隧道水平冻结施工引起地表冻胀的历时预测模型

蔡海兵 ，彭立敏郑腾龙

（1.中南大学 土木工程学院，长沙 410075；2.安徽理工大学 土木建筑学院，安徽 淮南 232001）

1 引 言

地铁隧道采用人工冻结法辅助施工时，在冻结壁形成过程中，随着地层温度的下降，土体温度达到冰点，伴随土中孔隙水和迁移水的结晶体、透镜体、冰夹层等形成的冰侵入土体，引起土体体积膨胀，进而在地表产生冻胀现象[1]。地铁隧道冻结施工期的冻胀现象将对工程周围环境产生不良影响。因此，在隧道冻结工程设计阶段，应根据具体工程性质，采用合理方法对可能引起的地表冻胀变形进行预估，以便于实际施工过程中采取适宜的冻结实施方案及相应的冻胀预防措施。

波兰学者Litwiniszyn[2]基于砂箱模型试验，为研究地下采矿过程中岩层与地表移动等问题而提出了随机介质理论。该理论经过我国学者[3－5]多年的发展和完善，目前已成为我国城市地铁隧道工程中地表变形预测的实用方法之一。如将地层冻结引起的地表冻胀变形看成是一随机过程，该过程可以认为是岩土体开挖引起地表变形的逆过程，则隧道冻结施工引起的地表冻胀变形问题亦可以采用随机介质理论进行预测分析。现有相关方面的研究主要为：阳军生等[3]采用随机介质理论，推导了隧道地层冻结引起的地面冻胀变形的计算公式；陶德敬等[6]应用随机介质理论，对北京地铁“复—八”线“大北窑——热电厂”区间隧道冻结时的地表冻胀变形进行了计算分析；周太全等[7]针对南京地铁某区间隧道冻结法施工工程，采用随机介质理论对该工程的冻胀效应进行预测，具体分析了水平冻胀引起的地面隆起、曲率变形规律；……