为深入了解水泥改良粉质黏土的冻胀融沉特性，以福州地区四号线地铁所穿典型土层粉质黏土为例，分析了水泥浆掺量、养护龄期、冻结温度和水灰比4个因素对水泥改良粉质黏土的影响，获得单因素作用下改良土的冻胀融沉规律，确定了改良土的最佳水泥浆掺量为20%,最佳水灰比为0.8,并通过温度监测得出冻胀融沉试验过程中温度场的发展规律。通过SPSS Statistics建立多元线性回归方程，预测水泥改良粉质黏土在多因素综合作用下的冻胀率，分析得出对冻胀率影响程度大小为水泥浆渗入量>养护龄期>冷端温度>水灰比。

近年来，中国城市轨道交通大规模建设，新建地铁隧道采用人工冻结法下穿地面建筑等工程数量逐年增加。冻结过程中，人工冻土冻胀容易引发上覆地表和相邻建筑物出现不均匀变形，造成上覆结构损坏。为保证双线隧道冻结施工中上覆结构安全，需要研究冻结下穿过程中的冻胀规律以选取最优施工方案。基于上海地铁18号线双线隧道冻结下穿地铁10号线国权路运营车站工程，开展冻结隧道下穿上覆车站相似模拟试验，并采用传感器对上部10号线国权路车站底板变形进行自动化监测，研究了上覆车站底板在全长冻结和分段冻结2种模式下的冻胀抬升规律，得出了工程施工过程中上覆车站底板变形规律。结果表明：分段冻结模式对上覆结构产生的最大抬升量为20.5 mm，出现在下行线隧道冻结期间，小于全长冻结模式产生的最大抬升量30 mm。车站底板在分段冻结模式下出现整体抬升，下行线隧道在积极冻结期间的抬升速度为0.12 mm/d，大于上行线隧道冻结时的抬升速度0.08 mm/d。采用分段冻结、分段开挖方案时，冻胀抬升和开挖沉降交替产生，车站底板抬升位移曲线呈锯齿状。实际工程中采用分段冻结、取土卸压等方法降低冻胀量，实测车站底板最大抬升量为25.41 mm...

通过对富水不稳定地层浅埋大断面隧道暗挖工程特点的分析,以浅埋暗挖法和人工冻结法为基础工法,提出了浅埋大断面隧道分区冻结、分部构筑的施工方案。首先,根据复杂构筑物环境下的浅埋大断面隧道暗挖施工存在的开挖面失稳风险,提出了大断面分区冻结、分部构筑施工技术;其次,根据工程实践中遇到的冻土帷幕发展不均匀和冻胀风险大的问题,提出了局部水平注浆改良和冻胀控制技术;最后,通过工程实践和现场监测数据分析,对所提出的各项技术效果做了分析。结果表明:(1)建立的分区冻结方案和分部构筑施工方案,确保了冻土帷幕的有效形成和暗挖施工时的开挖面稳定;(2)局部水平注浆改良技术可有效解决因冻结区域与地表水力联系强而导致的局部冻土帷幕发展缓慢的问题,保证了积极冻结期内的冻结壁完整性;(3)以站内水平钻孔取土、站台下方钻孔取土和水平卸压强排相结合的冻胀控制方法,可有效控制冻胀导致的地表变形,减小对既有车站结构的影响。

以冻结法施工为原型,进行了人工冻土地基室内模型试验。通过监测地基模型测点处的温度变化,研究了人工冻土地基的温度场变化规律。将支持向量机与人工鱼群算法相结合,建立一种新的人工冻结温度场预测模型,应用该模型对室内冻结模型试验进行温度场实时预测,为冻结法工程的施工设计提供依据。

随着地下工程的发展,人工冻结法已成为地下工程建设中常用的技术。关于人工冻土在冻结过程中温度场的发展规律以及冻结过程中因为冻胀产生的对周边环境的影响有待于进一步深入的研究。通过室内试验得出了热物理参数随温度场的变化规律,结合天津地铁某联络通道的人工冻土工程,提出并建立了人工冻结过程中考虑热物理参数随温度变化的热–力耦合的数值计算方法,利用该方法计算分析了人工冻结过程中土体的温度场和位移场的发展规律,通过与实测数据对比,证明了该方法的可行性,成果可以指导人工冻土工程的设计与施工。

冻结法施工广泛运用隧道联络通道,而在含盐较高的土层中运用冻结法施工与普通土层则有所不同。本文依托上海长江隧道2#联络通道冻结工程,考虑到含盐土层的影响,对双排管冻结公式进行了修正,得出在高含盐地区的冻土帷幕温度场的形成规律,并计算出冻土帷幕厚度及平均温度等指标,进而指导并确保在这种复杂工程中冻结施工的安全。

季节冻土层中的地温呈非线性分布,改变了冻土墙形成时的初始温度条件以及形成后的结构形式。有季节冻土条件下形成深6m、厚1.4m的冻土墙较无季节冻土的情况可减少冻结时间15d,减少冷能消耗60%,经济上有极大优势。通过数值模拟,得到了能量消耗与时间关系曲线、冻结管热流密度与深度关系曲线、冻土墙的厚度与时间关系曲线、冻土墙的厚度与深度关系曲线等,可见季节冻土层的存在显著提高了冻土墙的厚度发展速度,减少了冻结时间,降低了冷能消耗。模拟了49种工况,对冻结管直径、冻结管间距、冻结时间、冻土墙平均温度、冻土墙厚度等数据进行了非线性回归分析,得到冻土墙厚度与时间成对数函数关系、平均温度与时间成反比例关系的相关表达式,为人工冻结技术的合理运用和推广提供了理论依据。

通过分析人工冻土的冻胀融沉研究现状,总结了人工冻土冻胀融沉机理及影响因素,并针对冻胀融沉问题,提出了减少和控制冻胀融沉的一些技术措施,以推广人工冻结法在岩土工程中的广泛应用。

人工冻结法施工技术是软土地区深基坑开挖的一种经济可靠的方法，为了更好地推广应用这一技术，文中介绍了人工冻结法施工技术，并通过对冻结法施工过程中不同时期的热学分析，给出了各个时期的温度场数学模型