以上海市某地铁隧道下穿既有车站工程为背景,针对冻结参数选取、冻结壁承载力计算方法、冻胀量计算等方面进行论述。冻结壁承载力计算采用了数值模拟和结构力学模型计算两种方法;冻胀量计算采用三维热固耦合计算模型,分别计算了温度场和冻胀引起的周围土体和上部车站结构变形。该工程设计参数得到了工程实践验证,对类似大体量冻结工程的设计和施工具有指导意义。
人工冻结工程中,天然岩土变为冻岩土,其物理力学性质会发生显著变化,而隧道冻结工程的冻土力学参数,是冻结壁设计和隧道开挖的依据。据此展开室内试验,研究结果表明,在相同的土质条件下,温度越低,冻土的单轴抗压强度越高;当蠕变应力小于冻土长期强度时,可用方程ε=AσBtC描述冻土的蠕变过程;而当蠕变应力较大时,上述蠕变方程不适用;在加载应力作用初期,冻土的强度衰减很快,在设计中必须考虑冻土的长期强度,而不能用瞬时强度代替长期强度;在有补给水源的情况下,粉质粘土的冻胀率及融沉系数最大,分别可达26.88%和17.19%。