随着交通基础设施建设快速发展，盾构隧道工程呈现出超长距离、超大直径、复杂地质条件的发展趋势。当前单台盾构机独立完成数十公里掘进任务，面临设备可靠性、工期控制、施工风险等多重挑战。盾构地中对接可将长隧道分割为多个短区间，成为解决上述难题的关键技术手段。该技术是指在隧道掘进过程中，两台盾构机通过相向掘进，在地下预定位置实现精准连接，或新建盾构隧道与已有地下结构/隧道进行连接的技术。目前，对接方式主要有三种：机械对接、土木对接和混合对接。机械对接是在盾构机端部采用特殊的设计，两台盾构机可直接进行插入对接，但对盾构施工精度要求较高，多用于中小直径盾构隧道。土木对接又可分为注浆法加固和冻结法加固，在对接段开挖前进行地层加固，从而保证地层的止水和自稳能力。混合对接则是结合上述两种方法，但目前尚无应用案例。
目前，利用注浆法加固实现盾构地中对接的工程实践与研究较多，其中狮子洋隧道是中国首次采用注浆加固实现盾构地中对接的工程。该工程选用4 台气压调节式泥水平衡盾构机进行“相向掘进、地中对接、洞内解体”施工，对接点选在围岩相对稳定的岩层，在对接过程中通过预设注浆孔进行岩层裂隙注浆，并将注浆管保留在岩层中，作为辅助超前支护。此外，青岛地铁8 号线工程同样在微风化岩层采用注浆加固止水技术，完成了对接贯通施工。
上述工程验证了注浆法在岩层进行地层加固止水的可靠性，而针对富水软土地层的含水量高、承载能力低等特点，传统注浆加固技术易出现浆液扩散不均、止水效果不佳等问题，难以形成连续、稳定、封闭的加固体。相比之下，冻结法通过人工制冷技术，使地层中的水转化为冰，形成了高强度冻结帷幕，具有封水性能可靠、承载能力强、对周边环境影响小等优势。该方法已成功应用在国外诸多富水软土地层的对接项目中。例如：日本东京湾隧道工程对接位置选在海底黏土层，通过在盾构结构内部预设冻结管，同时向地层中布置冻结管，以“联合冻结形式”形成了密封止水帷幕，有效保障了对接段的开挖与隧道贯通。
目前，国内学者针对冻结法盾构对接技术开展了一些研究。例如：胡向东等针对琼州海峡海底隧道盾构对接工程，通过数值分析，研究了单排管与双排管冻结方案，认为双排管能减小冻结壁应力强度，降低径向变形，大幅提高了安全系数。杨坤等 、任军昊等聚焦于冻结温度场优化，通过数值模拟，对比了直管、半圆环形及新型环形冻结方案的冻结效果与交圈时间，提出了基于圆心角8°的最优布管方案，论证了“环形冻结板+刀盘冻结”复合冻结方案在冻结壁厚度方面兼具经济性与安全性。石荣剑等通过模型试验，研究了交叉冻结管布置形式下冻土形成过程的温度场演变特征和冻胀规律。
综上可知，现有研究主要围绕冻结设计、冻结过程中热力学响应特征等方面，缺乏针对冻结施工关键环节的协同控制与工程实施效果等方面研究。特别是高水压、强渗透地层条件下，钻孔施工过程中易发生涌水涌砂；同时，超大断面盾构对接所需冻结孔数量繁多，且钻孔需穿透厚盾壳，施工精度与安全控制难度显著增加；而且冻结壁体量增大也将面临更为强烈的冻胀效应，上述诸多因素对盾体结构稳定均构成了不利影响。
基于此，本文以江阴-靖江盾构隧道江底地中对接工程为依托，围绕盾构对接冻结加固实施过程，对盾壳开孔、共孔注浆、分区冻结控制及实施效果进行了系统分析，研究成果可为类似高水压强渗透地层条件下盾构地中对接工程提供可借鉴的技术路径与工程经验。
1 工程概况
江阴-靖江长江隧道是连接江苏省江阴市与靖江市的跨江通道，隧道左线全长约6445 m，其中盾构段长4937.19 m，管片衬砌内径14.2 m、外径15.5 m，先行盾构自靖江侧始发，后行盾构自江阴侧始发，二者在江底进行精准对接。盾构对接掘进情况，如图1 所示。
对接处刀盘顶部至长江水面距离为54.4 m，覆土厚度约27 m。对接位置洞身所处地层主要为④4粉细砂、④₅中粗砂，渗透系数介于1.0×10-3~ 4.0×10-2 cm/s 之间，其下部为④5-1 粉质黏土，承受水压高达0.70 MPa。工程平面及盾构对接处地质剖面如图2 所示。对接地层的物理参数如表1 所示。
图1 盾构对接掘进示意图
图2 对接处地质剖面图
表1 对接处地层物理参数
为了确保盾构机拆解过程中的隧道安全，对接处地层加固采用人工冻结法与注浆法联合加固。
2 盾构对接冻结设计
2. 1 非对称式异步冻结方案设计
根据现场组织情况，先行盾构率先到达对接位置，在两台盾构机完成精准对接后，优先具备冻结孔钻孔施工及冻结作业条件。同时，在充分考虑对接误差的情况下，提高设计冗余，将先行盾构侧冻结管布设范围覆盖对接处，并延伸至后行盾构侧。
此外，待先行盾构侧冻结孔及冷冻系统安装调试完成后，可优先进行冻结作业，进行地层预降温，加快后续冻结壁的发展。此时，根据施工组织安排，后行盾构侧正在进行冻结孔钻孔，而已完成的冻结孔可作为临时测温孔，监测地层温度变化。待后行盾构侧具备冻结作业条件后，后行盾构侧开始冻结作业，进入积极冻结期。
上述异步冻结方案的优势在于：一方面，先行盾构侧冻结管布设范围覆盖对接处，并延伸至后行盾构侧，优先开启冻结可以显著降低地层温度，待后行盾构侧开机后，可快速实现冻结壁交圈，缩短冻结时间；另一方面，在该非对称式布置形式下，先行盾构侧优先形成有效冻结壁厚度，冻结过程中产生的冻胀作用可以向后行侧开敞系统进行一定程度的应力释放。经模型试验验证，异步冻结方案可以满足冻结壁厚度与温度发展设计要求。对比冻结过程中盾壳表面最大冻胀力时发现，异步冻结条件下最大冻胀力较同步冻结减小了45%，表明异步冻结方案在冻胀控制方面具有一定优势。
图3 冻结壁计算模型及应力云图
2. 2 冻结壁设计
根据功能类型将盾构对接段冻结壁划分为Ⅲ类。在受力分析过程中对接处按照一次性全部开挖进行计算，不考虑支护条件。计算利用地层结构法建模，采用均质线弹性本构模型，冻土物理力学特性参数取-13 ℃的平均温度下的特征值。结合结构对称属性，模型计算尺寸为原结构的1/4，计算模型如图3（a）所示。此外，在零误差对接条件下，切口环间距为1.65 m。设计过程中考虑两台盾构对接后的误差，同时提高安全冗余，切口环间距按2 m 计算，确保冻结壁受力满足要求。
利用ANSYS 对冻结壁受力与变形进行分析，当冻结壁设计厚度定为3.9 m，平均温度定为−13 ℃时，发现冻结壁弯拉应力σ1最大为0.33 MPa，压应力σ3 最大为−1.89 MPa，剪应力τmax 最大为0.53 MPa，具体分布如图3（b）~（d）所示。
在此基础上，对主应力σ1、σ3 及剪应力τmax 进行安全系数分析，安全系数如表2 所示。
表2 冻结壁强度安全系数
由表2 可知，冻结壁弯拉应力σ1、压应力σ3 与剪应力τmax的安全系数分别为：10.7、2.61、2.91，完全满足冻结设计规范最小阈值：3、2、2 的要求。据此，确定了冻结壁基本设计参数，即：冻结壁有效厚度≥3.9 m，平均温度≤−13 ℃，以及冻土与盾壳交界面平均温度 ≤−5 ℃。
2. 3 冻结孔布置方案
根据冻结壁承载力计算，确定冻结壁设计厚度为3.9 m 满足设计要求。据此提出三排冻结孔、非对称式布置方案，冻结孔布置情况如图4 所示。
先行盾构侧设置XB、XC 与XD 三排冻结孔，每排冻结孔在盾壳环向上等距布置56 根，共计168 根冻结孔。后行盾构侧设置HB、HC 与HD 三排冻结孔，布置原则与先行盾构侧相同，两侧共布置冻结孔336 根。
图4 冻结孔、测温孔布置纵断面图
其中，XB 终孔间距为1.413 m；XC 终孔间距为1.309 m；XD 为最内排冻结孔，终孔间距为1.164 m；HB 排终孔间距为1.106 m；HC 排终孔间距为1.06 m；HD 排终孔间距为1.007 m。在冻结孔钻孔施工结束后，对冻结孔进行测深、测斜。对于孔深<10 m 时，允许最大偏斜值为150 mm；对于10~ 20 m孔深，允许最大偏斜值为150~200 mm。同时，冻结孔最大孔间距不应大于1650 mm。冻结管采用Φ89 mm×10 mm 20#优质碳素结构钢。
2. 4 冻结监测设计
2. 4. 1 冻结壁温度测点布置
（1）冻结壁内测温孔布置
为了监测冻结壁发展范围，在先、后行盾构侧冻结壁边缘分别设置XA 与HA 排测温孔，环向等间距盾壳形成“三角区域”，该区域位于对接开挖截面上，为了判断该区域内冻结壁发展情况，在先行盾构刀盘周围布置了测温孔XE，环向等距离布置6 圈；在穿过后行盾构气泡仓布置HE 排测温孔，环向布置8 根。冻结壁内部测温孔布置横断面如图5 所示。
图5 测温孔布置横断面图
（2） 测温孔内测点布置
XA 排测温孔用于监测先行盾构侧冻结壁温度，测温孔深度为12.07 m，考虑到盾壳与冻土交界面为冻结薄弱处，故在交界面范围内进行测点加密布置。其中，在盾壳厚度范围内，布置1~3 号测点，1 号测点用于监测隧道内盾壳温度，3 号测点用于监测交界面温度。此外，径向每相距5 cm 分别布置测点4 号和5 号，用于加强交界面温度监测，而其余6~16 号测点均按照斜长100 cm 进行布置，17 号测点位于其孔底。相应地，HA 排测温孔用于监测后行盾构冻结壁温度，孔深为3.97 m，测点布置方式与先行盾构相同，每个测温孔内共布置9 个测点，如图6（a）所示。
HE 排测温孔用于监测冻结壁内侧温度发展，孔深为4.92 m，在此范围内共布置10 个测点。其中1、2 号点位于后行盾构机气泡仓内，5 号测点位于盾壳与冻土的交界面，其余测点布置方式同上，具体布置情况如图6（b）所示。
图6 测温孔测点布置示意图
2. 4. 2 隧道内位移测点布置
为了评估冻结过程中冻胀位移情况，在两台盾构盾体拱顶设置位移监测点，结合盾构地层受力特点以及地层冻胀属性，以冻结过程中盾体的拱顶沉降变化来反映冻结过程中的冻胀量。X1、X2 测点位于先行盾构机侧盾壳顶部，H1、H2 测点位于后行盾构机侧盾壳顶部，位移测点位置如图7 所示。
图7 盾体拱顶沉降监测点示意图
3 盾构对接冻结施工关键技术
3. 1 施工难点
相较于常规地铁隧道联络通道工程，本工程在施工条件和技术要求方面具有显著差异，主要存在以下施工重难点：
（1） 孔口管作为冻结孔的密封防护结构，承担隔离外界水土、保障钻孔及冻结施工安全的重要作用，其固定可靠性与密封性至关重要。然而，本工程冻结孔设计角度较小，孔口管与盾壳之间呈小锐角连接，精确定位与焊接密封作业难度大。
（2） 盾构机壳体为80 mm 厚钢板，小角度冻结孔最长盾壳取芯行程达到804 mm，施工难度极大。同时，在取芯初始阶段，钻头与盾壳接触面积小，易产生偏心，使得冻结孔成孔精度控制难度较大。
（3） 盾构对接位置处于高水压富水砂层中，隧道外部水土压力大，冻结孔数量较多、布置密集，施工过程中控制难度高，易发生渗漏水问题，严重时存在涌水涌砂等安全风险。
（4） 冻结作业前，两台盾构机内部除刀盘与气泡仓外，其余结构均已拆除，盾构机自重及整体结构刚度显著降低。冻结过程中，盾构机下部为冻敏性粉质黏土地层，易产生冻胀效应。若冻胀控制不当，可能引起盾构结构上抬量过大或局部失稳，进而影响隧道结构的整体安全与稳定。
基于上述工程施工难点，本文结合现场实际情况，围绕关键技术问题开展针对性研究，形成相应的施工控制与技术保障措施。
3. 2 孔口管施工技术
孔口管的精准定位直接影响冻结孔的成孔位置和钻孔精度。在定位过程中，需要结合空间坐标进行精确测量。同时，孔口管与盾壳的连接位置为圆弧面，孔口管斜切面的加工角度控制要求高，现场定位与安装难度较大。针对上述问题，采用后视墙与相贯线作图法相结合的方式进行孔口管精准定位。
孔口管定位原理如图8 所示。在隧道内距离最外边缘A 排测温孔6.5 m 处搭建后视墙，用于标记各冻结孔及测温孔的后视点投影。利用全站仪确定盾构中心方位轴线位置，并测定各冻结孔中心在盾壳环向上的具体位置。采用十字交叉法标记孔心位置，并在孔心处焊接定位点。
图8 孔口管定位原理示意图
根据各排冻结孔的设计倾角，在后视墙上进一步确定对应的后视点位置。将冻结孔中心在盾壳上的环向位置与后视点连线，作为冻结孔钻孔施工的定位基准线。同时，孔口管斜切面采用相贯线作图法，按设计角度提前加工成型。在孔口管安装过程中，同样采用十字交叉法确认其圆心位置，并以孔口中心与后视线的连线控制取芯钻进方向，确保钻孔轴线与设计角度一致。
孔口管焊接固定后，在孔口管法兰前端左右两侧各设置1 块厚度为10 mm 的加强肋板进行补强加固，如图9 所示。所有焊缝进行外观检查和磁粉探伤检测。
图9 孔口管焊接加固实施情况
随后在孔口管后方安装球阀，并通过旁通阀向孔口管内注水加压，开展水压密封试验。试验压力不低于1.0 MPa，稳压30 min 内压力下降不大于0.05 MPa，随后15 min 内压力保持稳定，判定为安装合格，表明孔口管满足密封要求。
3. 3 盾壳开孔技术
针对盾壳开孔施工难题，经多次现场试验与技术调研，选用MD120 钻机，配合Φ146 mm 孔口管、配套密封装置及Φ96 mm 金刚石取芯钻头，可在高水压环境下完成斜向钻进作业。盾壳取芯钻孔施工情况如图10 所示。
图 10 盾壳取芯钻孔施工
为解决取芯初始阶段钻头与盾壳接触面积小、易产生偏心的问题，在正式钻进前，先在孔口管内充填快干水泥，与钻头形成垂直的接触面，减少偏磨；同时在钻杆中部加装扶正装置，降低钻杆晃动幅度。
开孔时，首先利用钻机驱动Φ96 mm 金刚石取芯钻头切割80 mm 盾壳；在孔口管和密封装置保压条件下进行钻孔取芯，取芯管选用长度为2.5 m 的钢管，其尾部必须保证在密封盒之外，防止取芯管接头在密封盒或孔口管内断裂。同时，在取芯过程中，利用钻机配套高压水泵向钻杆内加水进行钻头冷却，并根据钻机运行参数适当开孔口管旁通阀释放泥沙，防止抱钻发生，避免密封盒漏砂。如出现孔口管脱落，可以快速在钻杆上缠绕涂抹聚氨酯的布条，利用钻杆带动布条锥入钻杆与取芯后的环形空间，起到初步止水或减弱水砂流出的作用，然后快速加固孔口管，进而采取其他措施防止发生漏水漏砂事故。取芯完成后，将钻头后退至密封盒和DN125 球阀之间，关闭DN125 球阀，拆除取芯钻头。盾壳取芯样本如图11 所示。
图11 盾壳取芯芯样
3. 4 共管注浆技术
针对冻结过程中冻胀控制难题，施工中采取注浆方式对冻结影响范围内地层进行预加固与改良。通过向地层中注入浆液，填充土体孔隙并切断原有渗流通道，从而削弱冻结过程中水分向冻结锋面迁移的条件，有效减轻冻胀效应的发展。
考虑到盾构机壳体结构厚、开孔条件受限，新设注浆孔施工难度大且风险较高，工程中充分利用已完成钻孔的冻结管作为注浆通道，进行地层注浆作业，能够有效地减少高风险下的钻孔数量。具体做法为：在冻结管复测深度及角度满足设计要求后，依次进行地层注浆和清管施工。
注浆材料采用现场拌制的超细水泥单液浆，水灰比按1∶1 控制，搅拌时间不少于3 min，以保证浆液具备良好的渗透性，同时形成强度和耐久性较高的结石体。施工前，将注浆管路与冻结管进行连接。开启注浆泵。当泄压阀稳定出浆后，开启进浆阀门并关闭卸压阀，开始正式注浆。
注浆过程中实时监测注浆压力变化，并同步记录漏浆、串浆、压力异常等情况。冻结管端头注浆压力应按照盾构机盾壳所处位置及承载能力通过计算及试验后确定，避免注浆造成盾壳失稳。本项目通过盾壳加固后的稳定性计算以及现场试验后，采取的注浆压力控制值为1.8~2.0 MPa，达到设计压力值后停止注浆。注浆完成后，将注浆泵切换连接高压水管，高压水管深入冻结孔底部，对孔内残余泥浆进行冲洗，直至出水清澈，冲洗时间不少于5 min。
3. 5 分区冻结施工技术
3. 5. 1 冻结系统分区设计
由于盾构机下部为冻敏性粉质黏土层，考虑其冻胀效应显著，对配液管设置了上下分区，分别进行冷量输入控制，如图12 所示。
图12 先行盾构侧冻结系统设置示意图
根据非对称式冻结管布置形式，先行盾构侧为主冻结区，设置2 套独立的冻结系统，对应的盐水干管与配液圈设置为2 组，可以运行两种不同温度的冷媒，同时配合冷冻机组盐水流量调控，进而控制上下部冻结壁的发展。后行盾构侧设置1 套冻结系统（3#），负责全部冻结孔的供冷作业，对应的盐水干管与配液圈设置为1 组。冷冻站设置在距离盾尾管片100 m 位置处，冻结管与冷冻站之间依靠盐水干管与配液圈进行输送。同一排每4 根冻结管串联为一组，在对应配液圈上设置一个阀门，用于控制该组冻结管盐水流量。
3. 5. 2 异步冻结实施
在异步冻结方案设计的基础上，结合现场施工组织条件，冻结施工按“先行盾构侧先冻、后行盾构侧后冻”的原则组织实施。先行盾构侧在完成冻结孔钻孔、冻结管安装以及冷冻系统调试后，优先启动冻结作业，对对接区域地层进行预降温处理。
在先行盾构侧冻结运行期间，后行盾构侧同步开展剩余冻结孔钻孔施工及冷冻系统安装与调试工作。后行盾构侧已完成的冻结孔兼作临时测温孔，实时监测地层温度变化。
当先行盾构侧预降温运行24 天，后行盾构侧满足冻结作业条件后，随即启动冻结系统。首先将盐水温度降至约− 5 ℃，并同步观测各冻结管回水温度变化情况。待各冻结回路回水温度均出现明显下降后，逐步提高冷冻机组运行负荷，冻结作业由启动阶段转入积极冻结期。运行过程中，后行盾构侧冷冻站正常运转约7 天后，盐水温度降至−18 ℃以下；在对接段开挖作业期间，盐水温度进一步控制在−29 ℃以下，以满足冻结加固要求。
积极冻结期间，重点检查各冻结管是否有断裂漏液的情况发生，如果发现盐水漏失，立即关闭该组冻结管阀门，根据盐水漏失情况及时补充盐水，并采取补救措施。与此同时，对去、回路干管盐水温度、冻结器回路盐水温度、盐水箱液位变化、冷却水温度、测温孔温度、泄压孔压力等进行日常巡检，观察冻结器头部结霜是否有异常融化。
4 施工实施效果分析
4. 1 钻孔效果
该工程共计钻孔363 个，其中先行盾构侧钻孔176 个，后行盾构侧钻孔187 个，在钻进过程中均未发生渗漏情况，成孔率100%。根据现场冻结孔成孔测斜情况，所有冻结孔成孔位置均符合冻结要求。
经现场实施效果验证，加固后的孔口管以及配套密封装置可以有效地保障斜角度厚盾壳取芯及高水压地层打孔作业的施工安全。同时，孔口管的精准定位以及钻杆与孔口管的同心度控制极为重要，该过程决定了钻孔施工中的安全，并且直接影响着最终的成孔角度。
4. 2 异步冻结降温方式
三套冻结系统盐水降温曲线及去回路温差情况如图13 所示。
图13 各冻结系统去回路盐水温度情况
图13 中，XQ-1、XQ-2 分别代表先行盾构侧1#、2#冻结系统盐水干管去路盐水温度，对应的XH-1、XH-2 分别代表先行盾构侧1#、2#冻结系统盐水干管回路盐水温度；HQ-3、HH-3 分别表示后行盾构侧冻结系统盐水干管去、回路盐水温度。根据测温数据显示，盾构上半区地层初始温度为20 ~ 26 ℃，下半区地层初始温度为18 ~ 21 ℃。1#冻结系统去路干管盐水温度7 天降低至− 13.3 ℃ ，15 天降低至−18.5 ℃；2#冻结系统盐水干管去路盐水温度7 天降低至−18.8 ℃，15 天降低至−23.2℃。在此过程中，两套冻结系统去回路盐水温差均在2 ℃以内，温差大小接近，说明两套制冷系统均运行正常且稳定，盐水流量与压力均满足制冷要求。
自先行盾构侧冻结24 天后，后行盾构侧冷冻系统开机运行，两侧开始共同进行冻结作业，进入积极冻结期。在两侧共同冻结7 天后，三套冷冻系统盐水温度均降低至−29 ℃以下，并维持该盐水温度至开挖阶段。冻结过程中，盐水去回路温差稳定维持在1 ℃左右，满足冻结施工要求。
4. 3 冻结壁内部温度变化规律
4. 3. 1 先行盾构侧冻结壁温度
分别选取盾构上半区XA1 测温孔与下半区XA5 测温孔温度监测数据进行分析，如图14 所示。在积极冻结期间，整体上地层降温趋势相同。在冻结初期，冻结管内盐水温度与地层温度之间温差大，发生强烈的热交换作用，地层温度快速下降。随着冻结时间的增加，靠近冻结管附近土层陆续发生相变作用，释放潜热，使得土体温度下降逐渐平缓。随着冷量的持续供应，冻结壁内部温度梯度逐渐趋于平衡，冻结锋面更多的向外侧发展。
图14 先行盾构侧冻结壁温度变化曲线
在先行盾构侧开启冻结9 天后，对XA5 测温孔进行了冲孔施工，因此对测温结果产生了一定的干扰影响。同时，受隧道内施工作业的影响，环境温度逐步上升，使得盾壳与地层交界面附近测点（XA1-1~XA1-5）出现不同程度的波动。在此过程中，XA1-1~ XA1-5 各测点呈现出相同的变化规律，且越靠近隧道内测点温度越高。
对于地层内其他测点，受XA 排测温孔、XB 排冻结孔布置角度的影响，随着测温孔深度增加，二者间距逐渐增大。因此，在积极冻结过程中，越靠近盾壳的测点温度下降速率越大。值得注意的是，XA1-6 测点在10 天以后受到隧道内环境温度升高的影响，降温速率有所减缓，相较于XA1-5 测点温度变化时间节点表现出一定的滞后性。表明隧道内环境温度的变化会持续影响到XA1-6 测点所在截面，该点与盾壳外表面之间垂直距离约为54 cm。
图15 后行盾构侧冻结壁温度变化曲线
在冻结前中期，盾构下半区盾壳与土层交界面温度下降速率明显大于盾构上半区，这是由于冷凝水汇集于盾壳下半区后逐渐结冰，此时盾壳作为良好的导热介质，使得上述测点温度快速下降。其中，HA4-1~HA4-5 出现温度陡增是由于现场施工作业使得该冻结孔附近的盾壳保温措施失效。该现象说明冻结过程中盾壳保温措施极为重要，尤其是在开挖阶段，可有效降低隧道空气热扰动。
4. 3. 3 冻结壁内部温度监测
选取盾构下半区HE5 测温孔的温度监测数据进行分析，如图16 所示。HE5 测温孔在先行盾构侧开始冻结时同步开始进行温度数据采集。在预冻结过程中，冻结壁内侧HE 排相较于外侧HA 排距离XD 排冻结管间距更小，故降温幅度更大。其中最靠近XD 排冻结管的HE5-10 测点降温速率最大。随着后行盾构侧开始冻结，冻结壁内部温度快速下降，温度变化规律与其他位置测温孔降温规律基本一致。并且，受XD 与HD 两排冻结管共同作用，使得距离盾壳径向距离越远的测点下降速率越显著。
图16 冻结壁内部HE 排温度变化曲线
图17 盾体拱顶沉降变化曲线
4. 4 盾体拱顶位移变化过程
绘制冻结期间（开挖前）盾构拱顶沉降变化曲线，如图17 所示。
从图17 可以看出，在先行盾构侧预降温阶段，先行盾构与后行盾构拱顶沉降位移变化较小。后行盾构侧开启冻结作业后，地层快速降温，冻结壁不断发展并逐步完成交圈。随着冻结时间的增加，冻胀作用不断增强，各测点变化曲线整体上均呈现上升趋势，即表现为盾构机整体抬升，且抬升量随着冻结天数的增加不断增大。在开挖前，先行盾构X2 拱顶抬升最大值为10.14 mm，后行盾构侧拱顶抬升最大值为9.31 mm，平均抬升量为9.73 mm。上述盾体抬升量对于隧道结构的整体影响较小，远小于结构设计允许的最大抬升限值100 mm。与联络通道冻结施工中常见的地表冻胀量（15~40 mm）相比，本工程冻胀效应得到了有效抑制。研究结果表明：通过注浆降低地层的渗透性，可大幅削弱水分迁移导致的冻胀，在此基础上，结合异步冻结施工方法，有助于释放对接区冻胀效应，避免了冻胀的集中，从而实现冻胀变形的有效控制。
4. 5 整体冻结效果评价及验证
4. 5. 1 整体冻结效果评价
在先行盾构侧冻结78 天后，结合冻结壁外侧XA 排测温孔，以及内侧HE 排测温孔温度全断面温度监测数据，对冻结壁厚度及平均温度进行评价。
选取盾构对接中心作为分析截面。根据测温孔测点布置，以XA-15、HE-9 测点温度近似作为截面上特征温度，进而计算冻结壁厚度及平均温度，相应的测点位置的温度如图18 所示。
图18 对接截面温度发展情况
由于XA-15 测点均已降低至冰点以下，最高测点温度为-7.5 ℃ ，而测点距离盾壳垂直距离约为4.48 m，因此证明对接处冻结壁厚度已达到3.9 m 设计要求。根据XA 与HE 各测点温度进一步推算，盾构对接截面冻结壁有效厚度为4.62 m，平均温度为−14.47 ℃。
4. 5. 2 冻结效果的现场验证
冻结壁满足设计要求后，依次打开气泡仓、泥水
仓连通的阀门，排出刀盘之间的少量存留水；待无水流出后，满足打设探孔施工条件。
将气泡仓内砂浆进行清理后，在气泡仓上方的前壁板上切割20 cm×20 cm 的探孔，检查泥浆仓与刀盘处的作业环境。发现探孔中无水流出，表明刀盘和泥浆仓内被砂浆填筑密实，等待一段时间后，仍无水流出。最后，根据探孔现场验证情况，可以判断冻结效果满足开挖条件。
5 结论与展望
本文以江阴-靖江长江隧道超大直径盾构对接工程为背景，针对高水压、强渗透性地层条件下对接段冻结法加固的设计与施工关键技术展开了系统研究，形成了高水压、强渗透地层中“盾壳钻孔密封—群孔冻结与注浆联合加固—异步与分区调控—全过程监测”的技术体系，实现了超大直径盾构地中对接段冻结加固与安全开挖，为富水软土地层地中对接提供了可复制的技术参考。获得以下主要结论：
（1） 在高水压、强渗透地层采用人工冻结法与注浆法联合加固方式，可形成连续、稳定、密封的冻结帷幕，能有效承载地层压力并实现止水效果。其中，注浆法在一定程度上切断了地层水力联系，大幅降低地层的渗透系数。
（2） 依托孔口管、钻孔装备与密封工艺，通过精细化施工控制，在高水压、强渗透地层，实现了斜向小角度穿越80 mm 厚盾壳的钻孔施工，形成了“ 定位—密封—取芯—钻孔—注浆”一体化工艺体系，确保了钻孔施工的安全性与成孔质量。
（3） 通过先、后行盾构侧布置三排发散性冻结孔，结合异步冻结方案，在积极冻结54 天后，盾构对接位置断面上形成了有效厚度为4.62 m、平均温度为−14.47 ℃的冻结壁，满足了冻结设计要求。
（4） 积极冻结期间，盾体拱顶最大冻胀位移为10.14 mm，远低于冻结施工的设计允许控制值100 mm，表明通过异步冻结及注浆改良等综合控制措施，有效控制了地层冻胀变形。