无充填裂隙岩体渗流地层冻结温度场演化规律研究

渗流作用下冻结温度场的求解是一个移动边界、相变、内热源、温度场和渗流场相互影响的多场耦合问题。文章建立了无充填裂隙岩体含相变的渗流场及温度场耦合模型,采用单因素法研究了冻结管间距对渗流作用下无充填裂隙岩体冻结壁演化规律的影响。结果表明:冻结管间距对冻结壁交圈时间的影响规律符合指数函数特征,冻结管间距越大,冻结壁交圈时间越长,且增幅越大;冻结管间距越大,形成同样界面冻结壁厚度所需的冻结时间越长;冻结管间距存在一个临界值,大于该值后,界面冻结壁扩展成相同厚度所需的冻结时间随冻结管间距的增大而急剧增加;冻结管间距越大,冻结壁平均温度下降到设计温度所需冻结时间越长。     

双孔平行地铁隧道盾构施工地表沉降分布规律研究

盾构法施工中不可避免地会对周围地层产生扰动影响,故加强盾构施工变形控制显得尤为重要。文章以某城市地铁盾构隧道工程为研究背景,采用理论分析和数值模拟方法,研究了双孔平行隧道施工地表沉降分布规律及影响因素,提出了改进的双线隧道地表沉降预测方法,并与现场实测数据进行了对比分析。研究结果表明:隧道间距越大,形成"W"形沉降曲线特征越明显;隧道埋深越小,沉降曲线由"V"形向"W"形转变所需的隧道间距L越小;土质条件越好,地层扰动影响范围越小,"W"形沉降槽特征也越显著;采用C=L/2i来描述双线平行隧道地表沉降分布特征是可行的,随C值增大地表沉降曲线分布由"V"形—"锅底"形—"W"形发展,"W"形非对称性分布特征与隧道相对间距有关;由本文提出的双线盾构施工引起的地表沉降计算公式计算出的地表沉降预测值与实测沉降曲线吻合较好,可用于双线隧道施工地表沉降变形预测,对盾构隧道研究具有重要理论指导和实践意义。     

隧道内流水对联络通道冻结效果影响分析

为分析地铁联络通道冻结过程中隧道内流水对联络通道冻结效果的影响,文章以广州地铁某联络通道冻结施工为例,通过工程实测与数值模拟,分析了隧道内流水对管片与土体交界处温度及土体温度的影响。结果表明:当隧道内有流水时,对上部管片与土体交界处的温度影响不大,下部管片与土体交界处的温度会明显升高,且越靠近隧道底部,平均温度相差越大;相同深度流水上游管片与土体交界处平均温度明显高于下游;当隧道内流水流速度变大时,管片与土体交界处平均温度升高,且流水速度对下游平均温度的影响明显大于上游;冻结过程中,隧道内流水对管片壁后2 m深度内的土体温度产生影响。     

人工冻结法进行地铁隧道修复施工的数值分析

文章依托京沪铁路某段铁路桥隧道修复工程实例,根据热力数值分析基本理论,利用最小势能原理建立有限元方程,分析了隧道人工冻结施工过程中的温度场分布规律,并确定了开挖时的人工冻结壁厚度。最后,对冻结壁和其周围土体进行施工过程的力学模拟。结果表明,采用人工冻结法作为一种辅助的施工方法,完全能满足施工过程中结构的强度要求。     

寒区隧道抗冻设防长度的计算方法研究

目前寒区隧道抗冻设防长度的设计多靠工程类比,且要求隧道内温度场已知.为了明确设计时设防长度选取标准,解决无实测洞内温度资料的问题,文章基于寒区隧道温度场理论求解方法,根据衬砌层不出现排水管冻结和围岩不发生冻胀两个条件,在调研资料分析和隧道围岩温度场数值分析的基础上,给出了衬砌层不出现冻害和围岩不出现冻害的临界洞内温度;...     

冻融软土孔隙结构及分形特征的影响因素研究

文章通过核磁共振(NMR)试验,研究了冻结时间、冻融压力和冻结温度对土壤微孔隙结构和分形特征的影响。结果表明：孔隙结构较大的土体组装体趋向于具有强分形特征的骨架孔隙结构;冻结时间越短,冻结作用造成的损害越小;隧道软土的粘聚力和内摩擦角均随初始含水率的升高呈上升趋势,其临界峰值点位于最佳含水率15%附近,因此建议实际施工时,控制冻融软土含水率为15%。     

人工冻土蠕变试验及损伤经验模型分析

在冻结法施工中,掌握冻土的蠕变特性对评价冻结壁的稳定性至关重要。文章通过对山西某矿粘土层进行不同冻结温度下单轴抗压及蠕变试验,得到蠕变随冻结温度、加载应力变化的规律。在分析Kachanov损伤理论模型及人工冻土蠕变经验模型特性的基础上,建立人工冻土理论-经验蠕变模型。通过对比分析建立模型计算值与人工冻结粘土蠕变试验结果,模型计算曲线与试验数据曲线拟合度较高,两者均反映了初始弹性变形、应变加速度逐渐减小至加速度为零的过程;若试样发生破坏,曲线则会在应变加速度为零的基础上继续加速上升。该模型能够反映深部人工冻土的各阶段蠕变特性,能为指导冻结法施工提供科学依据。     

开、闭条件下冻结温度场的差异性研究

人工冻结法主要应用于地铁联络通道施工及盾构接收过程中。冻结帷幕的形成及性状受冷源、地质条件等诸多因素影响,冻结土层的工程性质及结构状态均可由温度的分布及演变来反映。文章搭建低温换热试验台,通过加设补水装置,对开放、闭合两种环境系统下土的冻结温度、湿度场变化特性进行试验,分析有无补水条件下两场的差异性。结果表明,计算冻结区域的平均温度需考虑沿管长度方向的积分值;补水条件下温度场的发展过程略快于无补水情况,冻结锋面随时间均呈指数变化,且有水补给时锋面移动速度较快。     

地表建筑对下穿隧道的安全性影响分析研究

采用ANSYS有限元软件对新宝塔山隧道的浅埋段地表建筑施工对下穿隧道的影响进行模拟分析,得到不同间距及不同埋深情况下地表建筑对下穿隧道的应力及衬砌安全性的分析结果。分析得出:住宅楼桩基外缘距离既有隧道边墙为4 m时,铁路隧道受到影响较大;当间距调整为8 m时,楼房施工后引起隧道衬砌结构位移较小,隧道结构安全度均满足规范要求。由此,建议按照间距为8 m的方案实施,覆土回填3 m时,计算结果显示隧道仍然是安全的,其覆土回填厚度可以按照规划设计的地面高程1 009 m考虑(最大覆土回填3m、埋深10.7 m)。     

火荷载下沉管隧道的温度场分析

文章以上海外环线越江沉管隧道为背景,用通用有限元程序模拟火荷载作用下沉管结构的瞬态温度场的变化情况.文中采用三维有限元模型,分析温度场在不同时间和空间的发展变化情况,从而更直观地掌握温度在隧道横截面上的分布情况,可为隧道的防火设计和救灾工作提供依据.分析中考虑了混凝土热工参数随温度变化的非线性关系,并把分析结果与试验数据进行了比较,从而得出了比较合理的分析方法和参数设置.     

姜路岭隧道温度场特性分析

对于青藏高原海拔4 000 m以上多年冻土区的长大公路隧道温度场特性的研究,国内尚未见文献报导。文章针对青海省G214线控制性工程姜路岭隧道出口段的围岩、支护结构及洞内外环境温度进行了为期一年的现场实测,运用数理统计的方法,分析研究了沿隧道径向、纵向一定范围内围岩和衬砌结构温度变化规律,并采用正弦函数回归法对隧址区洞内外环境气温进行了拟合分析。结果表明:(1)多年冻土区隧道洞内外气温的相互关系和隧道内围岩及衬砌结构温度的纵向分布规律两方面的变化情况是基本一致的;(2)在隧道施工中,各断面径向温度场伴随着洞外大气温度的变化而不断变化,同时在纵向方向上也发生了变化;(3)多年冻土隧道围岩温度沿径向变化幅度较大的深度约为2.7~3 m,而在季节性冻土隧道中约为10 m。     

曲线对马路山隧道支护结构的影响微量分析

由于受线路的要求或受地形影响,一些隧道不得不设计在曲线上,当曲线半径较小时对隧道的施工、运营都产生一定的影响。文章结合陕西省靖(边)—安(塞)(榆林段)高速公路中马路山黄土隧道的施工,采用图解、计算等方法,通过对比分析,针对曲线对隧道初期支护结构侵限、二次衬砌施工缝错台以及二次衬砌净空的影响进行了分析,以期为类似条件下隧道设计和施工提供可借鉴的经验。     

砂卵石地层联络通道冻结法施工扰动分析

为了探究在富水砂卵石地层中采用人工地层冻结法施工联络通道的安全性和适用性,本文依托具体地铁区间联络通道工程项目,利用ANSYS软件建立三维热力耦合模型并对联络通道冻结法施工过程进行模拟,详细分析了施工影响下的温度场变化和地层及既有隧道结构的力学响应特性。研究结果表明：1）由于施工过程中土体与空气的热交换边界条件在不断改变,因而冻结壁厚度发展速率有一定增大;2）联络通道施工引起上方地表出现沉降,联络通道四周土体则出现上部下沉、下部隆起和两侧收敛的变形;3）施工对与联络通道端部交接的双线隧道管片结构扰动最大,管片变形较其余部位同时明显出现应力集中现象,建议加强对交接处附近管片的变形监测,必要时采取加固措施。     

多供液管供液下液氮冻结优越性分析

传统供液方式下的液氮冻结存在温度场分布不均匀、冻土发展较为不均衡的问题,而供液管开孔的供液形式虽然能够在一定层度上改善冻结的均匀性,但也存在供液分配不易控制的缺点。在液氮原型试验的基础上,文章分析了采用多供液管的供液形式在液氮冻结系统控制以及冻结效果均匀性提高方面的优越性。结果表明:多供液管的供液形式不但提高了冻结管管内温度、管壁温度、土体温度以及冻土轮廓沿冻结管纵向分布的均匀性,同时克服了供液管开孔的供液形式不易控制液氮供给在各供液孔的分配问题,保证了冻结管管内温度的稳定性。     

富水区隧道环向盲管间距优化分析北大核心CSCD

富水区隧道涌水遵循“以堵为主、防排结合”的处置原则,其中排水体系构建的合理性是隧道安全施工与良好运营的关键因素。首先分析隧道排水体系,揭示其工作原理,然后利用FLAC 3D有限差分软件,对鸿图特长隧道富水断层区设置的不同环向盲管间距进行三维流固耦合模拟,通过分析渗水压力、锚杆受力及涌水量,揭示塑性区体积及分布区域特征。研究结果表明:沿隧道轴向,支护结构孔隙水压力大致呈周期性分布,其周期近似等于环向盲管纵向间距;加密环向盲管,在降低支护结构受力并减小塑性区体积的同时,会增加隧道排水量;随环向盲管间距的增大,注浆加固圈塑性区首先出现在围岩好的区域,断层区出现塑性区最晚;断层区锚杆加固效果较差,可通过减小钢拱架环向间距以提高结构刚度,使注浆加固圈沿轴向受力更合理。综合考虑各种因素,建议在建工程断层区环向盲管间距设置为3 m,断层附近区间距为4 m。     

人工冻结法在圆砾地层地铁联络通道施工中的应用

南宁地铁3号线金琅区间联络通道所处地层主要为圆砾,其自稳能力差,易发生涌水冒砂、围岩扰动过大而使隧道变形的情况,设计采用人工冻结法施工。文章详细介绍了冻结过程中冻结孔布设、冻结参数选取以及土体在自然解冻后的融沉控制注浆参数优化等工艺。在积极冻结施工过程着重对盐水去回路温度、土体温度、泄压孔孔压进行分析,总结出土体温度变化、冻结壁形成的规律,准确判断通道开挖的时机,并针对联络通道冻结施工存在的问题提出了具体的对策措施。人工冻结法在该区间隧道富水圆砾层中的成功应用,可为其它类似工程提供参考。     

寒区公路隧道温度场及保温层的研究

随着寒区公路隧道的不断增多,寒区隧道的保温问题也受到广泛重视。为了分析计算此类隧道施工过程中的温度场,验证寒区隧道保温设计的必要性,确定保温设计的经济性和有效性,文章以某市西山隧道为背景,结合东北冻土的热力性质特点,利用大型有限元计算程序Ansys,对寒区隧道进行了模拟分析,并且将计算的理论数据与实际测定的数据进行对比,分析隧道开挖后围岩温度场的分布、初期支护以及二次衬砌的温度变化过程,对隧道保温效果进行评定。数据对比表明,将保温层设置在二次衬砌外侧是比较合理的,但在东北寒区,对于断面半径达7m的大断面隧道,仅使用40 mm厚的PU硬质聚氨酯泡沫板作为保温材料是不合理的。为使设计经济合理,保温材料在径向上可以采用不同的厚度。     

地铁区间盾构与联络通道冻结加固同步施工技术方案及应用分析

以北京地铁7号线东延工程为例，为确保线路开通运营工期节点，车站机电安装与装修、区间盾构掘进及冻结法联络通道施工需同步进行。基于此，现场施工综合考虑工期、场地条件（地面、车站内及区间隧道内）、冻结效果及成本，提出2个联络通道冻结共用1个冻结站，即将冻结站设在已贯通隧道的2个联络通道中间位置的施工技术方案，通过优化冻结站机组选型、冻结管路布置、管片预加固支架体系等技术措施，实现区间盾构及冻结加固同步施工。根据施工过程监测及数据分析，总结冻结壁发展规律及通道安全开挖条件，同时对现场冷却水温度、环境温度升高等问题提出应对措施。通过实践证明该施工方案及相关技术措施安全、有效、可行。     

大山塘隧道小净距优化设计与施工技术分析

在隧道工程施工设计中,小净距隧道凭借施工技术要求低、投资成本较小等优点获得广泛应用。文章以河池市境内的G210线大山塘隧道为工程实例,介绍了小净距隧道的间距设计方法,阐述了小净距隧道开挖及支护的关键施工技术,为类似隧道施工提供技术参考。     

人工冻结法单管冻结引起周围土体温度场变化的研究

为了研究人工冻结法单管冻结引起周围土体温度场的瞬态变化,文章根据冻结峰面将土体分为冻结区及降温区,并构建了相应的人工冻结相变温度场模型;采用变量代换的方法求解了单管冻结相变热传导控制方程,得出了用指数积分函数表示的冻结管周围土体温度瞬态变化的解析表达式;将指数积分函数级数展开式取有限项,计算得出了冻结管周围土体冻结区及降温区温度场分布的解析表达式;结合一工程算例探讨了土体冻结温差、冻结管吸热系数、单位体积土体的结冰潜热等因素变化对人工冻结温度场的影响。研究结果表明:土体冻结温差越大,冻结峰面半径发展速度越慢;冻结管吸热系数越大,土体冻结锋面半径的发展速度越快;土体的结冰潜热越小,其冻结峰面半径发展速度越快。并且,这三个影响因素与冻结峰面半径的发展近似呈线性关系。