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。     

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%。     

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。     

冻结法在城市地铁矿山法隧道中的应用

冻结法在作为矿山法隧道的一种辅助施工方法,代替了当矿山法隧道浅埋且位于富水的软弱地层时传统的地面注浆、大管棚、小导管、洞内注浆等辅助施工措施。其原理是在隧道周围布置水平冻结孔,并在冻结孔中循环低温盐水,使冻结孔附近的含水地层结冰,形成强度高、封闭性好的冻结壁(冻土帷幕),然后在冻结壁的保护下运用矿山法进行隧道开挖与构筑施工。     

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。     

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.     

广州地铁超长水平冻结施工设计

广州地铁天河客运站站后折返线采用矿山法冻结帷幕施工,即"水平孔冻结加固土体,隧道内开挖构筑"的施工方法,水平超长距(大于100 m)、大断面(直径大于10 m),在国内、外均无此工程记录.主要介绍水平冻结长度,冻结帷幕(冻结壁),水平冻结孔布置,测温孔、水文孔、卸压孔布置、冻结需冷量施工等设计及冻结时间估计,阐明钻孔施工和冻结制冷施工的主要技术措施、冻胀及融沉预防措施等.     

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。     

深埋泵站冻结施工的冻土帷幕设计及冻结效果分析

对上海轨道交通某站区间联络通道深埋泵站冻结施工参数进行调整,通过有限元法验算,以确保对泵站进行冻结施工过程达到合理的安全系数。对冻土帷幕厚度、不同位置冻结帷幕平均温度、卸压孔压力变化以及探孔情况等内容进行监测研究,检验冻结帷幕设计的合理性,最终对冻结帷幕的冻结效果进行评价。     

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。     

地铁隧道联络通道薄弱环节冻结孔布孔方式

地铁隧道联络通道冻结施工的最薄弱环节为隧道开挖对侧顶部区域的冻结。目前,该区域的冻结存在单排长孔冻结和长孔加短排加强孔冻结两种布孔方式。通过对杭州、上海的3个不同布孔方式的地铁联络通道工程现场温度数据的收集,冻结、开挖期间冻结效果的观测,以及钻孔施工情况的分析与对比,发现采用短排加强孔的冻结效果有明显的提升,但是过度密集的布孔可能会造成断管问题的出现。     

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。     

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。     

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。     

高压富水砂岩地层中铁路隧道冻结法施工衬砌结构研究

新建固原—王洼铁路程儿山隧道穿越高压富水砂岩，需采用冻结法施工。本文采用数值模拟方法对围岩冻结、解冻两种状态下隧道衬砌结构受力、变形和安全性进行了分析。结果表明：冻结加固后冻结体温度在-22～-16℃，具有一定的强度，因此无论是强度等级为C30—C50的60 cm厚钢筋混凝土衬砌，还是厚度为40～60 cm的C45钢筋混凝土衬砌，安全系数均满足规范要求；冻结体解冻后隧道衬砌轴力增大1.95倍，弯矩增大1.70倍，结构安全系数由3.36降至3.15，结构设计时应按围岩解冻状态考虑二次衬砌的受力，可采用变截面对衬砌结构局部加厚。施工阶段和竣工后监测结果显示，双层初期支护适用于冻结法隧道施工，二次衬砌采用厚60 cm的C45钢筋混凝土结构，冻结体解冻后未出现裂缝、渗漏水等问题，衬砌结构安全。     

地铁双线隧道冻结施工期地表冻胀解析预测方法

隧道人工冻结施工期地层的冻胀现象会对工程周边环境产生不良影响,合理的地表冻胀预测方法对隧道冻结设计和施工具有重要意义。为此,针对地铁双线隧道冻结施工期地表冻胀问题,考虑土体结冰温度,同时假设冻结管管壁温度恒定,采用单管冻结理论与平板冻结理论求解冻结锋面半径解析解。进而基于随机介质理论,考虑冻结壁发展过程,分别建立地铁双线隧道冻结壁交圈前后地表冻胀的历时预测模型,并采用Maple数学软件编制相应的数值计算程序,结合工程案例开展准确性分析,通过对比验证该预测模型的准确性,同时说明地表冻胀位移分析中考虑土体结冰温度及冻结壁平均温度的必要性。最后,采用因素分析法,分析3种隧道埋深(6,12,18 m)和4种隧道净距(0.25D,1.0D,2.0D,3.0D)条件下地表冻胀位移的演化规律。结果表明,随着隧道净距的增加,冻土层中产生的冻胀叠加效应逐渐减弱,双线隧道中心线处地表冻胀位移最大值逐渐减小,其形态存在由“双峰”型向“单峰”型转换的过程;当隧道净距恒定时,随着隧道埋深的增加,地表冻胀位移整体呈下降趋势,隆起形态由“单峰”型转为“双峰”型,且隧道埋深对于地表隆起形态的影响程度大于隧道净距。研究...     

地铁区间盾构出洞水平冻结加固工艺

以上海地铁某盾构出洞洞冻结加固施工为例,介绍地铁区间盾构出洞采用水平孔冻结加固的施工工艺(包括盾构出洞加固冻结方案、冻结施工技术参数、冻结孔施工前车站内衬墙的补强、冻结孔施工工序等)和过程控制;分析了冻结加固效果,为今后市政及相关工程采用该工艺施工提供了一个范例。     

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。