地鐵聯(lián)絡(luò)通道水平凍結(jié)土體熱固耦合研究.pdf

1、由于城市化進(jìn)程的大力推進(jìn)，為解決城市交通擁擠問(wèn)題，國(guó)內(nèi)許多城市掀起了地鐵建設(shè)的高潮。而聯(lián)接上、下行隧道的聯(lián)絡(luò)通道，在保證必要時(shí)乘客安全疏散功能的同時(shí)，又起到地鐵運(yùn)營(yíng)中兩車站間的集排水作用，其在施工過(guò)程中存在的風(fēng)險(xiǎn)性以及應(yīng)對(duì)措施越來(lái)越引起人們的重視。人工凍結(jié)法以結(jié)構(gòu)適應(yīng)性強(qiáng)、無(wú)環(huán)境污染、隔水性好等優(yōu)點(diǎn)，在聯(lián)絡(luò)通道施工中常被采用。在聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工過(guò)程中，隨著溫度降低，冰水相變，土體強(qiáng)度提高，在聯(lián)絡(luò)通道開(kāi)挖面周圍形成一道起高強(qiáng)度支護(hù)作用的

2、凍土帷幕；因冰水相變而產(chǎn)生的凍脹以及聯(lián)絡(luò)通道支護(hù)完成后凍土帷幕的解凍而帶來(lái)的融沉，往往會(huì)使地表產(chǎn)生較大的變形，影響道路交通，破壞地下管線或造成鄰近建筑物（構(gòu)筑物）產(chǎn)生傾斜、裂縫等事故；對(duì)已建盾構(gòu)隧道也將產(chǎn)生不利影響。因此，在保證凍結(jié)法施工安全的前提下，必須嚴(yán)格控制地表及已建隧道的變形。研究地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工過(guò)程中溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、滲流場(chǎng)的變化規(guī)律具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文以在建南京地鐵二號(hào)線莫愁湖站～漢中門站區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道水平

3、凍結(jié)法施工為工程實(shí)例，采用數(shù)值模擬方法，對(duì)聯(lián)絡(luò)通道及泵房人工水平凍結(jié)法施工過(guò)程中的溫度場(chǎng)發(fā)展、地表與主隧道變形、滲流場(chǎng)發(fā)展規(guī)律進(jìn)行研究，并將研究結(jié)果與工程實(shí)測(cè)相比較，得出了有價(jià)值的結(jié)論，從而為以后的聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工進(jìn)行較好的預(yù)報(bào)。研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下：
　　1.為了得出滲漏發(fā)生在凍土帷幕不同位置時(shí)滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的變化規(guī)律，采用有限元軟件建立聯(lián)絡(luò)通道二維計(jì)算模型，對(duì)聯(lián)絡(luò)通道凍土帷幕分別在拱頂、拱角、底角處存在未凍土柱而發(fā)生滲漏時(shí)周圍

4、土層滲流場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的耦合作用進(jìn)行研究，得出各時(shí)段滲流場(chǎng)的分布規(guī)律與凍土帷幕的安全系數(shù)；以地表沉降預(yù)警值30mm為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)凍土帷幕分別在拱頂發(fā)生滲漏10天、拱角發(fā)生滲漏8天、底角發(fā)生滲漏7天時(shí)，必須對(duì)聯(lián)絡(luò)通道滲漏點(diǎn)進(jìn)行封堵，加固滲漏處土體，否則地面將發(fā)生更大沉降。
　　2.采用有限差分軟件FLAC3D，建立主隧道、聯(lián)絡(luò)通道與泵房的三維計(jì)算模型，合理選擇本構(gòu)模型及各土層與支護(hù)結(jié)構(gòu)的材料參數(shù)，對(duì)凍結(jié)法施工過(guò)程中凍結(jié)溫度場(chǎng)擴(kuò)展、周圍土層及

5、已建隧道變形等規(guī)律進(jìn)行研究。結(jié)果表明：隨著溫度降低，凍土帷幕逐漸形成，將產(chǎn)生極大地凍脹力；在凍脹力作用下地表產(chǎn)生6.55mm的隆起，已建隧道發(fā)生7.4mm的上浮，與凍土帷幕交叉部位出現(xiàn)應(yīng)力集中，并在局部環(huán)縫處發(fā)生滲漏。數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)吻合較好，可以對(duì)以后的聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工進(jìn)行預(yù)報(bào)。
　　3.對(duì)聯(lián)絡(luò)通道及泵房在凍土帷幕的保護(hù)下進(jìn)行開(kāi)挖構(gòu)筑施工引起位移場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的變化規(guī)律進(jìn)行模擬。結(jié)果表明：當(dāng)聯(lián)絡(luò)通道埋深較淺時(shí)，開(kāi)挖將產(chǎn)生地表

6、隆起；主隧道管片襯砌與聯(lián)絡(luò)通道交叉部位壓應(yīng)力較大，局部承受一定的拉應(yīng)力；在確保凍土帷幕厚度和強(qiáng)度條件下，聯(lián)絡(luò)通道開(kāi)挖構(gòu)筑施工是安全的。
　　4.對(duì)南京地鐵二號(hào)線莫漢區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道及泵站凍結(jié)法施工中鹽水去、回路溫度、測(cè)溫孔土層溫度、卸壓孔壓力、地表變形等的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果表明：鹽水去回路溫差越小，土體凍結(jié)情況越好；根據(jù)測(cè)溫孔可對(duì)凍土溫度分布以及凍土帷幕厚度進(jìn)行判斷；泄壓孔的設(shè)置可以有效減小凍脹壓力，并有利于凍土帷幕內(nèi)土體的開(kāi)挖；