第25卷增刊 岩 土 力 学 Vol.25 Supp.2 2004年11月 Rock and Soil Mechanics Nov. 2004
文章编号：1000－7598－(2004)增－0449－04
人工土层冻结法加固在盾构出洞施工中的应用
秦爱芳，李永和
（上海大学 土木系，上海 200072）
摘 要：软土地区盾构出洞施工中洞口土体易失稳、渗水，上海明珠线二期工程浦东大道站至张扬路站区间，隧道在盾构出洞施工中，为确保地面建筑及地下管线的安全及正常使用，首次采用了人工土层冻结加固，取得了良好的效果；本文介绍了该工程出洞口土体加固的方案选择、关键技术处理及实际取得的效果，并探讨了人工土层冻结加固在含水松软土层的地下工程中的应用前景。
关 键 词：盾构出洞；隧道施工；人工土层冻结；土体加固 中图分类号：TU 443 文献标识码：A
Application of artificial soil freezing reinforcement
method to shield tunneling setting out
QIN Ai-fang, LI Yong-he
(Department of Civil Engineering, Shanghai University, Shanghai 200072, China)
Abstract: For shield tunneling in the soft-soil area, in view of the soil mass failure and creepage caused by shield tunneling setting out, during the construction of the tunnel between Pudong Wide Road station and Zhangyang Road station of the Shanghai Rail Transit Pearl Line Stage 2, in order to assure a safety and normal usage of the underground pipelines and ground buildings, artificial soil freezing reinforcement method was applied to the shield tunneling setting out for the first time; and it has achieved good effectiveness. This article describes the project in detail, for instance, the choice of reinforcement scheme, key technologies and the practical effectiveness of this method; and discusses the applied prospect of artificial soil freezing reinforcement method for underground engineering in aqueous soft-soil area.
Key words: shield tunneling; tunneling work; artificial soil freezing method; soil body reinforcement
1 前 言
盾构出洞是指盾构组装完成放置在符合设计轴线的机座上，待所有施工准备就绪，将盾构按设计高程及坡度推出预留工作井，贯入出洞口地层并向前推进，直至盾构机完全进入隧道的一系列作业。盾构出洞是盾构法建造隧道的关键工序，该工序施工直接影响管道轴线的质量、出洞口处环境保护的成效及工程施工的成败。
盾构推出预留工作井时，需拆除原工作井井壁封门（或临时墙）。当井壁封门拆除后，如封门后土体不能自立，这时井内洞圈的密封装置还不能阻挡洞外的土体，在复杂应力作用下，极易产生大量土体涌入工作井，造成洞口周围大面积地表下沉，危
及地下管线及附近建筑物；如在地下水位下出洞而不采取措施，井外泥水还将不断从洞圈与盾构或隧道之间的间隙涌入井内，导致工作井受淹。上海地铁一号线所有7台盾构均在盾构出洞的过程中不同程度的遇到了该类问题。因此，必须对盾构出洞口附近一定范围土体进行加固，使其强度提高，透水性减弱，并保证出洞期间洞口土体具有自身保持稳定的能力。
土体加固常用的方法有注浆加固、深层搅拌桩加固、旋喷桩加固、冻结加固，本文着重介绍的人工冻结土层加固是一种具有加固范围小、强度高、均匀性好，隔水性好、对周围环境影响小等优点的加固方法。该方法现已广泛应用于德国、法国、美国、加拿大等许多国家的地铁、隧道、基坑等地下
收稿日期：2004-04-30
作者简介：秦爱芳，女，1966年生，在读博士生，副教授，上海土木工程学会工程土力学、地基基础委员会委员。主要从事土力学、地基基础教授、
科研工作。
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岩 土 力 学 2004年
工程及环境保护中，积累了成功的经验并取得了巨
8. 615 m
+2.8
GL . +3. 3~+1. 8
3
⎧⎪γ1=18. 4 kN/m⎨
′=8. 4 kN/m3⎪⎩γ1
GL . +1. 8~+1. 53
⎧⎪γ1=17. 4 kN/m⎨
′=7. 4 kN/m3⎪⎩γ1
GL . +1. 5~−1. 53
⎧⎪γ1=18. 3 kN/m⎨
′=8. 3 kN/m3⎪⎩γ1
大的经济效益；人工冻结凿井在我国已得到了广泛应用，但在城市地下工程中正逐渐开始使用，首次在上海明珠线二期工程浦东大道站至张扬路站区间工土层冻结加固方法在含水松软土层的地下工程中将有广阔的应用前景。
隧道盾构出洞施工中应用，取得了理想的效果。人
GL . −1. 5~−10. 0
3
⎧⎪γ1=16. 6 kN/m⎨
′=6. 6 kN/m3⎪⎩γ1
GL . −10. 0~+12. 93
⎧⎪γ1=17. 5 kN/m⎨
′=7. 5 kN/m3⎪⎩γ1
6. 7 m
2 工程简介
上海明珠线二期工程浦东大道站至张扬路站区间隧道采用盾构法施工，盾构从浦东大道出洞。该地段土层分布及物理性质指标如表1；该地段地下水位埋深约0.5 m；地面标高＋3.3 m；盾构出洞口直径ϕ6.7 m；出洞口中心标高－8.665 m；；出洞口顶部埋深－5.315 m，底部埋深约－12.015 m，主要穿越上海第④层灰黄色淤泥质粘土、⑤1层灰色粘土层。在距出洞口水平距离仅6 m处有多幢多层住宅楼；在出洞口附近地面下1.5～2.5 m埋深处有 10 KV高压电缆及6”水管线路。盾构工作井采用 0.8 m厚钢筋混凝土地下连续墙（井壁）。为保证盾构顺利出洞，并将盾构出洞对地下管线特别是对居民住宅的影响控制在有限范围内，如何对出洞口部分土体进行加固是值得研究的主要问题。
表1 土的主要物理力学参数
Table 1 Physico-mechanical parameters of soils
土层号 ③1 ④
土层 名称
层面 平均 内聚力内磨
重度γ 比重孔隙比
擦角 标高 厚度 c
/ kN·m -3G s e
/ kPa φ/ (°) / m / m -2.14 -6.56 -12.17～-14.2
2.4 12
18.3 2.71
0.92 1.47 1.17
图1 土体滑移线
Fig.1 Slip line of soil mass
加固土体厚度计算如下： 上部覆土引起的下滑力矩：
M d 1=∑(γti H i )D =3 694 kN·m （1）
i =1滑移线内土体下滑力矩：
M d 2D =1 886.6 kN· m （2） 式中 γti 为第i 层上覆土土体重度(kN·m 3) ；H i 为
3
n
2
第i 层上覆土土体厚度(m)；为滑移线内土体平均重度(kN·m 3) ；D 为出洞口直径(m)。
土体加固前抵抗力矩：
2
M r =c π1D =871.16 kN·m （3）
土体加固后增加抵抗力矩：
∆M r =∆c θD =133 17θ （4）
2
抗滑移平衡方程：
灰色粘质1.822～粉土 质粘土
灰黄淤泥-4.13～
K (M d 1+M d 2)=M r +∆M r （5）
式中 c 为土体内聚力(kPa)；∆c 为土体加固引起的内聚力增加值(kPa)；滑移线与加固土体边界线交至O 点的连线与井壁的交角(° 。 )
7.6 15 17.6 16.6 2.752.9 20 18.7 17.5 2.74
⑤1 灰色粘土
由式（1）～（5）得：
3 加固方案
3.1 加固方案选择 3.1.1常规加固（注浆法）
设计条件：泥水平衡盾构，洞口直径D = 6.7 m，设注浆加固土体内聚力c = 300 kPa，安全系数K = 1.5。
由于盾构出洞主要穿越上海第④、⑤1土层，土层以粘性土为主，应主要考虑土体的滑移失稳破坏，设土体滑移线是以O 为圆心的园弧线，如图1：
θ=
K (M d 1+M d 2)−M r
∆cD
=0. 536°
由此求得加固土体厚度为：t = Dsin，θ= 3.62m。 3.1.2 冻结法加固
设冻土墙平均温度为－10℃，冻土抗压强度
σ压=3.0 MPa，抗拉强度σ拉=1.8 MPa，抗剪强度
τ剪=1.5 MPa。将冻结加固体按一圆板计算。
（1）作用在井壁封门上的最大水土压力 盾构出洞口直径为6.7 m，洞口顶部埋深为
增刊 秦爱芳等：人工土层冻结法加固在盾构出洞施工中的应用
451
8.615 m，底缘深度为15.315 m，考虑水土合算，封（2）冻结法加固土体强度高、均匀性好、尤其是隔水性好。地下水位下可避免出洞时的涌水。 （3）据国外经验冻结法加固，在地下水流速小于10 m/d的淤泥质土中有明显的优越性。
目前该盾构出洞施工已经结束，施工未造成如此近距离居民住宅的墙体开裂，这是普通加固方法无法实现的。
门上的水土压力P =K 0γZ , K 0取0.7～0.76（按经验取0.76）；
（2）假定加固体为整体板块，采用日本计算理论计算加固体厚度：
⎡K βPD 2⎤
h =⎢⎥ （6）
拉⎥⎢⎣⎦
计算结果见表2。
表2 加固土体厚度计算
Table 1 Calculation of thickness of reinforced soil
冻土平 抗拉强度 水土压力 洞口直径 系数 均温度 σ拉 / MPa -10℃ 1.8
P / MPa 0.2
D / m
4 冻结技术措施
（1）冻结管布置：为避免在工作井内进行打钻、冻结器安装。本工程采用垂直局部冻结。由于离槽壁0.48 m处有一根埋深1.5～2.0 m的6”水管，故从槽壁外侧0.6 m安装冻结管，冻结孔排距0.3～ ，分0.7 m，孔间距0.8 m，共39个（3个测温孔）三排采用梅花布置。（如图2、3），冻结孔布置宽度为10.4 m，冻结孔深度18.5 m，冻结范围为隧道底板向下3.2 m，顶板向上2.5 m，地面向下6.1 m不冻结。
（2）冻涨控制：根据上海施工经验，在浅土层进行冻结易产生较大的冻涨量，影响范围可能波及到非冻区1～1.5 m，本工程地面向下6.1 m未冻结，
安全 加固体厚度系数K
h / m
β
6.7 1.2 2.0 1.73
（3）应用静力计算理论进行验算
圆板中心所受的最大弯曲应力及圆板最大剪应力分别为：
σmax =
P (D /2)
(3+µ) 6 （7）
h
2
计算结果见表3。
τmax =PD （8）
冻土墙
测温孔3
800
冻结孔 槽壁
1900
计算结果见表4。
φ6 700
表3 最大弯曲应力的计算
Table 3 Calculation of maximum bending stress
冻土最大 水土 加固体 开挖内 最大弯曲
泊松比
应力 弯拉强度 压力 厚度 直径
μ
P / MPa h / m D / m σmax / MPa σ拉-10℃/ MPa0.2 1.73 0.35
隧
安全
系数 K 1.9
道
0.94 1.8
表4 最大剪应力计算
Table 4 Calculation of maximum shear stress
水土 压力 P / MPa
加固体 厚度 h / m
加固体开最大剪切
应力 挖内直径
D / m τmax / MPa
冻土最大
剪切强度 τ拉-10℃/ MPa
安全系数K
700 300 600
1900
Σmax
图2 冻结管平面布置图(单位: mm) Fig. 2 Layout of freezing pipes (unit: mm)
0.19 1.5
7.9
τmax
当冻结墙厚h =1.73 m，弯曲应力、剪应力均满足要求，结合以往冻结经验，实际取1.8 m。 3.2 方案选用
考虑以下几个方面，本工程选用了冻结法加固。 （1）居民住宅距出洞口仅6 m，采用普通加固法其本身加固厚度就要3.62 m，施工作业面将无法满足要求，并且很难保证建筑物墙体不受影响。
图3 冻结管现场布置情况
Fig. 3 In-situ layout of freezing pipes
452 岩 土 力 学 2004年
种地下工程中发挥其特有的作用及优势。 （2）冻结法加固在我国的采矿工程中得到了广泛的应用，积累了丰富的经验，但在隧道及基坑等地下工程施工中应用是一项新技术。冻结法加固将土层中的水结成冰形成一道冻土墙，均匀、完整、强度高、加固范围小、稳定性好，又是一道很好的止水帷幕，适用于含水量＞10 %，地下水流速小于10 m/d的 任何土层，尤其适合受地下水影响、土
体强度低，且具流变性的上海等软土地区，在这些地区的地下工程中应用有很大的发展潜力。
图4 井壁破壁盾构即将出洞
Fig. 4 The shield was setting out after well wall was breaken
（3）多年来，上海软土地区在盾构法隧道施工方面积累了丰富的理论和经验，但在进、出洞施工技术方面仍常面临各种困扰，该工程采用冻结法加固在盾构出洞施工中取得了成功，值得借鉴。
参 考 文 献
[1] Rojo J L, Novillo A, Alocen J R. Soil freezing for the
V alencia underground railway work[A]. Ground Freezing 91[C]. Rouerdam Balkema ,1991.
[2] Peter Jodan, Helmut Hab. Use of artificial ground freezing
in three sections of the Dusseldof subway[A]. In : Ground Freezing , Proc [C]. 7 ISGF, 1994.
[3] 路清泉, 李孝荣. 盾构工法的出洞技术浅谈[J]. 西部探
矿工程. 2003, 90(11): 96－99.
[4] 周晓敏, 苏立凡, 贺长俊. 北京地铁隧道水平冻结法施
工[J]. 岩土工程学报. 1999, 21(3): 319－322.
[5] 徐兵壮, 崔海涛. 地层冻结技术在地铁建设中的应
用[J]. 铁道建筑技术. 2001, (2): 6－9.
[6] 陈瑞杰, 程国栋, 李述训等. 人工地层冻结应用研究进
展与展望[J]. 岩土工程学报. 2000, 22(2): 40－44. [7] 程国栋. 冻土力学与工程的国际研究新进展[J]. 地球
科学进展. 2001, 16(3): 293－299.
[8] 陈湘生. 地层冻结工程技术和应用[A]. 中国地层冻结
40周年论文集[C]. 北京. 煤炭工业出版社. 1995.
且施工前对所有影响范围内的管线进行暴露，并采取了适当的保护措施，冻涨对环境影响得到完全控制。由于冻结区域是开放的，槽壁混凝土为C30，冻结力对槽壁的影响可忽略。本工程在冻土体边缘还设置了3个冻结卸眼压孔，保证了部分冻涨力的释放。
（3）融沉控制：为减小融沉量，特别是融沉对前方楼房的影响，盾构出洞前在冻结区域外围事先打好注浆孔，冻结管解冻时，根据监测，随时跟踪注浆。在拔出冻结管的同时，在孔内灌注黄砂，并密实冻结孔，在避免地面沉降的同时，避免由此而导致的盾构磕头。
另外，为减小冻涨和融沉量，设计时可选用标准制冷量较大的冷冻机组；施工时可掌握和调整盐水温度和流量，必要时采用间歇式冻结和融化。
5 结 语
（1）以伦敦-巴黎越海隧道为里程碑，专家预测：21世纪建筑工程已开始步入地下空间的世纪。各种
地下工程――地下电站、地下铁道、越江、越海隧道及地下市政工程正在兴建或计划建设之中。由于人工土层冻结法的支后护、隔水作用，以及几乎不受深度限制，将会受到越来越多的重视，并将在各
第25卷增刊 岩 土 力 学 Vol.25 Supp.2 2004年11月 Rock and Soil Mechanics Nov. 2004
文章编号：1000－7598－(2004)增－0449－04
人工土层冻结法加固在盾构出洞施工中的应用
秦爱芳，李永和
（上海大学 土木系，上海 200072）
摘 要：软土地区盾构出洞施工中洞口土体易失稳、渗水，上海明珠线二期工程浦东大道站至张扬路站区间，隧道在盾构出洞施工中，为确保地面建筑及地下管线的安全及正常使用，首次采用了人工土层冻结加固，取得了良好的效果；本文介绍了该工程出洞口土体加固的方案选择、关键技术处理及实际取得的效果，并探讨了人工土层冻结加固在含水松软土层的地下工程中的应用前景。
关 键 词：盾构出洞；隧道施工；人工土层冻结；土体加固 中图分类号：TU 443 文献标识码：A
Application of artificial soil freezing reinforcement
method to shield tunneling setting out
QIN Ai-fang, LI Yong-he
(Department of Civil Engineering, Shanghai University, Shanghai 200072, China)
Abstract: For shield tunneling in the soft-soil area, in view of the soil mass failure and creepage caused by shield tunneling setting out, during the construction of the tunnel between Pudong Wide Road station and Zhangyang Road station of the Shanghai Rail Transit Pearl Line Stage 2, in order to assure a safety and normal usage of the underground pipelines and ground buildings, artificial soil freezing reinforcement method was applied to the shield tunneling setting out for the first time; and it has achieved good effectiveness. This article describes the project in detail, for instance, the choice of reinforcement scheme, key technologies and the practical effectiveness of this method; and discusses the applied prospect of artificial soil freezing reinforcement method for underground engineering in aqueous soft-soil area.
Key words: shield tunneling; tunneling work; artificial soil freezing method; soil body reinforcement
1 前 言
盾构出洞是指盾构组装完成放置在符合设计轴线的机座上，待所有施工准备就绪，将盾构按设计高程及坡度推出预留工作井，贯入出洞口地层并向前推进，直至盾构机完全进入隧道的一系列作业。盾构出洞是盾构法建造隧道的关键工序，该工序施工直接影响管道轴线的质量、出洞口处环境保护的成效及工程施工的成败。
盾构推出预留工作井时，需拆除原工作井井壁封门（或临时墙）。当井壁封门拆除后，如封门后土体不能自立，这时井内洞圈的密封装置还不能阻挡洞外的土体，在复杂应力作用下，极易产生大量土体涌入工作井，造成洞口周围大面积地表下沉，危
及地下管线及附近建筑物；如在地下水位下出洞而不采取措施，井外泥水还将不断从洞圈与盾构或隧道之间的间隙涌入井内，导致工作井受淹。上海地铁一号线所有7台盾构均在盾构出洞的过程中不同程度的遇到了该类问题。因此，必须对盾构出洞口附近一定范围土体进行加固，使其强度提高，透水性减弱，并保证出洞期间洞口土体具有自身保持稳定的能力。
土体加固常用的方法有注浆加固、深层搅拌桩加固、旋喷桩加固、冻结加固，本文着重介绍的人工冻结土层加固是一种具有加固范围小、强度高、均匀性好，隔水性好、对周围环境影响小等优点的加固方法。该方法现已广泛应用于德国、法国、美国、加拿大等许多国家的地铁、隧道、基坑等地下
收稿日期：2004-04-30
作者简介：秦爱芳，女，1966年生，在读博士生，副教授，上海土木工程学会工程土力学、地基基础委员会委员。主要从事土力学、地基基础教授、
科研工作。
450
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工程及环境保护中，积累了成功的经验并取得了巨
8. 615 m
+2.8
GL . +3. 3~+1. 8
3
⎧⎪γ1=18. 4 kN/m⎨
′=8. 4 kN/m3⎪⎩γ1
GL . +1. 8~+1. 53
⎧⎪γ1=17. 4 kN/m⎨
′=7. 4 kN/m3⎪⎩γ1
GL . +1. 5~−1. 53
⎧⎪γ1=18. 3 kN/m⎨
′=8. 3 kN/m3⎪⎩γ1
大的经济效益；人工冻结凿井在我国已得到了广泛应用，但在城市地下工程中正逐渐开始使用，首次在上海明珠线二期工程浦东大道站至张扬路站区间工土层冻结加固方法在含水松软土层的地下工程中将有广阔的应用前景。
隧道盾构出洞施工中应用，取得了理想的效果。人
GL . −1. 5~−10. 0
3
⎧⎪γ1=16. 6 kN/m⎨
′=6. 6 kN/m3⎪⎩γ1
GL . −10. 0~+12. 93
⎧⎪γ1=17. 5 kN/m⎨
′=7. 5 kN/m3⎪⎩γ1
6. 7 m
2 工程简介
上海明珠线二期工程浦东大道站至张扬路站区间隧道采用盾构法施工，盾构从浦东大道出洞。该地段土层分布及物理性质指标如表1；该地段地下水位埋深约0.5 m；地面标高＋3.3 m；盾构出洞口直径ϕ6.7 m；出洞口中心标高－8.665 m；；出洞口顶部埋深－5.315 m，底部埋深约－12.015 m，主要穿越上海第④层灰黄色淤泥质粘土、⑤1层灰色粘土层。在距出洞口水平距离仅6 m处有多幢多层住宅楼；在出洞口附近地面下1.5～2.5 m埋深处有 10 KV高压电缆及6”水管线路。盾构工作井采用 0.8 m厚钢筋混凝土地下连续墙（井壁）。为保证盾构顺利出洞，并将盾构出洞对地下管线特别是对居民住宅的影响控制在有限范围内，如何对出洞口部分土体进行加固是值得研究的主要问题。
表1 土的主要物理力学参数
Table 1 Physico-mechanical parameters of soils
土层号 ③1 ④
土层 名称
层面 平均 内聚力内磨
重度γ 比重孔隙比
擦角 标高 厚度 c
/ kN·m -3G s e
/ kPa φ/ (°) / m / m -2.14 -6.56 -12.17～-14.2
2.4 12
18.3 2.71
0.92 1.47 1.17
图1 土体滑移线
Fig.1 Slip line of soil mass
加固土体厚度计算如下： 上部覆土引起的下滑力矩：
M d 1=∑(γti H i )D =3 694 kN·m （1）
i =1滑移线内土体下滑力矩：
M d 2D =1 886.6 kN· m （2） 式中 γti 为第i 层上覆土土体重度(kN·m 3) ；H i 为
3
n
2
第i 层上覆土土体厚度(m)；为滑移线内土体平均重度(kN·m 3) ；D 为出洞口直径(m)。
土体加固前抵抗力矩：
2
M r =c π1D =871.16 kN·m （3）
土体加固后增加抵抗力矩：
∆M r =∆c θD =133 17θ （4）
2
抗滑移平衡方程：
灰色粘质1.822～粉土 质粘土
灰黄淤泥-4.13～
K (M d 1+M d 2)=M r +∆M r （5）
式中 c 为土体内聚力(kPa)；∆c 为土体加固引起的内聚力增加值(kPa)；滑移线与加固土体边界线交至O 点的连线与井壁的交角(° 。 )
7.6 15 17.6 16.6 2.752.9 20 18.7 17.5 2.74
⑤1 灰色粘土
由式（1）～（5）得：
3 加固方案
3.1 加固方案选择 3.1.1常规加固（注浆法）
设计条件：泥水平衡盾构，洞口直径D = 6.7 m，设注浆加固土体内聚力c = 300 kPa，安全系数K = 1.5。
由于盾构出洞主要穿越上海第④、⑤1土层，土层以粘性土为主，应主要考虑土体的滑移失稳破坏，设土体滑移线是以O 为圆心的园弧线，如图1：
θ=
K (M d 1+M d 2)−M r
∆cD
=0. 536°
由此求得加固土体厚度为：t = Dsin，θ= 3.62m。 3.1.2 冻结法加固
设冻土墙平均温度为－10℃，冻土抗压强度
σ压=3.0 MPa，抗拉强度σ拉=1.8 MPa，抗剪强度
τ剪=1.5 MPa。将冻结加固体按一圆板计算。
（1）作用在井壁封门上的最大水土压力 盾构出洞口直径为6.7 m，洞口顶部埋深为
增刊 秦爱芳等：人工土层冻结法加固在盾构出洞施工中的应用
451
8.615 m，底缘深度为15.315 m，考虑水土合算，封（2）冻结法加固土体强度高、均匀性好、尤其是隔水性好。地下水位下可避免出洞时的涌水。 （3）据国外经验冻结法加固，在地下水流速小于10 m/d的淤泥质土中有明显的优越性。
目前该盾构出洞施工已经结束，施工未造成如此近距离居民住宅的墙体开裂，这是普通加固方法无法实现的。
门上的水土压力P =K 0γZ , K 0取0.7～0.76（按经验取0.76）；
（2）假定加固体为整体板块，采用日本计算理论计算加固体厚度：
⎡K βPD 2⎤
h =⎢⎥ （6）
拉⎥⎢⎣⎦
计算结果见表2。
表2 加固土体厚度计算
Table 1 Calculation of thickness of reinforced soil
冻土平 抗拉强度 水土压力 洞口直径 系数 均温度 σ拉 / MPa -10℃ 1.8
P / MPa 0.2
D / m
4 冻结技术措施
（1）冻结管布置：为避免在工作井内进行打钻、冻结器安装。本工程采用垂直局部冻结。由于离槽壁0.48 m处有一根埋深1.5～2.0 m的6”水管，故从槽壁外侧0.6 m安装冻结管，冻结孔排距0.3～ ，分0.7 m，孔间距0.8 m，共39个（3个测温孔）三排采用梅花布置。（如图2、3），冻结孔布置宽度为10.4 m，冻结孔深度18.5 m，冻结范围为隧道底板向下3.2 m，顶板向上2.5 m，地面向下6.1 m不冻结。
（2）冻涨控制：根据上海施工经验，在浅土层进行冻结易产生较大的冻涨量，影响范围可能波及到非冻区1～1.5 m，本工程地面向下6.1 m未冻结，
安全 加固体厚度系数K
h / m
β
6.7 1.2 2.0 1.73
（3）应用静力计算理论进行验算
圆板中心所受的最大弯曲应力及圆板最大剪应力分别为：
σmax =
P (D /2)
(3+µ) 6 （7）
h
2
计算结果见表3。
τmax =PD （8）
冻土墙
测温孔3
800
冻结孔 槽壁
1900
计算结果见表4。
φ6 700
表3 最大弯曲应力的计算
Table 3 Calculation of maximum bending stress
冻土最大 水土 加固体 开挖内 最大弯曲
泊松比
应力 弯拉强度 压力 厚度 直径
μ
P / MPa h / m D / m σmax / MPa σ拉-10℃/ MPa0.2 1.73 0.35
隧
安全
系数 K 1.9
道
0.94 1.8
表4 最大剪应力计算
Table 4 Calculation of maximum shear stress
水土 压力 P / MPa
加固体 厚度 h / m
加固体开最大剪切
应力 挖内直径
D / m τmax / MPa
冻土最大
剪切强度 τ拉-10℃/ MPa
安全系数K
700 300 600
1900
Σmax
图2 冻结管平面布置图(单位: mm) Fig. 2 Layout of freezing pipes (unit: mm)
0.19 1.5
7.9
τmax
当冻结墙厚h =1.73 m，弯曲应力、剪应力均满足要求，结合以往冻结经验，实际取1.8 m。 3.2 方案选用
考虑以下几个方面，本工程选用了冻结法加固。 （1）居民住宅距出洞口仅6 m，采用普通加固法其本身加固厚度就要3.62 m，施工作业面将无法满足要求，并且很难保证建筑物墙体不受影响。
图3 冻结管现场布置情况
Fig. 3 In-situ layout of freezing pipes
452 岩 土 力 学 2004年
种地下工程中发挥其特有的作用及优势。 （2）冻结法加固在我国的采矿工程中得到了广泛的应用，积累了丰富的经验，但在隧道及基坑等地下工程施工中应用是一项新技术。冻结法加固将土层中的水结成冰形成一道冻土墙，均匀、完整、强度高、加固范围小、稳定性好，又是一道很好的止水帷幕，适用于含水量＞10 %，地下水流速小于10 m/d的 任何土层，尤其适合受地下水影响、土
体强度低，且具流变性的上海等软土地区，在这些地区的地下工程中应用有很大的发展潜力。
图4 井壁破壁盾构即将出洞
Fig. 4 The shield was setting out after well wall was breaken
（3）多年来，上海软土地区在盾构法隧道施工方面积累了丰富的理论和经验，但在进、出洞施工技术方面仍常面临各种困扰，该工程采用冻结法加固在盾构出洞施工中取得了成功，值得借鉴。
参 考 文 献
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且施工前对所有影响范围内的管线进行暴露，并采取了适当的保护措施，冻涨对环境影响得到完全控制。由于冻结区域是开放的，槽壁混凝土为C30，冻结力对槽壁的影响可忽略。本工程在冻土体边缘还设置了3个冻结卸眼压孔，保证了部分冻涨力的释放。
（3）融沉控制：为减小融沉量，特别是融沉对前方楼房的影响，盾构出洞前在冻结区域外围事先打好注浆孔，冻结管解冻时，根据监测，随时跟踪注浆。在拔出冻结管的同时，在孔内灌注黄砂，并密实冻结孔，在避免地面沉降的同时，避免由此而导致的盾构磕头。
另外，为减小冻涨和融沉量，设计时可选用标准制冷量较大的冷冻机组；施工时可掌握和调整盐水温度和流量，必要时采用间歇式冻结和融化。
5 结 语
（1）以伦敦-巴黎越海隧道为里程碑，专家预测：21世纪建筑工程已开始步入地下空间的世纪。各种
地下工程――地下电站、地下铁道、越江、越海隧道及地下市政工程正在兴建或计划建设之中。由于人工土层冻结法的支后护、隔水作用，以及几乎不受深度限制，将会受到越来越多的重视，并将在各