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%。     

冻结法在富水砂层暗挖施工中的应用

以采用冻结法作为联络通道暗挖辅助工法的西安地区某地铁联络通道工程为研究对象,基于实测数据及数值模拟,进行湿陷性黄土地区富水砂层冻结法暗挖施工的土体温度场、应力场及冻胀融沉规律研究。结果表明:积极冻结期,越靠近冻土帷幕内侧、周围布置冻结管越多,冻结壁的发展速率越快;积极冻结期土体降温梯度随径向深度增加而增大;泄压孔对冻土帷幕的冻胀力释放及冻胀位移控制具有显著作用,其压力突变可作为冻土帷幕交圈闭合的判别依据;以冻土最慢发展速率计算得出的积极冻结期偏于保守,同时"成冰公式法"可用于湿陷性黄土地区富水砂层冻结法施工中冻土帷幕平均温度的估算;土体开挖后,冻土帷幕在联络通道内壁上会发生向联络通道内侧的位移;土体开挖后联络通道内壁冻胀位移的有限元计算结果存在3类误差,即度量范围误差、地应力平衡误差和开挖尺寸误差,前2类误差可通过调整有限元计算结果的度量范围进行减小。     

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。     

复杂地质条件下地铁联络通道冻结工程冻土温度场变化规律

目的：揭示冻土形成与发展的过程可以为复杂地质条件下的冻结法施工提供科学依据，因此需研究冻结过程中冻土温度场的变化规律。方法：以福州地铁某江底联络通道冻结工程为例，开展土体热物理参数试验及冻结温度场试验。通过试验获得土体的导热系数、比热容、冻结温度等重要热物理参数值，以及冻结温度分别为-5℃、-10℃、-15℃和-20℃时，冻土温度场的变化规律。利用ANSYS有限元计算软件开展了冻土温度场数值计算分析，获得了不同冻结时间下，冻结温度场计算分布图、沿路径A—B的温度分布情况、有效厚度范围内冻土的平均温度等计算结果，并与工程实际测量值进行了对比分析。结果及结论：冻结温度越低，土体温度的变化速率越快；当冻结温度为-5℃、-10℃、-15℃及-20℃时，距离冷源最远处的测温孔测量得到的冻结温度稳定值分别为0.75℃、-3.00℃、-4.00℃及-7.50℃,稳定温度与相应冻结温度之间的差值分别为5.75℃、7.00℃、9.00℃以及12.50℃;该冻结工程冻土交圈时间为30 d,积极冻结时间为45 d,冻土平均温度达到了-14.80℃;计算结果与实测数据基本吻合，误差在工程允许范围之内，验证了所...     

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。     

富水砂卵石地层联络通道人工冻结温度场分析

为研究冻结法在富水砂卵石地层条件下的适应性以及冻结设计方案的合理性,对成都地铁10号线区间联络通道冻结加固过程进行了数值模拟分析。分析结果表明:积极冻结过程中盐水循环温度、测温孔以及卸压孔各项数据正常;冻结开始后10～35 d是冻结壁成型的主要时期,40 d时冻结壁厚度达到设计要求;各测温孔温度在0～5 d时下降速度快,之后降速减缓,在40 d时各测温孔平均温度降至-10℃。数值模拟结果与现场监测数据吻合较好,表明采用数值模拟方法研究冻结温度场可行,现场的冻结设计方案合理。     

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。     

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。     

北京地铁联络通道三维冻结温度场数值模拟

以北京地铁7号线一区间联络通道兼泵房冻结法施工为背景,分析联络通道冻结温度场.根据倾斜放射状布置的冻结管群建立三维计算模型,利用有限差分软件FLAC 3D对冻结温度场进行数值模拟,并与现场实测温度作对比.结果表明:冻结管放射状布置时,沿联络通道不同横截面温度场分布不尽相同,冻结管越密集,温度场发展得越快,所形成的冻结壁...     

基于结构力学力法的地铁联络通道冻结壁厚度设计研究

介绍了人工冻结法的基本原理以及人工冻结法中选用合适冻结壁厚度的重要性。现有的冻结壁厚度设计方法无法适用于地铁联络通道冻结壁厚度设计计算,因此结合地铁联络通道的实际受力特点,提出采用结构力学力法设计冻结壁厚度。建立了新的冻结壁结构计算模型,求解冻结壁各截面内力;再利用冻结壁应满足的应力强度条件推导出冻结壁厚度与任意截面所受内力的关系式,计算联络通道的冻结壁设计厚度;利用推导出的冻结壁厚度计算公式,结合哈尔滨地铁联络通道的冻结法施工案例,计算出该联络通道冻结壁设计厚度取2.0 m;利用ANSYS数值分析软件验证了该种冻结壁厚度设计方法满足设计要求。     

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。     

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。     

某地铁工程长距离联络通道水平冻结法加固设计与有限元分析

以武汉轨道交通机场线盘龙城站—宏图大道站区间的长距离联络通道为工程背景,采用水平冻结法加固地层的施工方法,对其进行冻结设计。采用COMSOL Multiphysics有限元软件对联络通道进行温度场分析,得到控制截面冻结壁的有效厚度及有效温度,均满足设计要求。分别采用结构力学方法和有限元方法对冻结壁厚度、强度及稳定性进行分析计算,结果表明,上述指标均满足设计要求,证明了冻结工艺设计的合理性。水平冻结法施工时,机场线联络通道采用双侧布置冻结孔和防偏技术,并严格控制温度变化,有效保证了工程安全顺利进行。     

兰州地铁砂岩地层联络通道冻结法加固技术分析

为研究冻结法加固技术在强风化砂岩(红砂岩)地层中的适用性,依托兰州地铁1号线联络通道工程,首先介绍地层加固方案,通过经典解析法核算冻结壁平均设计温度。基于包含土体、隧道和联络通道的三维数值模型,讨论施工各阶段的冻结壁安全系数。最后,根据监测结果分析隧道收敛、地表沉降等关键施工控制参数。结果表明:冻结壁平均设计温度符合要求,可保证各阶段冻结壁安全系数满足规定,各项监测指标均未超过控制标准。冻结法在强风化砂岩(红砂岩)地层中具有很好的适用性,能够有效解决其他加固技术难以克服的难题。     

软土地层冻结加固工程塑料管冻结壁形成规律及影响因素研究

针对地铁隧道盾构进出洞冻结加固工程中,盾构机刀盘无法切割土体中钢制冻结管的难题,提出采用塑料管作为冻结管,以实现直接切割.为获得塑料管冻结时的冻结壁发展规律,采用实体物理模型试验与有限元模型分析相结合的方法进行研究.将模拟计算数据与实体物理模型试验数据进行对比,验证了有限元计算模型的准确性;基于该模型,研究不同因素对冻结壁的影响规律.研究结果表明:PVC(聚氯乙烯)管冻结时的冻结壁发展速度约为钢管冻结时的0.85倍;PVC管冻结时,管径与初始地温对冻结壁发展速度有一定影响,冻结壁发展速度随管径增大而线性增快,随初始地温上升而线性降低;PVC管冻结时,盐水温度对冻结壁发展速度影响较为明显,两者之间近似呈线性关系,盐水温度每降低5℃,冻结壁发展速度增快6.2 mm/d.     

渗流作用下砂层冻结模型试验研究

在地下水渗流地层进行冻结法施工时极易发生工程事故,为评估冻结效果,确保施工安全,应对冻结壁发展规律及其厚度计算进行深入研究。基于相似准则,通过室内模型试验,研究静水和不同渗流速度下饱和砂层冻结温度场分布规律,同时基于巴霍尔金温度场解析解,提出适用于渗流条件下冻结壁厚度的计算方法。研究表明:静水冻结时,饱和砂层冻结温度场呈对称分布,冻结壁交圈后温度场和巴霍尔金温度场解析解基本一致;渗流冻结时,冻结壁交圈时间变长,交圈位置偏向下游,上下游温度场差异性明显,渗流速度介于2.3～2.5 m/d时,冻结壁难以交圈;所提出的渗流条件下冻结壁厚度公式计算结果和模型试验实测值较为吻合。研究结果对渗流地层冻结规律认识及冻结效果评估具有指导意义。     

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。     

基于随机介质理论的土体融沉预测及其参数敏感性分析

为预测人工冻结法施工引起的地表融沉,以广州某地铁为研究背景,考虑土体压力的变化,运用随机介质理论建立马蹄形水平冻结融沉计算模型,分析对地表融沉有影响的各参数的敏感性。由计算结果得出,水平冻结引起的地表竖向融沉呈正态分布,在隧道中心处达到最大值;参数敏感性分析得出各参数敏感度从大到小依次为冻结壁厚度、土体主要影响角正切值、隧道埋深、融化与压密系数;最大竖向融沉随着冻结壁厚度、土体主要影响角正切值、融化与压缩系数的增大而增大,随着隧道埋深的增大而减小。     

富水砂层中联络通道施工工法及其控制措施

研究目的:通过对4种联络通道施工方法的特点、风险性等方面的分析与比较,提出地下工程富水砂层的联络通道首选施工工法;提出其设计与施工的关键控制措施,以确保施工的质量和安全。研究结论:处于富水砂层中的联络通道施工,冻结法由于具有可靠性高,对地下水、土层无污染等优点,是施工方法的首选。为了保证冻结法成功、安全实施,必须考虑联络通道洞口处管片的特殊设计;为了减轻冻土膨胀对隧道的影响,在隧道内设置内支撑可有效控制隧道变形;冻结施工过程中应采用应急措施,如安装安全门等措施避免发生施工意外;土体冻胀和融沉阶段采取卸压孔、热水循环及跟踪注浆等控制措施是非常有效的。     

盾构下穿敏感性建筑的管棚+水平冻结接收技术

无锡地铁胜利门站~三阳广场站区间右线盾构接收处于软弱地层小半径曲线段,且需下穿商场敏感性建筑,盾构距商场基础下方3.7 m。受地面加固条件限制,盾构接收采用水平冻结+管棚注浆加固方式。本文给出杯底厚度3 m,杯壁长度11.4 m的杯型水平冻结加固方案,并对冻结温度场进行实测与分析,获得了冻结壁发展变化规律;提出端头管棚注浆加固工艺与参数,盾构掘进至小半径曲线段与切削杯底冻结土体的具体推进参数,解冻时进行融沉跟踪注浆的具体参数,并对建筑物的变形进行实时监测,实测结果表明,水平冻结+管棚注浆加固效果良好。绿洲商场主楼最大沉降量仅2.6 mm,证明采用水平冻结加管棚注浆工艺合理可行,为今后类似工程提供了可行技术。