地铁隧道冻结法施工融沉控制方案及实施

区间联络通道现已成为双线隧道建设必不可少的一部分,具有排水、防火、连通两隧道以及在隧道发生事故时作为“逃生通道”的作用。为准确掌握厦门滨海区隧道联络通道冻结法施工过程中温度场的发展规律,开展了厦门地铁六号线马集区间段2^#联络通道冻结法施工全程监测与分析,并采用Diana有限元程序建立与放射状布置冻结孔完全相同三维数值模型分析了冻结施工过程中温度场随时间的变化规律,将数值分析结果与代表性点实测数据进行了对比。结果表明：各测点温度的变化趋势大体一致,测位点越深冻结效果越好;泄压孔压力初始时大小差异主要是由孔点所处的固有土压不同所致;距冻结管越近土体温度降速越快,冻结土强度越高,形成冻结壁后冻结效率相应提高;数值分析所得温度场是非对称的;该数值模拟方法具有便捷性、较好的可行性和较高的可靠性,可作为今后类似工程冻结施工温度场的预测方法。     

浅埋隧道冻结法施工地表冻胀融沉规律及冻结壁厚度优化研究

浅埋隧道对地表冻胀、融沉变形有严格要求。针对珠机城际轨道交通项目联络通道冻结壁设计改进问题,基于热-力耦合理论,利用有限差分数值计算方法对冻结法施工全过程进行模拟,通过比较研究不同厚度冻结壁模型引起的地表冻胀、融沉变形及隧道管片变形规律,实现冻结壁厚度的优化设计。研究表明:(1)该数值模型可有效模拟地表冻胀、融沉变形,利用已查明数值误差对计算结果进行折减可得到较为准确的实际变形预测值;(2)不同模型地表冻胀、融沉规律大致相同,但变形量及影响范围随冻结壁厚度减小呈递减趋势,当冻结壁厚度为2.5 m及以下时变形基本满足规程要求;(3)土体冻胀、融沉变形并非简单的互逆过程,融沉变形通常大于冻胀变形,平均超出量达40%,应特别注意;(4)冻结壁厚度越大相应产生的冻胀力越大,通过优化冻结壁厚度可有效控制隧道管片附加应力及变形的产生,保护已建隧道结构安全;(5)综合选定2.5 m为冻结壁改进厚度,成果直接应用于4#联络通道冻结法施工,经现场监测表明该优化方案有效、可行,对类似工程冻结壁厚度设计具有较好的推广应用价值。     

地铁联络通道冻结施工的热流固(THM)耦合分析

随着城市地铁规模的不断发展, 冻结法在地铁联络通道施工中得到了广泛应用.为了得到合适的地层冻结工艺参数和指标, 了解开挖隧道对地层稳定性的影响, 保证工程的安全性, 基于考虑相变及冻胀的热-流-固(THM)耦合理论, 采用COMSOL有限元分析软件模拟某地铁联络通道水平人工冻结及开挖施工过程.分析了冻结过程中地层温度场、渗流场及位移场的变化规律, 研究了开挖后地层位移场的分布规律.结果表明: 由于水渗流作用, 温度场和位移场的分布不再关于y轴对称;在人工冻结过程中, 地表处冻胀位移的最大值出现在y轴以右, 冻胀量变化表现为先线性增长, 而后趋于稳定.总体上, 实施人工冻结可以很好地增加周围土体的强度及稳定性, 对止水和抑制地层变形具有良好的效果.     

南京地铁试验段联络通道及排水泵房冻结加固施工技术及分析

结合南京地铁试验段联络通道及排水泵房冻结法施工,分析总结了冻结法在冻结管施工、冻结、开挖构筑等阶段的施工技术难点及对策,同时,对施工监测进行分析,探讨了冻结过程中温度、地面变形、冻胀压力等的变化规律,可以为今后南京地铁旁通道冻结法施工及监测提供一定的参考。     

滨海软土冻结温度场发展规律

为研究滨海软土地层中联络通道冻结温度场的发展规律,以上海轨道交通15号线罗秀路站至百色路站区间联络通道为工程背景,对冻结帷幕厚度、平均温度及冻结过程进行分析,通过建立联络通道三维数值模型预测冻结温度场发展规律,并与实测温度数据进行分析验证。结果表明：地层中存在固有压力导致泄压孔含有初始压力值,埋设冻结管时注入大量水泥浆将抑制地层中水分迁移,减小冻结过程冻胀影响;冻结过程地层温度下降规律可分为温度快速下降、降温速度减小后增大、降温速度缓慢减小、温度稳定4个阶段;冻结帷幕内外侧发展速度比例为1.42︰1,灰色粉土比粉质黏土夹粉土冻结效果好,粉质黏土夹粉土发展速度为20.02 mm/d,灰色粉土发展速度为29.75 mm/d。     

冻结法在南京地铁隧道流砂地层中的应用

南京地铁一号线张府园～三山街区间隧道联络通道位于流砂地层，地下水丰富，开挖支护困难，因此采用冻结法施工。介绍了施工要点和需要注意的问题。实践证明，在流砂地层开挖隧道，使用冻结法是一个良好的选择。     

南京地铁联络通道冻结法施工措施分析

对南京地铁一期工程TA4标联络通道冻结法施工的成功经验进行了总结。指出地铁联络通道冻结法施工中,必须采取必要的施工技术措施,才能保证施工安全、顺利的进行。本工程的成功经验可供其他工程参考。     

地铁联络通道冻结监测分析

南京地铁一期工程联络通道采用冻结法施工中,对冻结盐水温度、冻土温度、地表变形等方面进行了跟踪监测;通过对监测结果进行分析研究,获得了冻结盐水温度、冻土温度、冻涨压力、卸压孔压力的变化规律,在此基础上提出了联络通道冻结施工的建议。研究成果可供其他工程参考。     

组合地层渗流作用下人工冻结软土冻融特性模型试验研究

人工地层冻结法是一种广泛应用于沿海隧道施工的方法,随着沿海地区越来越多地下工程建设,以砂-黏组合地层渗流为主要代表的复合地层给人工地层冻结法施工带来了新的挑战。本文依托浦东机场新建卫星厅联络通道冻结法案例,采用模型试验的方法模拟砂层渗流对上覆软黏土冻结过程的影响,设置不同渗流条件下的试验作为对照,分析了冻结法施工过程中,水在砂层中不同的渗流速度对上部软黏土冻融位移、温度场分布及含水率变化的影响;并通过图形处理软件对冻结过程中软黏土裂隙扩展进行分析。结果发现砂-黏组合地层中水在砂层的渗流会促进上部软黏土水分迁移,并促进软黏土裂隙的发展,引发融沉量增加、冻结壁发育不规则等问题。研究结果可为冻结法在砂-黏组合地层中的应用提供重要的理论依据及参考意义。     

基于流固耦合理论水下隧道冻结壁厚度优化研究

水下隧道对冻结壁厚度设计有特殊要求,针对珠机城际轨道交通项目下穿马骝洲水道段联络通道冻结壁设计改进问题,基于流固耦合分析理论,利用有限差分数值计算方法对水下隧道冻结壁稳定性进行研究,通过对不同厚度冻结壁响应情况的对比研究,实现对于冻结壁厚度的优化设计。研究表明:相较无渗流模型,流固耦合模型冻结壁应力分布规律相同,但整体量值增大明显,水的作用不可忽略;水的存在使冻结壁受力趋于"均匀",应力集中现象缓解,但高剪应力区范围扩大,使其剪切破坏风险加大,且冻结壁受力形式有从受压向受拉改变的趋势,对结构稳定不利;冻结壁在流固耦合作用下变形加剧,且随厚度减小而愈发显著,模型厚度达到2.0m以上时变形基本稳定;流固耦合模型塑性区多集中于两侧拱脚区域,3.0 m和2.5 m模型整体完好,2.0 m模型两侧拱脚出现相向发展塑性区,1.5 m模型塑性区厚度接近贯穿,1.0 m冻结壁拱脚已形成明显贯穿破坏;综合选定2.5 m为冻结壁改进厚度,成果直接应用于4#联络通道冻结法施工,经现场监测表明该优化方案有效、可行,对类似工程冻结壁厚度设计具有重要的推广应用价值。     

Studies on Construction Pre-control of a Connection Aisle Between Two Neighbouring Tunnels in Shanghai by Means of 3D FEM,Neural Networks and Fuzzy Logic

The ground freezing construction technique is one of the most effective and widely applied site construction methods in soft soil areas, like Shanghai. Some elevation-inclined refrigeration pipes are arranged for the artificial freezing excavation of the Pudong-side first-storey connection aisle, which is designed to connect two adjacent tunnel lanes of Shanghai East-Fuxing-Road tunnel project. No advanced research results could be found for computing the temperature field of tunnels and aisles frozen with inclined refrigeration pipes. Anyhow the computation of the relevant temperature field is of high importance for the safe and economical excavation of the above-mentioned aisle. In this paper, a method for computing the aisle temperature field using 3D FEM is given, and the computation accuracy is verified by contrasting the computed and site measured results. The back propagation neural networks are also applied to the temperature prediction using self-developed Neural Network-Expert System software, the predicted results are also very satisfactory. The mechanism during freezing and aisle excavation will be discussed on the basis of 3D FEM simulation. The authors believe that studying the parameter-sensitivity of temperature field is very important for the optimum selection of parameter values. So, in this paper, the parameter-sensitivity of temperature field is also discussed. In order to obtain the optimum frozen wall thickness, the relation between the frozen wall thickness and the initial freezing brine temperature is studied. At the end, an excavation pre-control plan is proposed by means of fuzzy logic theory for improving the excavation safety. The research result of the current paper is very helpful for projects that will be excavated by freezing construction technique.     

地铁联络通道冻结加固融沉注浆研究

介绍了国内首个地铁联络通道强制解冻融沉注浆工艺的设计与施工。整个施工过程中对土体温度和地表变形进行了监测,得到了温度和地表变形的变化规律。由于冻结法施工中存在冻胀和融沉问题,过量的冻胀、融沉会对地表建筑和地下管线产生危害。结合工程实例,对强制解冻融沉注浆进行了研究,该工程对冻结加固体分区强制解冻、及时进行融沉注浆、二次加固土体,消除了后期压密沉降发生的可能,地表变形的监测表明强制解冻融沉注浆技术在该类工程中应用效果良好。     

地铁联络通道冻结施工的三维数值模拟

冻结法在地铁联络通道施工中得到了广泛的应用,冻土墙的设计温度和厚度是工程安全的重要前提,为了直观了解冻土墙的力学特性,掌握联络通道内土体开挖对冻土墙的影响,保证工程的安全,对施工过程进行了三维数值模拟,得出了有价值的结论,并把计算结果与实测进行了比较,可供工程实践参考.     

大型锚碇基础围护工程冻结帷幕力学性态研究

冻结围护是利用人工制冷技术,使地层中的水结冰,将天然土层变成冻土作为围护挡土止水的新技术。依据冻结基本原理,在大型锚碇深基础中采用排桩内支撑结构并结合冻结帷幕止水是一种新的基坑围护形式,含水土层冻结后形成的冻结帷幕具有良好的封水性能,冻土墙刚度和强度较原土层有很大的提高且质量易于控制。相对于常规围护工程,冻结围护结构的冻胀力学特性复杂且研究资料贫乏,因此,其力学性状的研究将进一步完善冻结围护技术理论,保障基础工程顺利安全进行。通过对锚碇基础围护工程冻结帷幕温度场-应力场耦合的三维非线性数值模拟分析研究,得到冻结围护工程中冻结帷幕的冻胀力学性状特征,结合大型锚碇基础冻结围护工程实例的现场测试成果分析,验证数值模拟分析方法结果的合理性以及冻结围护技术的可靠性,研究成果将为今后冻结围护技术的工程推广应用提供理论基础。     

新型管幕冻结法在河堤防渗加固中的温度场分析

为了探究新型管幕冻结法是否能够对河堤进行有效的防渗加固,利用有限元软件基于温度场对新型管幕冻结法在防渗固堤中的应用展开研究,设置4条分析路径,对冻土帷幕的基本情况和各路径的冻结效果特征进行分析。结果表明:冻土帷幕自冻结管处形成后向周围蔓延,从第8天起,0.5 m深度上侧的冻土帷幕发展开始“加速”,相较于另一侧冻土帷幕,其发展更快、强度更高、冻结更密实。冻结完成后,0.5 m深度上侧冻土帷幕均匀密实,坡面上温度最低可降至?25.34℃,各观测点温度均在?24℃以下,最终冻结温度和降温速率均呈现出“M”形特征;堤面最快可在第11天开始冻结,在第14天冻土覆盖整个堤面,土体最终冻结温度与深度之间呈指数函数关系。管幕钢管边界冻结差异较大,最高温点与最低温点温度分别为?24.94℃和?2.89℃,相差约22℃,冻土帷幕最小厚度约0.78 m。所得结果可为将来的相关实际工程提供参考依据。      

管幕冻结隧道“顶管?冻土”复合结构力学特性试验研究

拱北隧道暗挖段作为港珠澳大桥珠海连接线的重点工程,首次运用管幕冻结法进行施工。该法综合管幕法和人工地层冻结法的优势,可在隧道断面形成“顶管?冻土帷幕”复合支护体系,有效实现“承载”与“顶管间止水”的双重目标,确保隧道开挖时的稳定与安全。为获得“顶管?冻土”复合结构的温度、变形与力学特性,基于相似理论自主研发构建一套相似模型试验系统并开展试验研究,同时利用有限元软件COMSOL Multiphysics建立数值计算模型进行模拟验证。结果表明:复合结构的冻结温度场因空、实顶管及其内部冻结器的布置形式呈现不均匀分布特征,冻土形成速率在冻结后期明显变缓;土体竖向冻胀变形在60~160 min内急剧增大,且冻胀量随深度增加而增大,整体规律与温度场分布密切相关;土体冻结产生的冻胀力对顶管水平受力影响较大,空顶管相对刚度较小而产生较大水平变形;在加载阶段,顶管受力与变形均以竖向为主。因空、实顶管刚度差异和冻土厚度不均匀的共同影响,空顶管竖向变形包含了“弯曲”与“压扁”并具有非线性特征,其跨中截面底部竖向位移峰值约为实顶管的1.6倍;加载至0.28 MPa时,管间冻土首先发生破坏,进而导致顶管间封水功能失效,实际施工中应重点监测空顶管的变形规律、管间冻土帷幕的温度变化及其完整性。研究成果可为管幕冻结法的施工与监测提供参考,也可为热力耦合数值计算模型提供验证依据。