为了掌握大直径盾构始发段地层冻结过程中的冻胀变形规律及其对周围环境的影响特征，对上海上中路越江隧道盾构始发冻结工程地层温度、冻胀力及冻胀变形进行现场监测，获得了冻结施工过程中地层内部温度和冻胀力的演变特征，分析了地层及结构物的冻胀变形影响规律。研究结果表明：冻结范围地层全部形成冻土后才会引起地层出现明显变形，积极冻结期间以地层水平方向变形为主，而稳定冻结阶段主要表现为竖向变形；地层内部竖向变形随着埋深增加而线性增大，冻结45 d时深度为16 m处地层竖向最大变形达到88.2 mm，而对应位置地表抬升位移仅为55.4 mm；地层水平变形沿深度方向呈拱形分布，埋深为8 m位置的水平变形最大，冻结45 d时最大变形量为88.3 mm；在冻结过程中，冻结范围两侧最大地表位移达到102.6 mm，而对应位置行车轨道基础位移仅为25.9 mm，约是相应位置地表位移的1/4。地层温度变化及压缩作用会明显影响地层内部冻胀变形过程，而地层变形也会抑制冻结帷幕内部冻胀力的增长幅度。

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。

利用自行设计的试验台,通过模型实验研究了钢管冻土组合结构承载后的变化规律。研究结果表明加载过程中组合结构底部跨中位置先行开裂,破坏前纵向应变沿截面高度近似成线性分布,而钢管与冻土脱离后仍能发挥部分承载作用。

在矿井建设中,人工冻结法施工技术被广泛应用,但冻结施工中土体冻胀所带来的危害也不能忽视。本文通过对取自淮南某矿不同深度的细砂土和黏土试样进行人工冻结的冻胀性能试验,得出了这两种试样的冻胀特性以及冻胀力和冻胀率与时间的关系。

地铁建设中时有穿越富含砾石的地层,需使用冻结法施工,而砾石地层的热物理性质是冻结法设计的重要依据。为研究人工冻结砾石土热物理特性,通过自制试验仪器,开展了砾石土冻结温度、导热系数和容积热容量测定方法及其特性研究,并与黏土、粉土等典型土层进行对比分析。结果表明:砾石土冻结温度曲线变化符合常规变化规律,且冻结温度为-0. 21℃,高于黏土、粉土等;砾石土容积热容量与黏土、粉土等相近,随颗粒粒径增大,常温和冻结状态下土体容积热容量比值减小,其中砾石土的比值为1. 19;砾石土导热系数较大,冻结状态下达3. 89 W/(m·k),是常温状态下的1. 65倍,符合颗粒粒径对导热系数的影响规律。砾石土导热系数可按各组成物质的导热系数及其相应的体积比推算。

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。

为获得冻结法施工中土体冻胀融沉特性规律,以某地下联络通道工程为原型,根据相似理论,进行了水平冻结模型试验。结果表明,冻胀融沉过程中,土体温度先迅速降低后升高,维持在0℃一段时间后,继续缓慢升高至室温;土压力值先增加后减小,其中,竖向土压力值随深度的增加而增大,相同埋深下,距冻结管越近,水平土压力值越大;土体融化固结沉降值明显大于冻胀位移值,土体竖向位移较水平位移变化显著。积极冻结期内土体温度降低速率变慢,且埋深越大、距冻结孔越近,土体温度降低越快、降幅越大;无侧限土体压力值先增加后减小,侧限土体压力值则逐渐增大,全封闭土压力值变化率更显著。

全面掌握冻土与结构接触面冻结强度研究进展,是进一步深入开展冻土与结构接触面冻结强度研究的前提。首先,从接触面冻结强度定义、接触面冻结强度剪切试验仪器研发、动静荷载作用下接触面冻结强度试验、接触面冻结强度数值模拟等多个角度系统归纳接触面冻结强度方面的最新研究成果。其次,通过对比不同接触面冻结强度剪切仪,指出现有试验仪器的不足,提出接触面冻结强度成因及破坏机理缺乏深入揭示的原因,讨论现有冻土与结构接触面单元模型、接触面冻结强度预测方法等方面存在的问题。最后,提出研发改进冻土接触面冻结强度试验仪器以更好模拟实际工况的展望,指出应当运用冻土微观结构研究手段深入揭示接触面冻结强度成因及破坏机理,建议结合试验和理论推导构建更为合理的冻土与结构接触面单元模型,阐述以多影响因素试验为基础探寻更为完善的接触面冻结强度预测方法。通过国内外研究现状、存在问题及其发展趋势分析,为冻土与结构接触面冻结强度研究以及冻土区地下工程设计和隧道工程人工冻结加固等方面提供参考和指导。