盾构隧道端头井垂直冻结加固不同冻结管间距温度场数值分析

当采用垂直冻结工法作为盾构隧道端头地层加固方式时,确定冻结管间距及加固所需范围与工艺、掌握冻土帷幕温度场发展与分布规律等是需要解决的关键问题。结合南京地铁10号线过江隧道盾构始发工程,运用有限元分析软件,在其他影响因素不变的情况下,研究不同冻结管间距对垂直冻结壁温度场发展的影响。数值分析表明： 1）用所建数值模型来模拟垂直冻结壁温度场的变化过程是可行的; 2）间距减小对温度场影响较为显著,冻结管间距每增大0.1 m,冻结壁交圈时间增加约1 d; 3）随着冻结管间距的增大,冻结壁交圈时间线性增大; 4）冻结管间距越小,垂直冻结帷幕温度越低,形成的垂直冻结壁强度越均匀。     

盾构进出洞洞门环形冻结加固温度场数值分析

盾构进出洞时洞门间隙的密封止水问题是盾构隧道施工中的一个关键问题。文中提出了一种洞门环形冻结密封止水装置及其施工方法,并采用数值建模分析该环形冻土帷幕温度场的发展规律。研究结果表明:盾构进出洞洞门环形冻结密封止水装置封堵能力强且见效快,特别适于具有承压水的含水地层中;工程中宜布设1根环形冻结管,其最终形成的冻土帷幕可有效封堵洞门间隙,满足密封止水加固要求;从冻结30d开始,冻结时间每增加10d,其冻土帷幕厚度增加约0.1m;最终盐水温度每降低10℃,其冻土帷幕厚度增加约0.2m;采用降低最终盐水温度的方法比延长积极冻结时间的方法好,其加固密封止水效果前者比后者提高一倍。所得结果可为今后类似工程设计提供技术参考依据。     

琼州海峡隧道盾构对接冻土帷幕受力状态力学分析

采用三维有限元的方法对冻结法在盾构对接施工地层加固中所形成的冻土帷幕的应力状态和变形进行分析与安全评价,分别探讨单排管与双排管2种不同冻结方案的情况。对于盾构对接施工中刀盘拆除情况进行了模拟,分别选取圆周方向上一次性拆除不同长度的刀盘,研究其对冻土帷幕应力强度、径向变形和主应力的影响。研究结果表明,利用冻结法加固盾构对接是可行的;双排管冻结方案相比单排管冻结方案,安全性上有很大提高;圆周方向一次性拆除刀盘的长度对冻土帷幕的各个指标影响较大。 利用计算结果,可为盾构对接施工时冻结法地层加固提供参考依据。     

考虑冻结管影响范围的多管冻结温度场研究

冻结法施工中,冻结管的布置间距往往大于单管冻结锋面半径,且考虑到冻结管影响范围有限,为增强冻结温度场计算的准确性,基于势函数叠加原理,推导双管冻结叠加稳态温度场的计算公式,并将其周期化得到单排等距多管稳态温度场。结合依托工程的地层参数,通过数值模拟对推导公式进行验证。研究表明:1)考虑相邻冻结管叠加影响范围有限性的双管稳态温度场计算公式能较准确地预测出一般冻结期内的温度分布规律; 2)在双管温度叠加区内,冻结管连线中点为中垂线温度的最低点,且随着冻结管间距的减小,该点温度不断下降,但中垂线上冻结壁厚度并不改变; 3)随着冻结壁厚度的增加,双管稳态温度场接近加强单管稳态温度场。     

冻土帷幕设置加热限位管时温度场数值分析

为解决现有人工冻结法施工后周围地层产生冻胀融沉所引发的不良后果问题,设置加热限位管对冻土帷幕的发展进行限制。运用有限元软件分析在冻土帷幕主面上设置加热限位管时对冻土帷幕温度场发展的影响规律,主要得出： 随着加热限位管盐水温度的升高,冻土帷幕厚度呈线性减小趋势;限位管循环盐水温度越高,最终形成的冻土帷幕边界平整性就越好,从而具有较好的限位效果;限位管应与冻结管对齐设置在冻土帷幕主面上;限位管与冻结管距离由最终控制冻土帷幕的厚度决定;循环热盐水的温度不宜过高,宜为5~10 ℃。     

加热限位管与自然解冻对冻土温度场影响的对比分析

为解决人工冻结技术产生冻胀融沉所引发不良后果的问题,可设置加热限位管来达到控制冻胀融沉的目的。运用有限元软件研究了设置加热限位管与自然解冻对冻土温度场发展的影响规律,主要结论:无需加热时,间距800 mm单排冻结管在冻结50天时冻土厚度可达2.4 m;当限位管循环5 ℃热盐水之后,各点温度都有明显上升,离限位管越近温度受影响越大,随着时间的推移,各点温度趋于稳定,最终冻土厚度约1.4 m;而自然解冻工况下冻土帷幕最终厚度约1.2 m,整个冻土帷幕温度趋于一致、强度变得均匀,单从最终形成的冻土帷幕来看,自然     

液氮冻结二次加固在富水软弱地层小盾构接收中的应用与实测

为研究富水软弱地层盾构工程单独使用水泥土加固难以解决涌水涌砂的问题,以秦淮-滨南220 kV线路盾构隧道“K4”井盾构接收工程为背景,对已有化学加固的盾构端头采用液氮垂直局部冻结进行二次加固封水,提出盾构接收时冻结实测应满足的条件,进行冻结实测及温度发展规律分析。实测表明： 1）水化热影响下,冻结壁平均发展速度为81.9 mm/d,为正常液氮冻结速度的55%~68%,为常规盐水冻结速度的3.2倍; 2）液氮冻结的冻结壁平均温度为常规盐水冻结的3倍; 3）液氮冻结工期为常规盐水冻结的1/3~1/2; 4）维护冻结期间液氮消耗量为积极冻结期间的1/3便可维持冻结壁温度。利用液氮快速冻结进行二次加固封堵涌水能有效保证工期,避免事故的发生。     

异型冻结管单管冻结温度场数值分析

为解决现有冻结管单管冻结能力不强致使增加循环冷媒介质用量和施工机械能耗的问题,可将传统圆形截面设计成异形截面。对X形冻结管截面形式和施工工艺作一简单介绍,运用有限元软件对X形冻结管与传统圆形冻结管单管冻结时的温度场进行对比分析,主要得出:X形冻结管可在不增加工程量的前提下大大提高单管冻结能力;虽然X形冻结管为非圆形截面,但其冻土帷幕温度也是以冻结管为圆心呈同心圆分布;在靠近冻结管200 mm范围内,X形冻结管比圆形冻结管降温快,制冷效果更好;在与水平夹角45°的方向,两种冻结管降温过程完全一致。     

盾构隧道始发端头土体加固技术应用及稳定性分析

本文以孟加拉卡纳普里河底隧道项目为依托,根据本项目地质、水文条件等相关工程资料和研究成果的总结分析,提出了适用于本项目的盾构始发端头井地层加固方案,并在盾构始发前,应用有限元三维模型以及现场监测对加固体的稳定性进行了评估。通过实施结果表明,采用三重管高压旋喷桩+冻结帷幕组合加固方案能充分确保盾构始发的安全性,对海外同类地层结构,尤其是富水软弱地层大直径盾构始发及接受具有一定的指导及借鉴作用。     

富水砂卵石地层隧道盾构下穿地铁线注浆方案优化

湖南省长沙市万家丽路220 kV电力隧道盾构下穿长沙地铁3号线施工中,为确保盾构安全下穿既有地铁线路,提出袖阀管竖向注浆加固、袖阀管竖向+斜向注浆加固、袖阀管竖向+斜向注浆加固+四周帷幕注浆加固3种加固方案,并采用MIDAS GTS三维数值模拟软件进行数值模拟,分析注浆加固效果。结果表明,优化后注浆方案可保证盾构安全下穿长沙地铁3号线。     

RJP高压旋喷法及冻结法在盾构接收端头的组合运用

为解决复杂周边环境及软弱富水地质条件下的盾构接收难题,以天津地铁5号线某车站盾构接收端头加固工程为例,提出RJP高压旋喷法+冻结法组合加固方法。结合理论计算和工程实际,给出RJP工法及冻结法的加固方案和工艺参数,并对冻土温度、地表及管线位移进行实测分析,得到如下结论： 1）同一测温孔中间位置温度低于两端,同一深度处内圈测温孔温度低于外圈,冻结壁由中间向两端、由内圈向外圈发展; 2）管线在土体冻结及解冻过程中均未发生明显位移,说明RJP工法改良土体可有效抑制冻结引起的冻胀融沉; 3）地表最大沉降17.4 mm,管线最大沉降6.2 mm,均满足位移控制要求,证明RJP工法及冻结法组合加固方案合理可行。     

拱北隧道管幕冷冻施工中的冻胀控制技术研究

以港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道为工程实例,研究管幕冷冻法工艺中地层的冻胀控制原理和技术。基于热力耦合原理,采用有限元预测人工冷冻过程中的土体温度变化及地表冻胀位移,比较和分析管幕周围土体预注浆和采用限位管模式对地表冻胀的控制效果。结果表明： 管幕周围土体的预注浆降低了土体的渗透系数及冻胀率,抑制了土中水分迁移,是冻胀控制技术的主体;限位管有效地降低了冻土的发展速率,加强了冻胀控制效果,是冻胀控制技术的有效补充。通过对现场地表冻胀实测数据与有限元模拟结果的比较分析,从地层温度和地表位移分布规律说明了冻胀控制技术的工作原理。研究结果为拱北隧道的顺利实施提供了技术保障,提高了我国复杂条件下超大断面隧道建造的总体技术,还可为类似人工冷冻法隧道施工提供技术参考。     

杯型冻结壁不同杯身长度的数值分析

以某过江隧道东端头盾构始发工程为依托,在封门拆除这个最不利工况下对冻土帷幕及端头地层进行数值分析,对不同杯身长度冻土帷幕的位移场和应力场分布情况进行研究。主要得出:杯身基本不发生位移;地表离掌子面越近沉降量越大;纵向位移最大值均发生在暴露掌子面中心处;应力值均在设计强度范围之内,且有较多富余;杯身和杯底厚度均为2 m时,该工程杯身长度取3 m就可在强度和变形上满足要求,但为了止水,杯身长度宜为18 m。     

浅覆土强透水砂卵石地层大直径泥水盾构干接收施工技术

为解决浅覆土强透水砂卵石地层大直径泥水盾构的接收难题，以常德沅江大直径泥水盾构隧道为依托，提出干接收施工技术，采用端头加固区RJP超高压旋喷加固、端头垂直冻结、塑性混凝土连续墙施作的联合加固手段，提高端头加固区整体结构的稳定性，为盾构接收创造条件。在盾构干接收过程中，通过控制各项施工参数、精确掌握施工时机要点，保证盾构顺利穿越既有管线及加固区，管线和地表最大沉降分别控制在6 mm和5 mm以内，确保盾构精确出洞。在洞门钢环内安装洞门刷防止盾构出洞时土体流失，同时增加盾构出洞过程中同步注浆量，并对管片进行槽钢连接固定，保证盾构出洞过程盾尾及支护安全。     

排桩支护在软土地层超深基坑中的应用

通过金鸡湖A岛中间风井采用钻孔灌注排桩+止水帷幕围护体系的设计与施工实例,分析、研究软土地层超深基坑在复杂环境条件制约下合理的支护结构设计类型,有针对性地分析粉砂地层中旋喷桩与搅拌桩的适用条件和止水效果,同时通过加强施工技术管理等措施,提高了基坑支护结构及盾构端头井土体加固的安全和可靠性,为盾构顺利过井和施工关键工期提供了有力保障。     

免拔管水平冻结技术在盾构进出洞地基加固中的应用

目前,随着城市建设的高速发展、地铁运营里程的不断增加,轨道交通施工的难度越来越高,盾构始发和接收的风险越来越大.因此,洞门土体加固就显得至关重要.SMW工法、高压喷射注浆法、深层水泥土搅拌法等在盾构的始发和接收中发挥了较好的作用,积累了较多成功的案例.随着工程难度和复杂程度的不断增加,为确保盾构始发的安全、提高地基加固的可靠性,冻结法地基加固不断得到了应用.对工程中采用的“水泥系+免拔管的水平冻结”的地基加固工艺进行深入研究和总结,可以为后续盾构始发和接收地基加固提供参考和借鉴.