地鐵隧道凍結法施工凍結壁溫度場及地表凍脹位移數(shù)值試驗研究.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和城市人口的增長，建筑物不斷的向高層和地下發(fā)展，開發(fā)地下空間已成為人類擴大生存空間的重要手段和發(fā)展趨勢，而修建地鐵將是開發(fā)地下空間最有力的手段之一。 人工凍結法由于具有適應各種復雜的工程地質和水文地質條件，可彌補盾構施工的缺陷。無煙、無塵，環(huán)境污染小，適宜在城市中施工，不影響城市經(jīng)濟的正常運行等優(yōu)點，在地鐵施工中廣泛應用。但是由于人們不能準確把握凍結壁的溫度場及人工凍結所引起的地表凍脹位移量，使得在凍結法施工中

2、出現(xiàn)各種事故，如道路出現(xiàn)裂縫、沉陷、結構斷裂、基礎上拔等。 針對以上問題應用大型數(shù)值計算軟件ANSYS，通過對不同土體溫度設定不同焓值的方法建立了可以考慮人工凍結過程中的冰水相變現(xiàn)象的數(shù)值試驗模型，通過大量的數(shù)值試驗，量化研究了各種土質下鹽水溫度、凍結管直徑、凍結管間距、土層含水量等參數(shù)對凍結壁溫度場的影響規(guī)律，此外，還通過引入負的熱膨脹系數(shù)的方法來考慮人工凍結過程中的地表凍脹問題，采用多種數(shù)值試驗方案，著重研究了隧道埋深、凍結

3、壁厚度、隧道開挖半徑、土體凍脹率等參數(shù)對地鐵水平凍結法施工地表凍脹位移的影響規(guī)律，得出以下結論： 1．凍結壁的厚度均隨著凍結時間的增長基本呈線性增長；在同一時刻凍結壁厚度隨著凍結管直徑的增大，凍結管間距的減小，鹽水溫度的降低，含水量的減小而越來越大：隨著凍結時間的增長各個因素下不同水平的凍結壁厚度的差值越來越大。 2．在工程施工中凍結管的直徑最好不小于10cm，凍結管間距不大于0．8m，對于粘土，鹽水溫度不高于-22℃，

4、粉質粘土和亞砂土鹽水溫度均不高于-26℃。 3．凍結速率均隨著凍結時間的增長，先減小再趨于平緩，而后又有增大的趨勢。 4．各因素的變化對凍結壁的影響由大到小依次為：鹽水溫度、凍結管間距、凍結管直徑。 5．地表垂直位移量和水平位移量隨隧道埋深的增加而減小。 6．地表垂直位移量和水平位移量隨人工凍結壁厚度的增加而增長。 7．地表垂直位移量和水平位移量隨地鐵隧道開挖半徑的增加而增長。 8．地表垂