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随着城市人口密度的增加,城市化的步伐加快,城市规模不断扩大,人口膨胀、交通拥挤等一系列问题,严重制约了社会经济的进一步发展,地下空间的开发和利用成为城市实现可持续发展战略的必然选择,而修建地铁将是开发地下空间最有力的手段。
人工冻结法由于具有适应各种复杂的工程地质和水文地质条件,冻结管布置具有任意性,可以形成任意利于开挖的形状,可弥补盾构施工的缺陷,如加固盾构入口和出口的松软土体,以及盾构无法到达的地方,无烟、无尘,环境污染小,适宜在城市中施工,不影响城市经济的正常运行等优点,在地铁的施工中广泛应用。但是由于人们不能准确把握冻结壁的温度场,使得在冻结法施工中出现各种事故。
本文应用数值试验对不同土质的冻结壁温度场做了系统的研究,讨论了不同土质下冻结管直径、冻结管间距、盐水温度及土层含水量的变化对冻结壁的温度场的影响,提出较为合理的冻结方案,并得出以下主要结论:
1.冻结壁的厚度均随着冻结时间的增长基本呈线性增长;在同一时刻,冻结壁的厚度随着冻结管直径的增大,冻结管间距的减小,盐水温度的降低,含水量的减小而越来越大:随着冻结时间的增长,各个因素下不同水平的冻结壁厚度的差值越来越大。
2.冻结速率随着冻结时间的增长,先减小再趋于平缓,而后又有增大的趋势。
3.冻结管直径、冻结管间距的变化对冻结壁平均温度的变化规律影响较小,盐水温度和土层含水量的变化对冻结壁平均温度的变化规律影响较大。
4.内外冻结壁的比值随着冻结时间的增长均在1.1到2.1之间变化。
5.一般来说,在工程施工中冻结管的直径最好不小于10cm,冻结管间距最好不大于0.8m,对于粘土,盐水温度最好不高于-22℃,对于粉质粘土和亚砂土,盐水温度最好不高于-26℃。
6.各因素的变化对冻结壁的影响由大到小依次为:盐水温度、冻结管间距、冻结管直径。