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隨著地鐵建設項目的不斷增多，越來越多的地鐵將不可避免的建設在復雜的水文地質環境和建/構筑物環境中。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災害；此外，地鐵盾構在穿越富水砂卵石地層時易發生地層失穩破壞、突涌水等地質災害，凍結施工是局部施工安全的重要方法，但存在凍結壁增長難以預測、凍結效果不易評估等難題。
中國科學院武漢巖土力學研究所地下工程組針對巖溶水下地鐵盾構安全掘進、盾構穿越富水砂卵石地層凍結壁增長機制等施工難題開展了系統研究，形成了下列創新成果：
（1）巖溶水下盾構掘進安全控制技術。提出了采用地質雷達、電密度法等進行地下水、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、盾尾二次環箍注漿、利用盾構Samson氣壓掘進系統等巖溶裂隙水控制技術。
圖1 多重注漿止水控制技術
(2)考慮冷量損耗的富水砂卵石地層凍結壁增長機制。基于砂卵石地層盾構接收井垂直液氮凍結工程，研究了LN2凍結過程中的熱傳導方程，揭示了考慮冷量損耗的砂卵石地層凍結壁增長機制，建立三維計算模型研究了凍結壁增長規律和凍結優化方法，并與監測結果進行了對比分析。
圖2 考慮冷量損耗的凍結管 LN2熱傳導模型 
圖3 砂卵石地層液氮垂直凍結施工凍結壁增長機制
本成果將應用于地鐵盾構穿越溶洞地層安全控制和富水砂卵石地層凍結施工，保障富水復雜地層盾構掘進安全，避免突涌水災害事故。
相關論文鏈接：
論文1：https://doi.org/10.3389/feart.2021.795457
論文2：https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2020.116334