地鐵聯(lián)絡通道水平凍結土體熱固耦合研究.pdf

1、由于城市化進程的大力推進，為解決城市交通擁擠問題，國內許多城市掀起了地鐵建設的高潮。而聯(lián)接上、下行隧道的聯(lián)絡通道，在保證必要時乘客安全疏散功能的同時，又起到地鐵運營中兩車站間的集排水作用，其在施工過程中存在的風險性以及應對措施越來越引起人們的重視。人工凍結法以結構適應性強、無環(huán)境污染、隔水性好等優(yōu)點，在聯(lián)絡通道施工中常被采用。在聯(lián)絡通道凍結法施工過程中，隨著溫度降低，冰水相變，土體強度提高，在聯(lián)絡通道開挖面周圍形成一道起高強度支護作用的

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

3、凍結法施工為工程實例，采用數值模擬方法，對聯(lián)絡通道及泵房人工水平凍結法施工過程中的溫度場發(fā)展、地表與主隧道變形、滲流場發(fā)展規(guī)律進行研究，并將研究結果與工程實測相比較，得出了有價值的結論，從而為以后的聯(lián)絡通道凍結法施工進行較好的預報。研究內容及結論如下：
　　1.為了得出滲漏發(fā)生在凍土帷幕不同位置時滲流場與應力場的變化規(guī)律，采用有限元軟件建立聯(lián)絡通道二維計算模型，對聯(lián)絡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)生滲漏時周圍

4、土層滲流場、應力場的耦合作用進行研究，得出各時段滲流場的分布規(guī)律與凍土帷幕的安全系數；以地表沉降預警值30mm為標準，當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，必須對聯(lián)絡通道滲漏點進行封堵，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)絡通道與泵房的三維計算模型，合理選擇本構模型及各土層與支護結構的材料參數，對凍結法施工過程中凍結溫度場擴展、周圍土層及

5、已建隧道變形等規(guī)律進行研究。結果表明：隨著溫度降低，凍土帷幕逐漸形成，將產生極大地凍脹力；在凍脹力作用下地表產生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)應力集中，并在局部環(huán)縫處發(fā)生滲漏。數值模擬結果與現(xiàn)場實測吻合較好，可以對以后的聯(lián)絡通道凍結法施工進行預報。
　　3.對聯(lián)絡通道及泵房在凍土帷幕的保護下進行開挖構筑施工引起位移場、應力場的變化規(guī)律進行模擬。結果表明：當聯(lián)絡通道埋深較淺時，開挖將產生地表

6、隆起；主隧道管片襯砌與聯(lián)絡通道交叉部位壓應力較大，局部承受一定的拉應力；在確保凍土帷幕厚度和強度條件下，聯(lián)絡通道開挖構筑施工是安全的。
　　4.對南京地鐵二號線莫漢區(qū)間聯(lián)絡通道及泵站凍結法施工中鹽水去、回路溫度、測溫孔土層溫度、卸壓孔壓力、地表變形等的監(jiān)測數據進行分析。結果表明：鹽水去回路溫差越小，土體凍結情況越好；根據測溫孔可對凍土溫度分布以及凍土帷幕厚度進行判斷；泄壓孔的設置可以有效減小凍脹壓力，并有利于凍土帷幕內土體的開挖；