聚氯乙烯盐水冻结管在盾构进洞中的工艺性能分析

在地铁隧道盾构进出洞采用冻结法加固工程中,由于盾构机多为软土盾构,刀盘无法切除打入土体的钢质冻结管.为了解决盾构进出洞免拔管问题,采取PVC(聚氯乙烯)管作为冻结管,进行盾构进洞免拔管盐水冻结加固工艺性试验.分析了冻结过程中PVC冻结管在低温盐水冷冻下的渗漏性,冻结管管壁和冻土壁的温度分布规律,以及盾构推进过程中PVC冻结管的可切割性.获得了PVC管作为盐水冻结管的可行性.     

超长地铁联络通道水平冻结温度场变化规律分析

掌握了超长地铁联络通道冻结温度场的变化规律,就能够预测分析地层冻结温度场,可提前判断冻结壁发展状况。以福州地铁2号线某区间超长联络通道冻结施工为例,建立三维有限元数值计算模型,通过对比分析冻结阶段的数值模拟分析结果与实测数据,验证了计算模型的准确性。基于该数值计算模型,研究了初始地温、导热系数、比热容对该温度场影响的规律。结果表明:冻结温度场变化主要分为温度快速下降与相变阶段、温度下降、土体温度稳定3个阶段;冻结壁交圈时间与初始地温、比热容近似呈线性递增关系,初始地温每升高5℃,交圈时间延长2d,交圈时间随比热容增加而延长;冻结壁交圈时间与导热系数呈负相关,导热系数每增高10%,交圈时间缩短1d。     

水平冻结法施工杯型冻土壁温度场影响参数分析

依托于某地铁车站盾构出洞水平冻结加固工程,利用经验证的模型和计算方法,研究了盐水温度、冻结管间距、冻结管直径和不同土层4大因素对杯型冻土壁温度场的影响。得出了各因素对杯型冻土壁温度场的影响规律:冻结管间距大小对冻结的影响,主要表现为第一阶段相邻冻结管交圈时间的快慢,进而影响整个冻土壁达到设计厚度所需的冻结时间;砂质粉土的温度下降速率比粉质黏土要快,在冻结中前期下降的速率更加明显,后期影响并不显著;单从冻结时间考虑,冻结管内盐水温度越低越好;冻结管直径的增大在冻结前期对土体温度下降速率的影响尤其明显。     

地下水渗流对砾石地层人工冻结过程的影响

采用室内模型试验,研究地下工程中水渗流对砾石地层人工冻结过程的影响,分析砾石地层的温度场分布特征及冻结壁的形成过程、交圈时间和厚度演化机制。结果表明:人工冻结管的冷量扩散与地下水渗流之间存在显著的耦合效应;无渗流时,人工冻结过程中砾石地层上下游温度场呈现对称分布特征,且冻土圆柱和冻结壁厚度均匀一致;地下水渗流导致砾石地层上下游温度场呈现显著的不对称性,且渗流速率越大,不对称性越明显;冻结壁交圈时间随地下水渗流速率的增加而近似线性增长,渗流速率达到5.00 m·d^-1时为无渗流时的3.2倍;由于地下水渗流的"冲蚀"作用,上游冻结壁厚度随渗流速度线性减小,下游冻结壁厚度则线性增大,冻结壁呈现"马鞍"形状。     

采用长距离水平冻结暗挖法的浅埋大断面地铁隧道施工技术

通过人工冻土试验、有限元数值分析和大型物理模型试验,研究浅埋大断面地铁隧道采用长距离水平冻结暗挖法的施工技术。通过现场土的人工冻土试验,得到土体冻结的物理力学指标。有限元数值分析结果表明,随着冻结壁厚度的增加,冻结壁的强度和稳定性增加。大型物理模型试验结果表明,冻胀和融沉量都随着冻结壁厚度的增加而明显增大;当冻结壁厚度为4.5 m时,预测实际工程地表冻胀和融沉量均已超过允许值。根据上述研究结果,进行了冻结施工方案的设计和优化。在施工过程中,改进超长距离水平冻结管连接方式,采用跟管钻进新技术,确保了冻结孔的成孔质量;采取设置卸压孔、加大盐水流量和融沉跟踪注浆等技术措施,有效地控制了地面的冻胀和融沉,确保了工程顺利地完成。     

盾构隧道端头垂直冻结加固不同冻结管直径的温度场数值分析

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,在其它影响因素不变的情况下,冻结管直径分别取为127,146,159和168 mm,以研究不同冻结管直径对垂直冻土壁温度场发展的影响。数值模拟结果表明:实测温度值和数值计算温度值总体变化趋势基本一致,用数值模型来模拟垂直冻土壁温度场的变化过程是可行的。冻结管直径每增加1 cm,冻结壁交圈时间减小约12 h;随着冻结管直径的增大,冻结壁交圈时间呈线性减小。冻结30 d后,不同冻结管直径所形成的垂直冻土壁厚度均可1.6 m。所得结果为今后类似工程设计提供了理论依据。     

联络通道冻结施工近隧道端土体温度场分布及管片保温措施优化

为了研究人工冻结法施工联络通道中近隧道端土体温度场的分布规律以及管片散热对土体温度场的影响,采用现场实测和数值计算的方法,对土体温度场分布、冻结壁厚度和管片保温措施进行分析。结果表明:土体温度、冻结壁扩展厚度均随深度的增加呈指数型变化,当深度大于2.2 m时冻结壁厚度和冻土温度场基本稳定;联络通道的冻结壁沿长度方向可划分为2侧交界面段与正常冻结段;冻结管间距是影响交界面段冻结壁厚度的重要因素之一,因此辅助冻结面冻结壁是联络通道施工中的主要风险点之一;管片散热对土体影响范围与冻结时间呈对数关系,随着冻结时间的延长,影响范围将逐步扩大;为保证交界面区域的冻结效果,可在钢管片内部靠近土体一侧增设5 cm夹心保温层或改良管片壁后注浆材料2种管片保温,优化后交界面靠近管片位置冻结壁厚度可提升约24%。     

管幕冻结法冻结过程温度场数值模拟

对港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道管幕冻结过程进行了有限元数值模拟,分析了冻结管布置圈整体温度场及冻结帷幕厚度随时间的变化规律。结果表明:冻结过程中形成了以冻结管布置圈为中心的环形温度场,冻结管布置圈内的土体温度下降速度快于布置圈外,其最终温度也要低于布置圈外;在冻结30 d左右相邻冻结管的冻结范围开始重叠,形成了0℃以下的冻结圈;冻结48 d左右基本形成了连续的、具有一定厚度的冻结帷幕;冻土壁厚度达到顶管间止水要求的1.45 m的时间点在冻结72~84 d之间。     

地铁联络横通道水平冻结施工的热固耦合分析

基于考虑相变的热固耦合理论,采用GEO-SLOPE软件模拟地铁联络横通道水平冻结和开挖施工过程,分析地层温度场和位移场的变化规律。结果表明:隧道冻结帷幕交圈的时间约为26d,但需积极冻结到40d,冻结帷幕平均厚度达到120cm,再经过36d的维护冻结期才可实施开挖;在维护冻结期采用比积极冻结期略高的盐水温度,防止了冻土范围继续扩大,避免了隧道开挖过程中遭遇强度较高的冻土;在进行具体的冻结设计时,应结合地层和隧道轮廓线的特点,设定冻结盐水温度、冻结时间、冻结管间距和冻结管数量等参数;对比分析不同冻结帷幕保护下隧道开挖的地层位移场,结果证明冻结对抑制地层变形具有良好的效果,但需要足够的冻结时间方可将地表变形限制在可接受的范围内。     

地铁联络通道三维冻结温度场有限元分析

人工冻结法在地铁隧道联络通道施工中的应用已相当广泛。地层冻结温度场的预测分析可提前判断冻结壁的发展状况和评定冻结方案的合理性。地铁隧道联络通道冻结法施工中的冻结管群一般设计为倾斜放射状,现行对联络通道冻结温度场的分析大都是简化为平面问题来处理,难以反映实际情况。为此,以上海地铁13号线某区间联络通道冻结法施工为工程背景,综合考虑地层温度、地表对流等各类初始和边界条件以及土体的相变潜热过程,建立三维有限元数值计算模型,对该联络通道积极冻结期的地层三维冻结温度场分布规律进行系统分析,并与现场实测结果相比较,验证了有限元数值分析的可靠性。