【硕士】地铁隧道冻结法施工冻结壁温度场及地表冻胀位移数值试验研究【2009】

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内容简介

　　学科专业：水利水电工程　　授予学位：工学硕士　　学位授予单位：兰州理工大学　　学位年度： 2009年　　随着社会经济的发展和城市人口的增长，建筑物不断的向高层和地下发展，开发地下空间已成为人类扩大生存空间的重要手段和发展趋势，而修建地铁将是开发地下空间最有力的手段之一。　　人工冻结法由于具有适应各种复杂的工程地质和水文地质条件，可弥补盾构施工的缺陷。无烟、无尘，环境污染小，适宜在城市中施工，不影响城市经济的正常运行等优点，在地铁施工中广泛应用。但是由于人们不能准确把握冻结壁的温度场及人工冻结所引起的地表冻胀位移量，使得在冻结法施工中出现各种事故，如道路出现裂缝、沉陷、结构断裂、基础上拔等。　　针对以上问题应用大型数值计算软件ANSYS，通过对不同土体温度设定不同焓值的方法建立了可以考虑人工冻结过程中的冰水相变现象的数值试验模型，通过大量的数值试验，量化研究了各种土质下盐水温度、冻结管直径、冻结管间距、土层含水量等参数对冻结壁温度场的影响规律，此外，还通过引入负的热膨胀系数的方法来考虑人工冻结过程中的地表冻胀问题，采用多种数值试验方案，着重研究了隧道埋深、冻结壁厚度、隧道开挖半径、土体冻胀率等参数对地铁水平冻结法施工地表冻胀位移的影响规律，得出以下结论：　　1．冻结壁的厚度均随着冻结时间的增长基本呈线性增长：在同一时刻冻结壁厚度随着冻结管直径的增大，冻结管间距的减小，盐水温度的降低，含水量的减小而越来越大：　　随着冻结时间的增长各个因素下不同水平的冻结壁厚度的差值越来越大。　　2．在工程施工中冻结管的直径最好不小于10cm，冻结管间距不大于0．8m，对于粘土，盐水温度不高于-22℃，粉质粘土和亚砂土盐水温度均不高于-26℃。　　3．冻结速率均随着冻结时间的增长，先减小再趋于平缓，而后又有增大的趋势。　　4．各因素的变化对冻结壁的影响由大到小依次为：盐水温度、冻结管间距、冻结管直径。　　5．地表垂直位移量和水平位移量随隧道埋深的增加而减小。　　6．地表垂直位移量和水平位移量随人工冻结壁厚度的增加而增长。　　7．地表垂直位移量和水平位移量随地铁隧道开挖半径的增加而增长。　　8．地表垂直位移量和水平位移量随冻胀率的增长而快速增大。　　

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