1 绪论

1.1 研究背景与意义

21世纪是大力建设地下工程的世纪，也是我国地下空间开发利用的高潮时期^［1，2］。目前，城市地铁隧道、越江跨海交通隧道、水利水电隧道、市政公用隧道等建设大量兴起，绝大部分隧道采用盾构法施工，穿过复杂地层和复杂环境的情况越来越多，盾构法修建地下隧道技术在我国已经得到了广泛应用和长足发展^［3-6］。盾构隧道建设期间，盾构进出洞施工为施工难点及风险点，为保证施工安全，须对区间盾构隧道端头土体进行加固，以提高土体强度、降低土层渗透性。盾构隧道端头常用加固方式有高压喷射注浆法、深层搅拌法、SMW工法、人工冻结法、注浆法、素混凝土灌注桩法和降水法，以及一些不太常用的工法如双重钢板桩法、开挖回填法等。土体加固可以单独采用一种工法或多种工法相结合的加固手段，加固方式选择的主要依据有：土质种类（黏性土、砂性土、砂砾土、腐植土等）；加固深度和范围；加固的主要目的（防水或强度提高）；土体渗透系数和贯入次数；工程的规模和工期等^［7，8］。加固方式可以分为以下两大类：①化学加固方式（高压喷射注浆法、深层搅拌法、注浆法、素混凝土灌注桩法等）；②物理加固方式（人工冻结法、降水法等）。当受地面环境限制无法进行搅拌桩和旋喷桩施工，或者是在化学加固后探孔时发现严重的漏水漏砂现象，或者是端头地层为富含水承压层（特别是含水砂层）时，为了提高端头土体强度和充分止水，保证盾构进出洞安全，可采用在“工作井内钻孔，水平冻结”的加固方案，通常采用杯型水平冻结工法进行盾构隧道端头土体加固^［9，10］。

随着人工冻结技术在地铁建设中应用范围扩大（如水平冻结盾构进出洞、联络通道水平冻结等）、应用环境条件和土层条件的复杂化，人工冻结技术还有很多有待深化解决的问题，例如：垂直冻结和水平冻结的选择；杯型水平冻结壁的温度场发展与分布规律；热水循环时冻土解冻规律；冻土帷幕结构计算方法；冻胀融沉对周围环境特别是对隧道管片影响的预测技术；对冻结、开挖、结构砌筑等一系列过程制定标准的监测和质量控制方法；制定适合各城市地铁冻结施工过程信息化监测方法、仪器以及测点布置原则；整套具有独立知识产权的联络通道、盾构进出洞的冻结设计、施工、预测、监测的方法等。

本书的研究旨在使人工冻结技术在地铁建设中发挥更好的作用，确保今后地铁建设时盾构进出洞冻结施工的安全性。本书有关盾构隧道端头杯型冻结壁在形成与解冻过程中的温度场发展规律和冻胀融沉规律，国内外很少有这方面的报道，国内尚无有关地铁建设时盾构进出洞冻结施工整套冻结设计、施工、预测、监测的方法和标准。本书的研究将进一步促进人工冻结技术在我国地铁建设中的广泛应用，具有产业化前景。

当前全国城市地铁建设如火如荼，大量盾构隧道端头和联络通道周边土体需要使用垂直冻结和水平冻结加固方式进行施工，本书的研究将为联络通道和盾构进出洞水平冻结设计和施工提供坚实的试验、数值和理论依据。