濱海地鐵隧道人工凍結圍巖熱力耦合分析.pdf

1、在地下工程建設向更深更難條件下發(fā)展的形勢下，凍結法技術將是在深厚表土層、含水地層中施工的有效方法。人工凍結法的本質是為了加強土體的穩(wěn)定性、減少施工時土層的變形以及阻斷地下水的流動。但是，凍結法在施工過程中所產生的凍脹、融沉現象會對城市地面和建筑產生不利影響。因此，通過對地鐵隧道凍土帷幕的溫度場和位移場進行數值模擬可以控制凍結時間和土層的凍脹融沉等問題。
　　本文結合濱海地鐵隧道工程實例，用有限元ANSYS軟件建立了隧道水平凍結施工

2、的模型，對積極凍結后的凍結帷幕溫度場和凍結條件下隧道開挖進行了數值模擬，研究了隧道在積極凍結結束后的溫度場情況和凍結過程中的凍脹應力場分布，研究了凍脹引起的地表豎向位移和土層位移隨時間變化規(guī)律，研究了隧道開挖后的應力重分布情況和開挖引起的位移場分布。
　　通過對積極凍結后的土體溫度場進行數值分析，可以得到不同位置的凍結帷幕厚度和平均溫度。將計算結果與實測值進行比較，調整參數重新計算，預測隧道一區(qū)的交圈時間為60～80天，此時凍土帷

3、幕的平均溫度均不高于-10℃，凍土帷幕厚度將達到2m。通過凍結帷幕溫度場與應力場耦合分析可知，除凍結帷幕附近外，越靠近模型底面，豎向應力越大。上表面的水平應力方向與負溫區(qū)相反，且在地面位置有最小應力值，此后應力隨著深度的增加而逐漸增大。初始應力場和位移場都呈水平均勻分布，土層由上到下應力值逐漸增加，位移值逐漸減小。應力最大值為0.96MPa，位移最大值為16.7mm。通過對維護凍結期隧道開挖過程的分析，表明第一主應力最大值出現在隧道底部

4、兩腳附近，約為0.3MPa，第三主應力最大值出現在隧道底部襯砌與臨時支架連接處，最大值約為0.5MPa。在隧道開挖完后，應力關于隧道中心線呈對稱分布。剪應力最大值出現在隧道兩側底角附近，最大值約為0.15MPa，這是由于隧道兩側底角曲率半徑小，導致此處應力集中。最大彎矩位于襯砌和臨時支架連接處，約為152KN·m。通過對隧道在分區(qū)開挖時的應力場、位移場和支護結構的受力情況進行分析，驗證凍結帷幕設計參數的正確性和安全性。這對今后的凍結法施