隨著地鐵建設(shè)項目的不斷增多，越來越多的地鐵將不可避免的建設(shè)在復(fù)雜的水文地質(zhì)環(huán)境和建/構(gòu)筑物環(huán)境中。其中，巖溶地層在中國分布廣、面積大，是地鐵施工過程中常見的工程水文地質(zhì)災(zāi)害；此外，地鐵盾構(gòu)在穿越富水砂卵石地層時易發(fā)生地層失穩(wěn)破壞、突涌水等地質(zhì)災(zāi)害，凍結(jié)施工是局部施工安全的重要方法，但存在凍結(jié)壁增長難以預(yù)測、凍結(jié)效果不易評估等難題。

　　中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所地下工程組針對巖溶水下地鐵盾構(gòu)安全掘進(jìn)、盾構(gòu)穿越富水砂卵石地層凍結(jié)壁增長機(jī)制等施工難題開展了系統(tǒng)研究，形成了下列創(chuàng)新成果：

　　（1）巖溶水下盾構(gòu)掘進(jìn)安全控制技術(shù)。提出了采用地質(zhì)雷達(dá)、電密度法等進(jìn)行地下水、溶洞、裂隙分布的探測方法，并沿隧道中線間隔鉆孔探測。提出了地面注漿預(yù)處理、井下無害和初凝時間短的惰性漿液少量多次注漿、盾尾二次環(huán)箍注漿、利用盾構(gòu)Samson氣壓掘進(jìn)系統(tǒng)等巖溶裂隙水控制技術(shù)。

圖1 多重注漿止水控制技術(shù)

　　(2)考慮冷量損耗的富水砂卵石地層凍結(jié)壁增長機(jī)制。基于砂卵石地層盾構(gòu)接收井垂直液氮凍結(jié)工程，研究了LN₂凍結(jié)過程中的熱傳導(dǎo)方程，揭示了考慮冷量損耗的砂卵石地層凍結(jié)壁增長機(jī)制，建立三維計算模型研究了凍結(jié)壁增長規(guī)律和凍結(jié)優(yōu)化方法，并與監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行了對比分析。

圖2 考慮冷量損耗的凍結(jié)管 LN₂熱傳導(dǎo)模型  　　 

圖3 砂卵石地層液氮垂直凍結(jié)施工凍結(jié)壁增長機(jī)制

　　本成果將應(yīng)用于地鐵盾構(gòu)穿越溶洞地層安全控制和富水砂卵石地層凍結(jié)施工，保障富水復(fù)雜地層盾構(gòu)掘進(jìn)安全，避免突涌水災(zāi)害事故。

　　相關(guān)論文鏈接：

　　論文1：https://doi.org/10.3389/feart.2021.795457

　　論文2：https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2020.116334