冻结法施工是目前富水地层地铁联络通道施工的主要方法。依托地铁盾构隧道联络通道工程实例，探究冻结法施工过程中粉砂层冻胀和融沉机理，并通过隧道变形监测数据分析联络通道冻结法施工对隧道的影响。结果表明，冷冻施工过程的冻胀效应及后续融沉灌浆过程会造成附近隧道拱顶上浮和水平收敛变小，但对隧道拱底的沉降影响相对较小，及时进行融沉灌浆能够有效降低对隧道结构的影响。

为探究盾构隧道长联络通道冻结施工冻结技术效果，以郑州市8号线1期工程3号联络通道人工冻结施工为背景，探究了拱顶冻结管不同排布情况下冻结效果，采用ABAQUS建立三维实体数值模型计算土体温度场，并提取冻结壁发展情况与冻土平均温度。结果表明：传统双排冻结管在长距离联络通道冻结施工中可能存在冻土平均温度不足的情况；增设为三排冻结管可以有效增强喇叭口拱顶冻结壁，降低侧墙冻结壁平均温度；建议在三排冻结管布置情况可将积极冻结时间降至47 d。

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。

为了厘清盾构机在液氮冻结加固条件下进行刀具更换时的温度场演化特征，采用数值计算对液氮冻结加固全过程进行分析。计算结果表明换刀期间盾构机内部对流换热增强，使得冻结壁与盾构机壳之间接触区域会发生明显退化，在换刀开始后36小时，接触区域搭接长度下降至最大值的34%～40%。同时冻结壁的受力状态发生改变，工程风险性将会明显增高。针对这一问题，提出了盾构机内部整个操作空间进行保温的处置措施。分析显示采用保温处理措施后冻结壁不会退化且进一步发育，冻结第15天时冻结壁搭接长度相较盾构换刀前增长34%。相关研究成果对类似工程研究具有指导作用。

针对寒区铁路路基冻胀整治难题，以我国一寒区铁路路桥过渡段冻害整治工点为依托，介绍了一种可在运营条件下实施的路基微型盾构置换方法。基于数值计算软件建立了环境-路基-盾构置换层-地基的多层结构水热力耦合模型，采用数值计算方法分析路基内部水分场、温度场、冻胀变形场的影响机理及演化规律，验证了盾构置换层所起冷屏障层、水分阻滞层、零冻胀填料夹层等预期效应。综合现场测试和计算结果分析，论证了微型盾构置换方法用于路基冻害整治的有效性与实用性。

公路盾构隧道联络通道建设面临较大的不确定性和风险，通常采用人工地层冻结法进行施工。以孟加拉吉大港卡纳普里河底盾构隧道联络通道为研究对象，分析联络通道施工过程中冻土帷幕和结构衬砌受力情况，研究采用双圈管冻结施工过程中冻土帷幕发展规律。针对施工期和运营期衬砌受力的最不利工况进行验算，分析积极冻结和维护冻结阶段温度场的变化，并研究部分不确定参数的敏感性。分析结果表明，该联络通道设计施工方案合理可行。

为保证浅埋深富水软弱地层的盾构隧道安全始发,采用人工冻结法进行端头加固。通过在室内进行冻土单轴抗压试验,得到可靠的冻土力学参数,并采用正交试验的方法分析冻结深度、冻结宽度和冻结温度对地表沉降和管片拱顶沉降的影响规律和影响程度,选取确定最优冻结加固方案。结果表明:相同冻结温度下中粗砂抗压强度最大,其次是粉细砂、粉质黏土、黏质粉土,杂填土抗压强度最小;土体冻结温度越低,抗压强度越大;对地表沉降和管片拱顶沉降的影响排序为冻结深度>冻结宽度>冻结温度;最优冻结方案为冻结宽度6 m,冻结深度15 m,冻结温度-20℃。

针对盾构接收时洞门位置地下连续墙与地层交界面突发涌水的情况,采取留置盾壳、盾壳内敷环形冻结管形成冷板传递冷量的方式,对盾壳外侧地层进行冻结,形成环形冻结壁封堵导水通道。采用ANSYS软件对冷板冻结设计方案进行仿真模拟分析,研究冻结温度场变化规律及冻结壁温度分布特征。研究结果表明,仿真模拟与现场实测冻结壁的发展相近,冷板冻结可有效加强土层与盾壳交界面的冻结效果,提高施工安全水平,提升盾构进洞应急处置能力。

盾构对接冻结法加固时,确定冻结方案、掌握冻土帷幕温度场发展与分布规律等是需要解决的关键问题。依托琼州海峡隧道盾构对接工程,运用有限元软件建立直管冻结和半圆环形冻结两种数值模型,对冻土帷幕温度场的发展规律进行研究,主要得出:两种模型冻土帷幕在各个切片上都能满足设计要求,故在琼州海峡隧道盾构对接时采用冻结法加固是可行的;随冻结时间的增加,两种模型的冻结壁都是以冻结管为中心开始生成并慢慢相交,最后形成封闭的冻土帷幕以达到止水支护效果;直管冻结的冻土帷幕生成时间更短且最终生成的冻土帷幕厚度更厚。所得结果可为今后类似工程设计提供了参考依据。

盾构隧道端头井冻结法加固的重点在于形成稳定封闭的冻结壁。以杭州地铁4号线江北风井盾构出洞工程为例,考虑相变潜热及端头井地下墙与冻土之间的热交换,通过数值模拟与冻结实测数据对比,分析了盾构出洞过程中的冻土温度场发展规律,提出了水平冻结加固风险控制措施。