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冻结法施工在地铁施工中的应用 1 工程概况 **地铁一期工程4A 标段区间起讫里程为YSK （ZSK）2+001.7～+260，线路走向 由东向西，位于现状道路下，先后穿越铁路桥、现状立交桥、现状河流，全长258.3m， 地下各种管道、管线众多。除 1 号竖井（SK2+056～SK2+070）明挖施工外，其余为 暗挖施工，暗挖隧道设计为单洞双层。 根据本工程的勘察资料，本段区间地层在勘探揭示深度范围内上覆第四系全新 ml m+al el 统人工堆积层（Q ）、海冲积层（Q ）及第四系残积层（Q ），下伏震旦系（Z）花 4 4 岗片麻岩。 该区域地下水主要补给来源为大气降水及河水。雨季河水补给地下水，旱季地 下水补给河水，地下水与河水水力联系较为紧密。该区域地下含水层含水丰富，补 给条件充足，特别是在14m 以上的强渗透层，其渗透流速最大可达到15m/d ，通过 渗透流速反算的渗透系数达150m/d。竖井以东YSK2+013～YSK2+056 段拱部开挖轮廓 线以内局部位于砾砂层和卵石层中，该种地质属强透水层，结构松散，自承力极差， 为Ⅵ级围岩，极易产生突水、涌砂、坍塌冒顶等现象。上部又有铁路桥通过，为确 保现状铁路桥安全，经专家论证，决定对该区段采用冻结帷幕止水方案。 2 冷冻施工技术 2.1 冷冻法原理 2.1.1 冻土的形成过程 冻土的形成过程,实际上是土层中地下水结冰后将固体颗粒胶结成整体的物理 力学性质发生质变的过程,也是消耗冷量最多的过程,如图 1 所示, 地层中水的冻结 过程可以划分为五个阶段: t 8 6 4 ) ℃ 2 ( 度 2 4 6 8 τ 温 时间(d) -2 -4 -6 -8 图1 冻土中水冻过程曲线图 1——冷却段：向土层供冷初期,土体逐渐降温以达到冰点； 1 2——过冷段：土体降温至0℃以下时，自由水尚不结冰，呈现过冷现象； 3——突变段：水过冷后一旦结晶，就立即放出结冰潜热，出现升温现象； 4——冻结段：温度上升接近0℃时稳定下来，土体中的水便产生结冰（t4）过 程，将矿物颗粒胶结成整体，形成冻土； 5——冻土继续冷却段：随着温度的降低，冻土的强度逐渐加大。 2.1.2 冻土的组成 冻土有三部分组成：骨架、冰和未冻水。 骨架：矿物颗粒是冻土多相和多成分体系的主体，颗粒大小和形状直接影响冻 土的性质，矿物成分对冻土的形成过程（冰的形成速度、膨胀等）和性质都有很大 的影响。 冰：水结冰时体积约增大9.07%，密度减小8.31%。 未冻水：土壤冻结是随时间而变化的复杂热过程，土中孔隙水是逐渐冻结的。 实际上冻土中在任何负温下总有一部分水保持未冻状态与冻土共存，在一定范围内 土壤处于由融土经塑性过渡到坚硬冻土的中间状态，而不同土壤的过渡状态温度是 不同的，即冻土中的未冻水含量取决于冷却温度、压力及矿物颗粒或有机物的性质， 而冷却温度是影响未冻水含量的主要因素。负温值的微小变化都会引起冻土内未冻 水含量的变化。 2.2 冻结帷幕设计 冻结壁属弹性-粘滞体,在外荷载作用下呈弹性区和塑性区,并产生塑性变形,如 塑性区或塑性变形超过允许值,冻结壁和冻结管可能遭受破坏。因此，冻结壁厚度既 要满足强度条件又要满足变形条件要求，经过验算，冻结壁厚度设计为1.0m 时能满 足要求。 2.2.1 冻结孔深度的确定 根据该段的实际地质资料及冻结的效果，确定该段冻结深度为25m，以进入微风 化花岗片麻岩为准，