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。     

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。     

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%。     

地铁联络通道冻结法施工冻融全过程温度场发展特性及影响因素分析

以福州地铁金山站—金祥站区间联络通道冻结法施工为工程背景,通过现场实测与有限元数值计算相结合方法,开展冻结温度场冻融全过程发展特性及影响因素分析研究。研究结果表明：冻结管内侧土体降温速率为外侧土体降温速率的1.26倍;受冻结管布置影响,喇叭口处冻结壁呈马蹄形,而通道处冻结壁呈类矩形状;正常通道段积极冻结阶段末期,冻结壁有效厚度平均值为2.62 m,平均温度为-11.3℃;维护冻结阶段结束时,冻结壁有效厚度增加0.23 m,平均温度降低0.2℃,自然解冻阶段的外侧土体温度回升速率明显高于内侧土体温度回升速率;联络通道冻结温度场发展受不同因素影响较大,在积极冻结阶段早期主要受地层初始地温度影响,积极冻结阶段后期主要受土层导热系数影响。     

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...     

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。     

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。     

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。     

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。     

复杂地层超长联络通道施工技术

结合杭州地铁1号线彭埠站～建华站区间1号联络通道施工实例,分析了在高压缩性饱和软黏土、高压沼气层和承压水层的复杂地层中超长联络通道施工风险,提出了针对饱和软黏土喷涌、承压水突涌、沼气逸出和冻结壁融化风险的关键施工技术,对沿海软土地层地铁联络通道施工具有一定的借鉴意义.     

线路重叠交叉段下部隧道联络通道冻结法施工对上部隧道的影响

以某地铁线路隧道重叠交叉段联络通道施工为工程背景,针对下部隧道联络通道冻结法施工,建立Midas/GTS建立三维有限元模型,分析联络通道冻结法施工过程对上部隧道的影响。分析结果表明:下部隧道联络通道施工完成后,上部隧道最大沉降量为-0.322 mm,最大隆起量为0.211 mm,最大水平位移为-0.053 mm,均在安全可控范围内;上部隧道结构最大拉压应力也均满足强度要求。     

地铁联络通道冻结法施工中冷冻排管布置形式分析

在富水土层中的地铁联络通道施工目前往往采用冻结法。该工法辅助冻结面易出现薄弱点,一般采用冷冻排管加保温板的方式进行保温,增强冻结效果。对冷冻排管的规格、贴合形式、流量、间距等参数进行分析,结合上海轨道交通9号线部分工程实测数据,得出适合地铁联络通道冻结施工使用的相关参数。     

国内地铁首条越江区间联络通道结构设计

研究目的:武汉地铁2号线越江区间联络通道,是国内地铁首次在长江底砂层中实施的联络通道,其中带有泵房的3#联络通道最大水头高度约56 m,高水压和高风险,结构设计尚无先例可以借鉴和参考,需采用合理的设计方案,以保证结构安全和施工安全。研究结论:本文对位于江底埋深最大的3#联络通道及泵房,进行研究分析,有如下主要结论:(1)实践证明江底砂层采用冻结法加固地层,是安全可靠的,但应尽量优化泵房有效容积,减小集水池体量,降低冻结施工风险;(2)常规的矩形断面集水池设计,难以同时满足冻结施工和结构高水压抗剪双重要求;(3)联络通道采用结构墙体变厚度,集水池水平向采用近椭圆形断面设计方案,取得意想不到的结果,不仅克服高水压抗剪的问题,而且新的结构型式大大改善结构受力,提高结构安全富裕度;(4)该种联络通道结构型式可为其它类似隧道的设计提供借鉴。     

地铁盾构隧道旁通道冻结法施工技术

结合上海地铁M8线施工实例,介绍了在粉质黏土地层中施作地铁盾构隧道通道的冻结法施工技术,包括冻土帷幕厚度设计、冻结孔布置、冻结施工参数、冻结施工工艺流程、施工安全技术措施等.     

黄河岸滩强透水卵石层动水条件下冷冻地铁隧道联络通道修建技术

介绍了我国首个黄河岸滩强透水卵石层地铁隧道联络通道在动水条件下冻结工程的设计、施工监测等情况。对黄河联络通道修建的重难点及冻结控制要点等作了分析,提出冷冻法的成孔、钻孔、冻结参数选择及封孔等关键技术,解决了黄河联络通道难以加固、钻孔困难、高压涌水、施工风险高等一系列施工难题,通过对冻结帷幕土体温度等的监测和分析研究,获得联络通道冻结安全施工的参数,并对施工中的问题提出了建议。     

联络通道冻结法施工对盾构隧道影响研究

冻结法加固目前已大量使用于富水地层隧道加固,如盾构始发接收、联络通道开挖。本文依托地铁盾构隧道联络通道工程实例,探究宁波地区冻结法施工过程中黏土冻胀和融沉机理,并通过冻结区温度、位移监测数据分析来讨论联络通道冻结法施工对隧道的影响,得出宁波地层易出现融沉及跟踪注浆的必要性,并得出了冷冻交圈时间及冷冻交圈形成后隧道影响变小,以及联络通道开挖易造成附近隧道结构上浮等结论,为盾构隧道联络通道冻结法施工工程提供借鉴和参考。     

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。     

冻结法在兰州地铁红砂岩地层中的应用

结合兰州地铁1号线14工区五里铺至东部市场站区间联络通道冻结法施工实例,分析冻结法施工技术在兰州红砂岩地层中的应用效果,提供了部分施工中获取的技术参数,为后续类似工程提供参考。     

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。     

内置式泵房在城市轨道交通工程中的创新应用

城市轨道交通区间隧道废水泵房与联络通道普遍采用合并建设的方式。国内软土地区的联络通道(兼废水泵房)目前多采用冻结法+矿山法施工,废水泵房需在联络通道开挖完成后,在其底部往下开挖3~5 m,施工风险很大。结合宁波市轨道交通工程,设计了盾构区间内置式泵房,并详细介绍了泵房的总体布置和相关专业的设计方案。该设计能够满足废水泵房的使用功能,同时满足现行设计规范的要求。内置式泵房的泵房位置从区间隧道外调整至区间隧道内,大大减小了联络通道的体量,从而减小了区间隧道的施工风险。同时,泵房与联络通道分离,使得联络通道的平面位置选择和区间纵断面的设计更为灵活。