对联络通道冻结温度场的影响规律；郑立夫等[8]基于热力耦合理论，通过有限差分软件FLAC 3D 建立了有限元模型，对冻结施工全过程进行了模拟，研究了不同冻结壁厚度条件下地表冻胀、融沉变形及隧道管片变形规律，最终实现了冻结壁厚度的优化设计。

但目前国内许多学者对冻结温度场数值模拟研究多集中于联络通道，对地铁出入口冻结温度场发展规律的研究较少。

本文利用有限元软件，以上海地铁某浅覆土地铁出入口冻结加固工程为背景，建立了三维数值计算模型，对该出入口冻结温度场发展与分布规律展开了数值模拟研究；并获得了不同初始地温条件下地铁出入口冻结温度场发展规律，为今后不同土层中类似工程的冻结设计与施工提供合理化建议。

1工程概况上海地铁18号线某地铁出入口冻结工程，该出入口周边环境复杂，有酒店、写字楼等构筑物。

出入口顶板覆土厚度约2.8m ，且上方有电力、污水、信息等管线；出入口结构呈“L ”形，开挖断面宽6.4m 、高5.32m ，暗挖段展开长度为13.112m ，开挖断面大，若施工不当易引起塌方冒顶等后果；根据地勘报告显示，出入口主要处于灰色淤泥质粉质粘土，该土层具有高含水量、高压缩性、高灵敏度、低强度的特性。

陈湘生:轨道交通效能最大化倡导者
作者：暂无
来源：《发明与创新·大科技》 2018年第12期
陈湘生,男,1956 年 6 月出生于湖南湘潭,研究员,博士。

地下工程、岩土工程、地层冻结和地铁工程专家,博士生导师、国务院政府特殊津贴获得者。

现任深圳地铁集团有限公司总工程师。

2017年当选为中国工程院院士。

陈湘生长期从事地下工程控制地层变形技术的研发工作。

建立了人工冻土物理力学基本体系;构建了深井冻结壁和冻结管变形极限双控的时空设计理论体系和公式,解决了防控冻结管断裂淹水难题;研制了首套离心机土壤冻-融循环模拟装置并提出了抑制冻-融的实用技术;研发了水平冻结技术,为地下工程中防控突水涌砂提供了金钥匙。

创建了地铁隧道下穿建筑物的“掘—测—智—控”群泵注浆矫正建筑物的控制变形技术;带领研发了跨地铁运营隧道的地下空间施工“加固—跳挖—反压—隔离—精测”的控制地层变形组合技术,将运营隧道规范控制限值降到3米以内,释放了地铁安保区原来无法利用的大量土地资源。

陈湘生先后完成了国家科技攻关项目、国家自然科学基金等科研项目 19 项,完成工程项目37 项。

获国家科技进步奖3次。

出版专著8部,国内外正式刊出论文90余篇。