中文摘要：

冻结法是深厚表土中立井井筒建设的最主要工法。2000年以来，随着表土层厚度普遍超过400m，多圈管冻结技术得到广泛应用。然而，在多圈管冻结形成的冻结壁承载力显著高于单圈管的条件下，仍发生了大量的冻结管断裂事故。本项目综合采用数值计算、模拟试验、工程实测方法，开展了多圈管条件下冻结壁内外部冻胀力及冻结管受力与变形规律的研究，获得了多圈管条件下的冻结管断裂机理。研究表明多圈管条件下，冻结壁形成过程中将产生各向冻胀变形，部分冻胀变形受阻诱发了显著的冻胀力。冻胀力的积聚显著地改变了冻结壁的内外部初始应力场，增大了冻结壁的水平外载。井筒开挖前，受土体冻胀及降温冷缩影响，冻结管内积累了较大的拉应力；井筒开挖过程中，冻结壁内外部冻胀力与冻胀变形能的释放，进一步加剧了冻结管的变形与受力。开挖卸载、土体冻胀及降温冷缩等因素的综合作用，导致拉应力超过了冻结管接头处的抗拉强度，是冻结管断裂的根本原因。冻结壁承载力不足，导致井筒开挖时冻结管产生了过大的变形，是冻结管断裂的直接也是最重要的原因；但冻结壁形成过程中内外部冻胀力的积聚及后期释放，同样是导致冻结管断裂的重要原因，在部分工程中甚至是关键原因。