地鐵車站下水平凍結(jié)過程中凍脹的熱

一、研究背景

在城市地鐵車站的設(shè)計和建設(shè)中，地下結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性至

關(guān)重要。地鐵車站下水平凍結(jié)過程是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，涉及到地下水、

土壤和結(jié)構(gòu)物之間的熱傳遞問題。凍脹現(xiàn)象是地下結(jié)構(gòu)在低溫環(huán)境下

產(chǎn)生的一種熱力膨脹現(xiàn)象，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞和安全隱患。研究地

鐵車站下水平凍結(jié)過程中的凍脹熱問題具有重要的實際意義。

隨著全球氣候變化加劇，城市地鐵系統(tǒng)面臨著越來越大的挑戰(zhàn)。

在寒冷地區(qū)，地下結(jié)構(gòu)的溫度往往低于環(huán)境溫度，導(dǎo)致地下水和土壤

中的熱量向結(jié)構(gòu)物傳遞，從而引發(fā)凍脹現(xiàn)象。凍脹熱不僅會影響地鐵

車站的結(jié)構(gòu)安全，還會對周邊環(huán)境造成不利影響，如地基沉降、地面

裂縫等。研究地鐵車站下水平凍結(jié)過程中的凍脹熱問題，對于提高地

下結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工質(zhì)量具有重要指導(dǎo)意義。

凍脹熱問題還與地鐵車站的運營管理密切相關(guān)，在冬季低溫天氣

條件下，地鐵車站的排水系統(tǒng)可能會受到凍脹熱的影響，導(dǎo)致排水不

暢，進而影響車站的正常運行。研究地鐵車站下水平凍結(jié)過程中的凍

脹熱問題，有助于提高地鐵車站的運營安全性和可靠性。

地鐵車站下水平凍結(jié)過程中的凍脹熱問題是一個復(fù)雜且具有挑

戰(zhàn)性的課題。研究這一問題，不僅有助于提高地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工

質(zhì)量，還可以為地鐵車站的運營管理提供有力支持。深入研究地鐵車

站下水平凍結(jié)過程中的凍脹熱問題具有重要的理論和實踐價值。

地鐵車站下水平凍結(jié)過程的特點和意義

隨著城市化進程的加快，地鐵作為一種高效、便捷的城市交通方

式，已經(jīng)成為現(xiàn)代城市的重要組成部分。地鐵車站在冬季需要進行水

平凍結(jié)作業(yè)，以保證車站結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。在這個過程中，由

于溫度降低和水的結(jié)晶作用，地下水會逐漸結(jié)冰并膨脹，導(dǎo)致地基土

體的凍脹現(xiàn)象。這種凍脹現(xiàn)象對地鐵車站的結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生潛在威脅，

因此研究地鐵車站下水平凍結(jié)過程的凍脹問題具有重要的實際意義。

地鐵車站下水平凍結(jié)過程中的凍脹問題直接影響到車站結(jié)構(gòu)的

穩(wěn)定性。凍脹現(xiàn)象會導(dǎo)致地基土體體積增大，從而使車站結(jié)構(gòu)的承載

能力受到挑戰(zhàn)。如果不及時采取有效的防凍措施，可能會導(dǎo)致車站結(jié)

構(gòu)變形、開裂甚至倒塌，給乘客和工作人員帶來嚴重的安全隱患。

凍脹問題還會影響地鐵車站的使用壽命，隨著凍脹次數(shù)的增加，

地基土體的承載能力將逐漸減弱，導(dǎo)致車站結(jié)構(gòu)的疲勞程度增加，從

而加速車站的老化過程。凍脹現(xiàn)象還會對車站的防水、排水等設(shè)施造

成破壞，影響其正常運行。

研究地鐵車站下水平凍結(jié)過程中的凍脹問題有助于提高防凍技

術(shù)水平。通過對凍脹現(xiàn)象的研究，可以制定更為科學(xué)合理的防凍措施，

如合理控制凍結(jié)深度、采用保溫材料等，從而降低凍脹對車站結(jié)構(gòu)的

影響。這也有助于提高地鐵車站的整體設(shè)計水平，使其更加適應(yīng)各種

氣候條件和環(huán)境要求。

地鐵車站下水平凍結(jié)過程中的凍脹問題具有重要的特點和意義。

為了確保地鐵車站的安全穩(wěn)定運行，有必要深入研究這一問題，并采

取有效的防凍措施。

凍脹對地鐵車站結(jié)構(gòu)的影響及危害

地基土層變形：凍脹會使地基土層產(chǎn)生較大的體積變化，從而導(dǎo)

致地基土層的變形。這種變形可能導(dǎo)致地鐵車站結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，甚至

引發(fā)塌陷事故。

地基土層強度降低：凍脹過程中，地基土層中的水分被凍結(jié)成冰

晶，使土體的抗壓強度降低。當土體受到外力作用時，其承載能力會

大幅下降，從而影響地鐵車站結(jié)構(gòu)的安全性。

地基土層裂縫形成：凍脹過程會使地基土層產(chǎn)生較大的體積變化,

從而誘發(fā)地基土層的裂縫。這些裂縫可能沿著地基土層的延伸方向擴

展，進一步加劇地基土層的變形和破壞，對地鐵車站結(jié)構(gòu)造成嚴重威

脅。

地下水位上升：凍脹過程中，地下水位可能會上升。地下水位上

升會導(dǎo)致地基土層承受更大的水壓力，從而加劇凍脹現(xiàn)象，對地鐵車

站結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

凍脹破裂風險增加：由于凍脹過程會導(dǎo)致地基土層產(chǎn)生較大的體

積變化，因此地鐵車站結(jié)構(gòu)在凍脹作用下的風險增加。一旦發(fā)生凍脹

破裂事故，將對地鐵車站結(jié)構(gòu)造成嚴重損害，甚至可能導(dǎo)致整個地鐵

系統(tǒng)的癱瘓。

為了應(yīng)對凍脹現(xiàn)象對地鐵車站結(jié)構(gòu)的影響和危害，需要采取有效

的預(yù)防措施。應(yīng)加強對地鐵車站施工現(xiàn)場的監(jiān)測和管理，確保施工質(zhì)

量符合規(guī)定要求。應(yīng)合理設(shè)計地基土層的排水系統(tǒng)，以減緩地下水位

上升速度。還應(yīng)采用適當?shù)母魺岽胧?，降低地基土層的凍脹敏感性?/p>

只有充分認識到凍脹現(xiàn)象對地鐵車站結(jié)構(gòu)的影響和危害，并采取有效

的預(yù)防措施，才能確保地鐵車站的安全穩(wěn)定運行V

二、相關(guān)理論知識介紹

凍結(jié)過程：當水在低于冰點時，會逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)冰。這個過程

稱為凍結(jié)，凍結(jié)過程中，水分子間的相互作用力增強，導(dǎo)致體積減小。

凍結(jié)速率與溫度有關(guān)，通常在0C以下時凍結(jié)速度最快。

凍脹：凍結(jié)過程中，水分子排列更加緊密，導(dǎo)致體積減小。這種

現(xiàn)象稱為凍脹，凍脹會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的變形和破壞，特別是在地下水位較

高的情況下。

熱傳導(dǎo)：熱傳導(dǎo)是指熱量通過物質(zhì)內(nèi)部傳遞的過程。在地鐵車站

下水平凍結(jié)過程中，由于凍結(jié)和凍脹引起的溫度變化會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部

的熱傳導(dǎo)。了解熱傳導(dǎo)原理有助于分析凍結(jié)過程中的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。

熱力學(xué)第二定律：熱力學(xué)第二定律描述了熱量與其他形式能之間

的轉(zhuǎn)換關(guān)系。在地鐵車站下水平凍結(jié)過程中，凍結(jié)和凍脹過程產(chǎn)生的

熱量會影響結(jié)構(gòu)的性能和穩(wěn)定性。理解熱力學(xué)第二定律有助于預(yù)測和

評估凍結(jié)過程對結(jié)構(gòu)的影響。

材料科學(xué)：地鐵車站的結(jié)構(gòu)通常由多種材料組成，如混凝土、鋼

筋等。這些材料的性能受到溫度變化的影響，了解材料科學(xué)原理有助

于選擇合適的材料以應(yīng)對凍結(jié)過程中的挑戰(zhàn)。

流體力學(xué)：流體力學(xué)研究流體（如水）的運動規(guī)律。在地鐵車站下

水平凍結(jié)過程中，流體力學(xué)原理可以幫助分析凍結(jié)過程中的水流動態(tài)

以及凍脹對結(jié)構(gòu)的影響。

結(jié)構(gòu)動力學(xué)：結(jié)構(gòu)動力學(xué)研究結(jié)構(gòu)在外部荷載作用下的響應(yīng)。在

地鐵車站下水平凍結(jié)過程中，結(jié)構(gòu)動力學(xué)原理可以幫助預(yù)測結(jié)構(gòu)的變

形和破壞，并采取相應(yīng)的措施以提高結(jié)構(gòu)的抗凍脹能力。

凍脹及其機理

在地鐵車站下水平凍結(jié)過程中，凍脹是一個重要的熱效應(yīng)問題。

凍脹是指水在低溫條件下，由于體積膨脹而產(chǎn)生的壓力增加現(xiàn)象。這

種現(xiàn)象會導(dǎo)致地面和地下結(jié)構(gòu)受到破壞，從而影響地鐵的正常運行。

在地鐵車站下水平凍結(jié)過程中，由于地下水位較高，地下水中的

熱量會迅速傳遞給土壤和地基，使土壤和地基的溫度逐漸降低。當土

壤和地基溫度降至0C以下時，水分子的熱運動會減緩，直至完全停

止振動并排列成冰晶結(jié)構(gòu)。土壤和地基中的孔隙會被封閉，形成一個

密實的結(jié)構(gòu)。由于土壤和地基中的孔隙仍然存在，因此凍脹現(xiàn)象仍然

會發(fā)生。

凍脹的大小與地下水位、土壤和地基的熱導(dǎo)率、土壤和地基的孔

隙率以及凍結(jié)時間等因素有關(guān)。地下水位越高、土壤和地基的熱導(dǎo)率

越低、孔隙率越大、凍結(jié)時間越長，凍脹現(xiàn)象就越嚴重。

為了防止凍脹對地鐵車站下水平結(jié)構(gòu)造成破壞，需要采取一系列

措施。應(yīng)合理設(shè)計地鐵車站的排水系統(tǒng)，以降低地下水位；其次，應(yīng)

選擇具有較低熱導(dǎo)率的土壤和地基材料，以減少熱量傳遞；此外，還

可以通過加熱或覆蓋保護層等方法來延緩凍脹現(xiàn)象的發(fā)生。通過這些

措施的綜合應(yīng)用，可以有效地減輕凍脹對地鐵車站下水平結(jié)構(gòu)的影響。

熱傳導(dǎo)理論

凍脹現(xiàn)象主要受到以下幾個因素的影響：水體的溫度分布；水體

的體積變化；水體的熱傳導(dǎo)性能；水體的對■流和輻射特性。為了有效

控制凍脹現(xiàn)象，需要對這些因素進行綜合分析和合理設(shè)計?？梢酝ㄟ^

合理的結(jié)構(gòu)布局、保溫措施以及采用先進的傳熱技術(shù)等手段來減小凍

脹現(xiàn)象對地鐵車站結(jié)構(gòu)的影響。

熱力學(xué)基本概念

溫度：溫度是物體內(nèi)部分子運動的平均能量，通常用攝氏度(C)

或開爾文(K)表示。溫度的單位與攝氏度之間的換算關(guān)系為：IK1C

+Jmolo

熱量：熱量是指物體內(nèi)部分子由于其內(nèi)部能的變化而傳遞的內(nèi)能。

熱量可以通過物體的質(zhì)量、比熱容和溫度之間的關(guān)系來計算，即Qm

cT,其中Q表示熱量，m表示物體的質(zhì)量，c表示物體的比熱容，T表

示物體溫度的變化。

功：功是指力在物體上所做的工作，通常用焦耳⑴表示。功可

以通過力的大小、作用時間和物體的位移之間的關(guān)系來計算，即■F

td,其中W表示功，F(xiàn)表示力的大小，t表示作用時間，d表示物體

的位移。

燧：燧是一個物理量，用于描述系統(tǒng)的無序程度。端的單位是焦

耳開爾文(JK)。一個系統(tǒng)的炳越大，其無序程度越高，能量越分散。

熱力學(xué)第一定律：也稱為能量守恒定律，它表明在一個封閉系統(tǒng)

中，能量既不能被創(chuàng)造也不能被毀滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種

形式。熱力學(xué)第一定律可以用來分析地鐵車站下水平凍結(jié)過程中凍脹

的熱現(xiàn)象。

熱力學(xué)第二定律：它表明在一個封閉系統(tǒng)中，焙總是趨向于增加,

而不會減少。這意味著自然界的宏觀過程總是向著無序的方向發(fā)展，

熱力學(xué)第二定律可以用來解釋為什么在地鐵車站下水平凍結(jié)過程中

會出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象。

熱力學(xué)第三定律：它表明絕對零度是無法達到的，因為任何物體

都具有一定的內(nèi)能。這意味著在實際操作中，我們無法將地鐵車站完

全冷卻到絕對零度。

通過對這些熱力學(xué)基本概念的理解和應(yīng)用，我們可以更好地分析

地鐵車站下水平凍結(jié)過程中凍脹的熱現(xiàn)象及其影響因素。

三、地鐵車站下水平凍結(jié)過程中的凍脹現(xiàn)象分析

在地鐵車站下水平凍結(jié)過程中，由于地下水和地表水的凍結(jié)，導(dǎo)

致土壤中的空氣被排出，形成空隙。這些空隙中的空氣在低溫下會逐

漸向土壤內(nèi)部收縮，從而產(chǎn)生凍脹現(xiàn)象。凍脹現(xiàn)象會導(dǎo)致土壤體積減

小，土壤密度增大，土壤的抗壓強度降低，甚至可能引發(fā)土壤破裂等

安全問題。

土壤類型：不同類型的土壤對凍脹的敏感程度不同。疏松的砂質(zhì)

土和粉質(zhì)土對凍脹的敏感性較高，而粘土和壤土則相對較低。

土壤含水量：土壤含水量越高，凍脹現(xiàn)象越嚴重。這是因為含水

量高的土壤中空氣含量較多，容易受到低溫的影響。

凍結(jié)速度：凍結(jié)速度越快，凍脹現(xiàn)象越明顯。當土壤表面溫度迅

速降至0C以下時，土壤中的水分迅速結(jié)冰，導(dǎo)致空氣排出，從幣產(chǎn)

生凍脹現(xiàn)象。

地下水位：地下水位較高的地區(qū)，由于地下水與地表水共同凍結(jié),

凍脹現(xiàn)象更為嚴重。地下水位較高的地區(qū)土壤中的空氣含量也較高，

更容易受到凍脹的影響。

采用防凍脹措施：在地鐵車站周圍的土壤中加入防凍脹劑，如氯

化鈣、硝酸鏤等，以降低土壤的冰點和減少土壤中的空氣含量。

控制地下水位：通過合理調(diào)整地下水位，降低地下水與地表水共

同凍結(jié)的可能性，從而減輕凍脹現(xiàn)象的影響。

加強監(jiān)測與預(yù)警：建立完善的凍脹監(jiān)測體系，定期對地鐵車站周

圍的土壤進行檢測和評估，及時發(fā)現(xiàn)凍脹現(xiàn)象的風險，并采取相應(yīng)的

防范措施。

凍脹發(fā)生的條件和特點

溫度：凍脹現(xiàn)象通常發(fā)生在低溫環(huán)境中。當氣溫降低到0C以下

時，土壤或地層的水分開始結(jié)冰，形成冰晶。隨著溫度繼續(xù)降低，冰

晶會逐漸擴大體積，導(dǎo)致土壤或地層膨脹。

濕度：濕度較高的土壤或地層更容易發(fā)生凍脹現(xiàn)象。這是因為高

濕度意味著土壤或地層中的水分含量較高，更容易被冰晶所替代。

土質(zhì)：不同土質(zhì)對凍脹現(xiàn)象的敏感程度不同。疏松、排水良好的

土壤或地層更不容易發(fā)生凍脹現(xiàn)象，而緊實、排水不良的土壤或地層

則更容易發(fā)生凍脹。

漸進性：凍脹現(xiàn)象通常是漸進性的，即隨著時間的推移，土壤或

地層的體積會逐漸增大。這是因為冰晶不斷擴大體積，導(dǎo)致土壤或地

層受到擠壓。

不可逆性：一旦發(fā)生凍脹現(xiàn)象，土壤或地層的體積將無法恢復(fù)到

凍結(jié)前的狀態(tài)。這是因為冰晶在凍結(jié)過程中已經(jīng)占據(jù)了原有的空間，

無法再次填充回去。

對建筑物的影響：凍脹現(xiàn)象可能會對地鐵車站等建筑物的結(jié)構(gòu)造

成影響°當土壤或地層發(fā)生凍脹時，其體積增大會導(dǎo)致建筑物的基礎(chǔ)

承受更大的壓力，從而影響建筑物的安全性能。

凍脹引起的體積變化及其對結(jié)構(gòu)的影響

土壤類型：不同類型的土壤對凍脹的敏感程度不同。疏松的土壤

更容易受到凍脹的影響，因為它們在凍結(jié)時孔隙中的空氣被排出，形

成了密實的結(jié)構(gòu)。緊實的土壤則相對抵抗凍脹現(xiàn)象。

地下水位：地下水位較高的地區(qū)容易出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象，因為水體在

凍結(jié)時會占據(jù)更多的空間，從而導(dǎo)致土壤和地基的體積增大。地下水

位較高的地區(qū)還容易出現(xiàn)地下凍脹現(xiàn)象，即地下水在凍結(jié)時也會受到

影響，從而導(dǎo)致地下結(jié)構(gòu)的變化。

氣溫波動：氣溫波動是凍脹現(xiàn)象的一個重要因素。當氣溫快速下

降時，凍脹現(xiàn)象會更加嚴重。在設(shè)計地鐵車站時，需要考慮氣溫波動

對凍脹的影響，以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

結(jié)構(gòu)設(shè)計：地鐵車站的結(jié)構(gòu)設(shè)計也會影響凍脹現(xiàn)象。合理的結(jié)構(gòu)

設(shè)計可以減小凍脹對車站結(jié)構(gòu)的影響，采用抗凍脹材料、合理設(shè)置排

水系統(tǒng)等措施都可以降低凍脹現(xiàn)象的發(fā)生。

凍脹現(xiàn)象在地鐵車站下水平凍結(jié)過程中是一個重要的問題，為了

確保地鐵車站的安全運行和使用壽命，需要充分了解凍脹現(xiàn)象的原因

和影響因素，并采取相應(yīng)的措施加以應(yīng)對。

凍脹系數(shù)的計算方法和應(yīng)用實例

VI是凍結(jié)后的體積，V0是凍結(jié)前的體積，L是管道或設(shè)備的長

度，T是溫度變化（單位：K）o

地鐵車站的排水系統(tǒng)通常采用水平布置的方式，因此在冬季氣溫

較低時，水管內(nèi)的水會結(jié)冰。當水管內(nèi)的水結(jié)冰后，由于冰的密度小

于水，冰會浮在水面上，導(dǎo)致水管內(nèi)的水流動受阻，甚至可能破裂。

為了解決這一問題，需要對水管進行防凍處理，即在水管內(nèi)加入一定

量的防凍劑。

防凍劑的主要作用是在低溫環(huán)境下降低水的結(jié)冰點，從而減緩或

防止水管內(nèi)的水結(jié)冰。防凍劑的使用也會導(dǎo)致管道內(nèi)的壓力升高，進

而影響管道的安全性能。在設(shè)計和施工過程中，需要考慮防凍劑對管

道內(nèi)壓力的影響，并根據(jù)實際情況選擇合適的防凍劑種類和用量。

通過計算凍脹系數(shù)，可以了解不同溫度和壓力條件下的水管材料

的熱膨脹性能，從而為防凍劑的選擇和使用提供依據(jù)。在設(shè)計水管時,

可以根據(jù)凍脹系數(shù)選擇具有較小熱膨脹系數(shù)的材料，以減小因凍結(jié)而

導(dǎo)致的水管變形和破裂風險。在施工過程中，可以通過監(jiān)測水管的變

形情況，及時調(diào)整防凍劑的用量和位置，確保水管的安全運行。

四、地鐵車站下水平凍結(jié)過程中的防凍脹措施

在地鐵車站下水平凍結(jié)過程中，由于地下水位較低，土壤中的水

分容易被凍結(jié)，導(dǎo)致土壤內(nèi)部產(chǎn)生大量的冰晶。這些冰晶在凍結(jié)過程

中會不斷擴大體積，從而對周圍的結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生擠壓作用，引發(fā)凍脹現(xiàn)

象。為了防止凍脹現(xiàn)象對地鐵車站造成損害，需要采取一系列防凍脹

措施。

合理設(shè)計地基基礎(chǔ)，在地鐵車站的設(shè)計階段，應(yīng)充分考慮地下水

位的變化情況，合理確定地基基礎(chǔ)的標高和埋深。應(yīng)采用抗凍脹材料

作為地基基礎(chǔ)的填充物，如防凍脹砂漿、防凍脹混凝土等，以提高地

基基礎(chǔ)的抗凍脹能力。

加強排水設(shè)施建設(shè)，在地鐵車站周圍設(shè)置排水設(shè)施，確保地下水

位能夠及時排出。加強對排水設(shè)施的維護和管理，防止因排水不暢導(dǎo)

致的凍脹現(xiàn)象。

采用保溫措施，在地鐵車站的結(jié)構(gòu)物外圍設(shè)置保溫層，如聚苯乙

烯泡沫板、玻璃棉等，以減少熱量的散失，降低凍結(jié)點溫度，從而減

小凍脹現(xiàn)象的發(fā)生。

進行定期巡查和檢測，在地鐵車站凍結(jié)期間，應(yīng)定期對地基基礎(chǔ)、

結(jié)構(gòu)物以及排水設(shè)施進行巡查和檢測，發(fā)現(xiàn)凍脹現(xiàn)象及時采取措施予

以處理。還應(yīng)對地下水位變化情況進行監(jiān)測，以便及時調(diào)整防凍脹措

施。

地鐵車站下水平凍結(jié)過程中的凍脹問題是一個復(fù)雜的工程問題，

需要從多個方面進行綜合防治。通過合理設(shè)計地基基礎(chǔ)、加強排水設(shè)

施建設(shè)、采用保溫措施以及進行定期巡查和檢測等措施，可以有效降

低凍脹現(xiàn)象的發(fā)生概率和危害程度，保障地鐵車站的安全運行。

傳統(tǒng)防凍脹措施的優(yōu)缺點分析

熱傳導(dǎo)法：在地鐵車站下水平凍結(jié)過程中，采用熱傳導(dǎo)法可以有

效地防止凍脹現(xiàn)象的發(fā)生。這種方法通過加熱地下水或蒸汽，使其與

土壤或地基接觸，從而提高溫度，減少凍結(jié)膨脹。熱傳導(dǎo)法存在一定

的局限性，如加熱能源消耗較大，且需要對管道進行維護和管理，增

加了運行成本。

熱輻射法：熱輻射法是通過利用太陽光或其他光源產(chǎn)生的熱量來

提高地下土壤或地基的溫度，從而達到防凍脹的目的。這種方法具有

節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點，但其效果受到天氣條件的影響較大，如陰雨天、

雪天等不利于熱輻射傳播的天氣條件下，防凍脹效果會降低。

熱空氣法：熱空氣法是通過加熱空氣來提高地下土壤或地基的溫

度，從而達到防凍脹的目的。這種方法操作簡便，但其加熱空氣的能

量利用率較低，且容易產(chǎn)生局部過熱現(xiàn)象，導(dǎo)致凍脹加劇。

化學(xué)防凍脹法：化學(xué)防凍脹法是利用化學(xué)物質(zhì)在地下土壤或地基

中形成一層保護膜，隔絕水分和空氣，從而達到防凍脹的目的。這種

方法具有較好的防凍脹效果，且無需額外的能源投入。化學(xué)防凍脹法

存在一定的安全隱患，如化學(xué)物質(zhì)泄漏可能導(dǎo)致環(huán)境污染和人體健康

問題。

生物防凍脹法：生物防凍脹法是通過利用微生物在地下土壤或地

基中生長繁殖，形成一種特殊的生物結(jié)構(gòu)層，從而達到防凍脹的目的。

這種方法具有較好的環(huán)保性和生物相容性，但其防凍脹效果受到微生

物種類和數(shù)量的影響較大，且需要較長時間才能發(fā)揮作用。

針對凍脹問題的新型防凍脹技術(shù)介紹

保溫材料的應(yīng)用：采用高性能保溫材料對地鐵車站的結(jié)構(gòu)進行包

裹，可以有效降低導(dǎo)熱系數(shù)，減少熱量的傳遞，從而減緩凍結(jié)過程。

保溫材料還可以起到隔震、降噪的作用。

防凍脹涂料：研發(fā)具有防凍脹功能的涂料，通過改變涂層的微觀

結(jié)構(gòu)和表面能特性，降低涂層與基材之間的熱傳導(dǎo)率，達到降低凍結(jié)

過程中的熱膨脹的目的。

防凍脹鋼筋：在地鐵車站的混凝土結(jié)構(gòu)中加入防凍脹鋼筋，通過

鋼筋與混凝土間的摩擦力和粘結(jié)力抵抗凍脹作用，保護結(jié)構(gòu)不受凍害。

智能監(jiān)測系統(tǒng)：利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立地鐵車站的實時監(jiān)測系統(tǒng)，

通過對溫度、濕度等參數(shù)的實時監(jiān)測和分析，及時發(fā)現(xiàn)凍脹現(xiàn)象，采

取相應(yīng)的措施防止凍脹擴大。

預(yù)應(yīng)力加固：通過對地鐵車站的結(jié)構(gòu)進行預(yù)應(yīng)力加固，可以提高

結(jié)構(gòu)的抗壓、抗彎和抗凍脹能力，降低凍結(jié)過程中的結(jié)構(gòu)變形和破壞

風險。

融雪除冰技術(shù)：采用融雪除冰設(shè)備對地鐵車站進行融雪除冰作業(yè),

減少積雪和結(jié)冰對車站結(jié)構(gòu)的影響，降低凍脹風險。

地卜水處埋：通過地卜水處埋設(shè)備對地鐵車站周圍的地卜水進行

處理，降低地下水位，減少地下水對車站結(jié)構(gòu)的凍脹作用。

新型防凍脹技術(shù)的不斷發(fā)展為解決地鐵車站在寒冷地區(qū)的凍脹

問題提供了有效的手段。由于凍脹現(xiàn)象受到多種因素的影響，如環(huán)境

溫度、土壤條件、結(jié)構(gòu)類型等，因此在實際工程中需要根據(jù)具體情況

選擇合適的防凍脹技術(shù)并加以組合應(yīng)用。

實際工程應(yīng)用案例分析

在實際工程應(yīng)用中，地鐵車站下水平凍結(jié)過程中的凍脹問題是一

個非常關(guān)鍵的問題。為了解決這一問題，工程師們采用了多種方法和

技術(shù)。以某城市的地鐵建設(shè)為例，該城市地鐵車站位于地下水位較高

的地區(qū)，因此在冬季施工時需要考慮凍結(jié)對地基的影響。

在施工過程中，工程師們首先對地下土壤進行了詳細的勘察和分

析，了解了土壤的凍結(jié)敏感性和凍脹特性c根據(jù)勘察結(jié)果，工程師們

制定了相應(yīng)的防凍措施，包括采用保溫材料對地基進行包裹，以減緩

凍結(jié)速度；設(shè)置排水設(shè)施，防止地下水因凍結(jié)而結(jié)冰膨脹，對地基造

成破壞；以及采用熱泵技術(shù)，通過循環(huán)加熱地下水，降低地下水溫，

從而減緩凍結(jié)過程。

在實際施工過程中，工程師們還密切關(guān)注地基的變形情況，通過

監(jiān)測設(shè)備實時監(jiān)測地基的溫度、壓力等參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)并處理可能存

在的問題。工程師們還在地基周圍設(shè)置了多個觀測點，以便更好地掌

握地基的變形情況。

經(jīng)過一段時間的施工，該地鐵車站成功建成并投入使用。在實際

運行過程中，地基沒有出現(xiàn)明顯的凍脹現(xiàn)象，說明所采用的防凍措施

取得了良好的效果。這一案例表明，在地鐵車站下水平凍結(jié)過程中,

通過合理的設(shè)計和采取有效的防凍措施，可以有效解決凍脹問題，保

證工程的安全穩(wěn)定運行。

五、結(jié)論與展望

隨著凍結(jié)時間的推移，地鐵車站底部土壤中的凍結(jié)水逐漸增多，

導(dǎo)致土壤內(nèi)部產(chǎn)生較大的壓力。當壓力超過土壤的抗壓強度時，土壤

會發(fā)生破裂和變形，從而影響地鐵車站的穩(wěn)定。

凍脹效應(yīng)會導(dǎo)致地鐵車站底部土壤的體積收縮，進而改變車站的

結(jié)構(gòu)布局。在凍結(jié)過程中，由于土體的收縮作用，車站底部結(jié)構(gòu)可能

出現(xiàn)裂縫和變形，這對地鐵運營安全構(gòu)成潛在威脅。

為了減輕凍脹效應(yīng)對地鐵車站的影響，可以采取以下措施：合理

安排施工進度，避免在嚴寒天氣條件下進行大規(guī)模施工；采用保溫措

施，如覆蓋保溫材料，減少土壤與外界空氣的熱交換；加強監(jiān)測和預(yù)

警系統(tǒng)，實時掌握地鐵車站的溫度變化情況，及時采取應(yīng)對措施。

隨著城市交通的發(fā)展和地下空間利用率的提高，地鐵車站建設(shè)將

面臨更多的挑戰(zhàn)。在凍結(jié)工程領(lǐng)域，凍脹效應(yīng)的研究和防治將更加重

要。通過深入研究凍脹機理，優(yōu)化設(shè)計參數(shù)，制定有效的防治措施，

有望降低凍脹對地鐵車站結(jié)構(gòu)的影響，保障地鐵運營安全和乘客舒適

度。隨著新材料、新技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，未來的凍脹研究將更加深入

和全面，為地鐵車站建設(shè)和運營提供有力支持。

對本文所述內(nèi)容進行總結(jié)和歸納

本文通過分析地鐵車站下水平凍結(jié)過程中的凍脹現(xiàn)象，探討了凍

脹與溫度、水壓、結(jié)構(gòu)等因素之間的關(guān)系。文章介紹了地鐵車站在冬

季面臨的凍結(jié)問題，以及凍