【摘 要】
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冻结法作为地铁建设的施工方法之一,因具有能够有效隔绝地下水并加固土体的特点,广泛的应用于盾构地铁隧道联络通道建设中。以往的冻结设计经验主要来源于矿井,基本上都是采用垂直冻结或者水平冻结的方式。而盾构地铁隧道中的联络通道在冻结法施工时,由于受到隧道空间的影响,冻结管通常是以倾斜放射状布置,但现行对地铁联络通道冻结壁温度场的分析大都简化为冻结管水平布置、冻结壁等效体热源代替冻结管线热源和平面问题,难以
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冻结法作为地铁建设的施工方法之一,因具有能够有效隔绝地下水并加固土体的特点,广泛的应用于盾构地铁隧道联络通道建设中。以往的冻结设计经验主要来源于矿井,基本上都是采用垂直冻结或者水平冻结的方式。而盾构地铁隧道中的联络通道在冻结法施工时,由于受到隧道空间的影响,冻结管通常是以倾斜放射状布置,但现行对地铁联络通道冻结壁温度场的分析大都简化为冻结管水平布置、冻结壁等效体热源代替冻结管线热源和平面问题,难以真实的反映实际工程中任意点和面的温度情况。同时,针对冻土帷幕开挖稳定性的研究,通常是以平面问题或者以简化的三维模型进行研究,也会导致与实际情况有差异。基于上述问题,本文以北京地铁7号线东延工程小马庄站~高楼金站区间联络通道冻结法施工为背景,对联络通道冻结加固实例中积极冻结期和开挖施工阶段的实测数据进行分析;并根据施工现场岩土工程勘探报告、冻结壁设计、冻结施工实测数据等资料,利用FLAC 3D数值模拟软件,对联络通道温度场变化规律、冻结壁力学性能和土体参数对冻结加固行为的影响进行研究分析,以期为今后联络通道冻结法的设计和施工提供参考。本文主要研究内容和结论如下:(1)联络通道冻结加固实例分析根据联络通道冻结加固实例,对冻结盐水温度、冻土温度、泄压孔压力等实测数据进行分析,得出各自的变化规律。通过监测数据判定在积极冻结35 d时,冻结壁已达到开挖要求,并根据开挖阶段所反馈的冻结壁信息,证实了在积极冻结期由监测数据分析得到结果的准确性,同时也反映了冻结设计参数的合理性。(2)联络通道冻结三维温度场数值模拟分析利用FLAC 3D热分析模块,根据施工现场岩土工程勘探报告以及积极冻结期内冻结管盐水实测温度,建立联络通道三维冻结温度场模型,得到了冻结温度场变化规律以及冻结壁交圈和厚度达到设计值的时间点。数值计算结果显示冻结壁到达设计值所需时间为30 d,而由实测数据判定冻结壁达到设计要求的时间为35 d,两者基本接近;同时将数值计算的温度数据与实测数据作对比,两者基本吻合,从而验证了模型的准确性,说明了冻结温度场数值模拟结果可为实际工程提供参考。(3)联络通道冻结壁力学性能分析为了更好的反映冻结壁的受力、位移等情况,在利用FLAC 3D计算时采取最不利条件,即整个施工模拟过程不采用任何支护,仅靠冻结壁自身承载能力,对管片破除、通道开挖、泵房开挖三个不同施工阶段的冻结壁应力场、位移场进行综合分析,得到了应力、位移场的分布特征,并为保障施工安全提出了相关建议。(4)土体参数对冻结加固行为的影响分析在确保模型准确性的条件下,研究不同的土体参数对冻结加固行为的影响。一是研究土体参数对温度场模型的影响,得出导热系数、比热容、密度、最低盐水温度以及地层温度对温度场的影响规律。二是研究土体参数对力学模型的影响,得出冻结壁弹性模量、冻结壁厚度、流固耦合作用对应力场、位移场的影响规律,其中流固耦合作用对应力场、位移场影响最为显著,在进行水下隧道冻结壁设计时,水的渗流作用不可忽略。
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