濱海地鐵隧道人工凍結(jié)圍巖熱力耦合分析.pdf

1、在地下工程建設(shè)向更深更難條件下發(fā)展的形勢(shì)下，凍結(jié)法技術(shù)將是在深厚表土層、含水地層中施工的有效方法。人工凍結(jié)法的本質(zhì)是為了加強(qiáng)土體的穩(wěn)定性、減少施工時(shí)土層的變形以及阻斷地下水的流動(dòng)。但是，凍結(jié)法在施工過(guò)程中所產(chǎn)生的凍脹、融沉現(xiàn)象會(huì)對(duì)城市地面和建筑產(chǎn)生不利影響。因此，通過(guò)對(duì)地鐵隧道凍土帷幕的溫度場(chǎng)和位移場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬可以控制凍結(jié)時(shí)間和土層的凍脹融沉等問(wèn)題。
　　本文結(jié)合濱海地鐵隧道工程實(shí)例，用有限元ANSYS軟件建立了隧道水平凍結(jié)施工

2、的模型，對(duì)積極凍結(jié)后的凍結(jié)帷幕溫度場(chǎng)和凍結(jié)條件下隧道開(kāi)挖進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了隧道在積極凍結(jié)結(jié)束后的溫度場(chǎng)情況和凍結(jié)過(guò)程中的凍脹應(yīng)力場(chǎng)分布，研究了凍脹引起的地表豎向位移和土層位移隨時(shí)間變化規(guī)律，研究了隧道開(kāi)挖后的應(yīng)力重分布情況和開(kāi)挖引起的位移場(chǎng)分布。
　　通過(guò)對(duì)積極凍結(jié)后的土體溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值分析，可以得到不同位置的凍結(jié)帷幕厚度和平均溫度。將計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，調(diào)整參數(shù)重新計(jì)算，預(yù)測(cè)隧道一區(qū)的交圈時(shí)間為60～80天，此時(shí)凍土帷

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

4、兩腳附近，約為0.3MPa，第三主應(yīng)力最大值出現(xiàn)在隧道底部襯砌與臨時(shí)支架連接處，最大值約為0.5MPa。在隧道開(kāi)挖完后，應(yīng)力關(guān)于隧道中心線呈對(duì)稱(chēng)分布。剪應(yīng)力最大值出現(xiàn)在隧道兩側(cè)底角附近，最大值約為0.15MPa，這是由于隧道兩側(cè)底角曲率半徑小，導(dǎo)致此處應(yīng)力集中。最大彎矩位于襯砌和臨時(shí)支架連接處，約為152KN·m。通過(guò)對(duì)隧道在分區(qū)開(kāi)挖時(shí)的應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行分析，驗(yàn)證凍結(jié)帷幕設(shè)計(jì)參數(shù)的正確性和安全性。這對(duì)今后的凍結(jié)法施