基于蠕变效应的穿越隧道冻结帷幕开挖与支护三维数值模拟

人工冻结帷幕具有显著的蠕变效应。以上海地铁隧道穿越某正运营车站底板施工段为例,将冻土帷幕当作蠕变材料,隧道内土体及上部结构当作弹性介质,与冻结帷幕外围及结构其它部分相作用的土体当作土弹簧处理,运用大型通用MARC有限元程序,对隧道冻结帷幕开挖与支护的时间效应进行了详细地分析,并与实测数据进行比较,说明该种分析方法是可行的。缩短冻结帷幕暴露时间和采用分台阶开挖方式有利于提高车站底板、冻结帷幕和支护结构的稳定性。

水平冻结帷幕冻结效果的同位素示踪测试分析

以天河客运站折返线暗挖隧道水平冻结工程为例,介绍了示踪测试分析方法在冻结效果检验上的应用。对冻结帷幕边的2个示踪孔进行了单孔流速和流向测试,并利用这2个孔与帷幕中心的水文观测孔进行了连通试验。分析认为,天河客运站2号竖井坑道渗水已经对折返线冻结区附近地下水产生了影响,但尚在规范规定的允许范围内;冻结区的冻结效果总体上是好的,但应密切注意北段的冻结发展趋势。

大型锚碇基础围护工程冻结帷幕力学性态研究

冻结围护是利用人工制冷技术,使地层中的水结冰,将天然土层变成冻土作为围护挡土止水的新技术。依据冻结基本原理,在大型锚碇深基础中采用排桩内支撑结构并结合冻结帷幕止水是一种新的基坑围护形式,含水土层冻结后形成的冻结帷幕具有良好的封水性能,冻土墙刚度和强度较原土层有很大的提高且质量易于控制。相对于常规围护工程,冻结围护结构的冻胀力学特性复杂且研究资料贫乏,因此,其力学性状的研究将进一步完善冻结围护技术理论,保障基础工程顺利安全进行。通过对锚碇基础围护工程冻结帷幕温度场-应力场耦合的三维非线性数值模拟分析研究,得到冻结围护工程中冻结帷幕的冻胀力学性状特征,结合大型锚碇基础冻结围护工程实例的现场测试成果分析,验证数值模拟分析方法结果的合理性以及冻结围护技术的可靠性,研究成果将为今后冻结围护技术的工程推广应用提供理论基础。

液氮冻结帷幕水热耦合温度场数值分析及应用

液氮冻结温度场是具有相变、水分迁移的瞬态热传导问题。基于水热耦合理论建立了液氮冻结的温度场数学模型,获得了液氮冻结帷幕厚度和平均温度随时间发展均呈对数规律分布;冻结管组内连接方式对冻结效果有较大影响:三管串联形成的冻结帷幕厚度最不均匀、平均温度也最高,单管供回液连接方式冻结效果最好;但从经济效益和冻结效果综合因素考虑,双管串联冻结方式宜优先采用。研究成果完善了盾构进洞液氮冻结温度场理论和工艺。

地铁联络通道冻结帷幕力学性能研究

为研究地铁联络通道施工安全性,结合地铁联络通道的实际受力特点,采用结构力学和ANSYS有限元软件对冻结帷幕进行计算,得到2种冻结帷幕的安全系数。结果表明,通道弯拉应力最大值为0.721 MPa,压应力最大值为0.779 MPa,剪应力最大值为0.617 MPa,最大位移为31.1 mm;泵站弯拉应力最大值为0.07 MPa,压应力最大值为0.78 MPa,剪应力最大值为0.192 MPa,最大位移为16.4 mm。结构力学与数值模拟计算得出的结果互为补充,互为验证,计算结果均满足要求,安全系数较高。

地铁隧道联络通道冻结帷幕形成分析

结合上海地铁某旁通道冻结工程,根据人工冻土温度场的基本理论和工程实测数据,提出了工程实用的冻结帷幕形成分析方法,包括冻土帷幕的厚度、平均温度、界面宽度、卸压孔压力变化规律和探孔检查情况,通过实测的卸压孔压力上涨规律,判断冻土帷幕交圈时间,最后,通过探孔检查和工程开挖验证了理论分析的可靠性。本文为确定旁通道冻结工程适宜的开挖时机提供有效的分析方法,对类似冻结工程具有指导意义。

基于地质雷达法探测冻结帷幕研究

人工冻结法的冻结帷幕直接关系到地下施工的环境安全,现阶段对于冻结帷幕形成与否的判定仅仅通过有限的测温孔和压力孔数据,常造成判定不准、开挖后透水无法施工、需二次冻结的情况发生。为了高效准确地探测冻结帷幕的性态,本文通过地质雷达法进行冻结帷幕的探测试验。在实际物理探测前,采用数值模拟进行可行性分析,数值模拟结果表明,地质雷达法是有效的。以此为依据,笔者对内蒙古某地铁采用冻结法施工的联络通道进行实际探测,表明采用地质雷达法进行冻结帷幕的探测是基本可行的,能够对冻结帷幕进行定性分析,但要做到定量分析还需要继续深入研究。

不良地质条件下盾构机整体下沉处理技术——基于冻结帷幕加固技术

针对现有城市轨道地下工程中盾构施工方法在不良地质条件下易发生盾构机整体下沉等工程事故,提出了适用于流塑状淤泥地层、富水含砂地层的积极冻结技术。通过对某地铁工程盾构机整体下沉事故的成功处理,验证了冻结帷幕加固技术的有效性。工程事故处理结果表明,采用冻结加固处理技术将盾体、盾体周边土体及接收端的地连墙冷冻胶结成一体,可以提高盾体周围地层的承载力,有效地防止水土流失与盾构机整体下沉。

冻结帷幕在城市地铁矿山法隧道施工中的应用

广州地铁三号线天河客运站折返线隧道采用冻结帷幕矿山法暗挖施工,工程特有的浅埋、大断面、长距离、动荷载等技术指标和施工难度均为国内外之最。在施工设计过程中采用了多项冻土力学性能试验研究和工程结构模拟计算研究,并通过试验、研究结果及相似工程类比对原设计方案技术参数进行了部分调整,确保了工程暗挖段地面设施和隧道的稳定和安全。

软弱富水地层冻结帷幕施工技术研究

结合在淤泥质软弱富水地层中应用冷冻法进行地铁盾构区间旁通道施工情况介绍,就冻结帷幕设计,水平冻结孔施工,以及地层冻胀融沉控制等技术,进行了相关分析研究。

地铁隧道穿越承压水砂土层冻结帷幕设计与施工

以南京地铁2号线集庆门站区间隧道施工为例,介绍冻结帷幕设计与施工技术在流砂地层、地下水丰富、地质状况不好、开挖支护困难地质条件下的地铁隧道施工中的应用,并对冻结帷幕设计及施工技术进行了论述。

复杂空间条件下冻结帷幕与冻结孔布置可视化设计

郑州某地铁区间外挂泵房冻结工程埋深大、地质条件复杂、周边环境敏感,难以确定冻结孔布置形式。采用有限元软件ANSYS,研究了大埋深条件下冻结帷幕受力规律,确定了冻结帷幕主要参数;通过BIM技术,实现了冻结孔布置三维可视化,并进行了碰撞检测分析和冻结帷幕形成预测,解决了复杂空间条件下冻结孔布设难题。冻结加固实施结果表明,各项加固指标均达到了设计预期,为复杂空间条件下冻结加固设计提供了参考。

多冷媒非均质人工冻结壁弹塑性应力分析

【目的】受制冷媒介温度差异以及被冻地层与冻结管距离差异的影响,多冷媒联合双排管冻结壁的非均匀性较为显著,为了合理评价该类冻结壁的安全性,需开展考虑非均质性的多冷媒人工冻结壁弹塑性应力分析。【方法】选取距离1/4管距处的冻结壁作为特征截面,将该截面上的温度分布曲线等效成三段一次函数形式,并将冻结壁视为随温度成线性变化的非均质材料,分别基于4种冻土屈服准则,推导得出多冷媒联合双排管非均质冻结壁弹塑性应力解析表达式。基于该解析表达式,对多冷媒冻结壁的受力特性进行计算,并将该计算结果与均质冻结壁计算得出的结果进行对比。【结果和结论】研究发现:(1)在盐水-二氧化碳联合双排管冻结壁中,径向应力随着相对半径r的增加而上升,环向应力在不同冻结区间(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)表现出不同的变化趋势。(2)基于均质冻结壁计算理论,弹性极限状态的冻结壁的环向应力最大值出现在冻结壁内侧,弹塑性状态的冻结壁的环向应力最大值出现在弹塑性分界面处,塑性极限状态的冻结壁的环向应力最大值出现在冻结壁最外侧;而基于非均质冻结壁计算理论,冻结壁环向应力最大值始终出现在冻结壁分区界线(r=2)处。(3)在考虑非均质特性后,冻结壁的弹性极限承载力降低1.8%,而塑性极限承载力提高8.1%。在弹塑性状态下,对应相同塑性区相对半径,非均质冻结壁具有更高的承载力,且这种现象随着塑性区相对半径的增大而愈发明显。研究成果对富水地层多冷媒联合冻结帷幕的设计具有重要的参考价值。

隧道-逃生井平面斜交联络通道冻结施工温度场发展规律

结合台北市地铁某联络通道冻结工程,运用COMSOL有限元软件建立三维数值瞬变模型,针对该工程冻土帷幕和温度场的发展规律展开深入的研究,并对温度场的变化过程进行动态模拟。仿真模拟结果表明,当冻结管呈放射状排列时,冻结管的密度对冻结效果的影响非常显著,冻结管越密集的地方其冻结效果越出色;冻结壁的交圈时间成为冻胀变形迅速增加的决定性时刻,在设计冻结方案下,冻结壁交圈时间是第15天左右;通过模拟冻土帷幕的发育过程,整个冻土帷幕发展最薄弱的区域是逃生井右侧的冻结区域,建议增加冻结管的数量来加强该区域的冻结效果;3条路径测温点(DJ-1、DJ-2、DJ-3,路径DJ-1位于冻结区域之外,路径DJ-2位于冻结管附近,DJ-3位于冻结帷幕区域内部)的降温曲线表明,离冻结管距离越远冻结效果越差,温度下降速度越慢。整个冻土帷幕的平均厚度和平均温度满足冻结设计要求,验证采用联络通道冻结法是合理的。

富水地层多圈水平杯型冻结温度场分布形式及变化机理研究

为了掌握富水地层多圈水平杯型冻结温度场的分布形式及发展规律,以昆明地铁城市轨道交通5号线冻结加固工程为背景,通过现场监测、数值计算、室内试验对冻结帷幕温度场变化规律及内在机理展开研究,分析冻结壁温度场在形成过程中的变化规律.试验结果表明:在外部降温计划的作用下,冻结壁温度场按照温度变化过程分为快速降温阶段、潜热释放阶段、稳定温度阶段及冻结维护阶段4个阶段.各阶段曲线变化速率与加固范围内试样未冻水含量变化具有一定的关联,未冻水往往通过影响比热容、导热系数与潜热等热参数对冻结壁温度场的变化规律从而影响到整体下的温度场分布规律.未冻水含量变化通过改变冻结冰体圆柱与土柱的几何位置关系从而影响试样冻结过程中的热传导形式,其中比热容在正温阶段时随温度降低逐渐增加.

沈阳地铁联络通道冻结法工程应用技术研究

沈阳地铁联络通道兼泵房采用冻结法施工技术,保证冻结帷幕快速稳定发展是其施工关键所在。在冻结施工过程中,对低温盐水回路温度、冻土发展温度及地表位移沉降数据进行现场监测分析,从而确定冻结帷幕的发展规律及安全稳定性,确保工程施工各项数据达标。结果表明:温度随着冻结时间的变化先是急剧下降,之后会缓慢降低直至趋于稳定;冻结壁交圈根据监测是当卸压孔开始增大一段时间后无泥沙渗流,表明冻结帷幕形成良好;地表位移沉降一直处于稳定状态,无任何隆起、沉降、塌陷等现象发生,可保证冻结施工的如期进行。同时开挖施工获得的冻土帷幕信息证实了监测数据的准确性。

基于冻结法的城市地铁工程中联络通道施工技术分析

自冻结法首次在上海地铁联络通道工程中成功应用以来,已成为城市地铁联络通道的重要施工技术之一,但是在复杂地 层条件下联络通道冻结法施工技术的应用仍然面临一些难题。文中以某城市地铁工程为例,设计了联络通道冻结方案及施工参数, 然后从冻结法技术流程、积极冻结、维护冻结、开挖、融沉注浆方面分析了联络通道冻结法的应用要点,保证了联络通道开挖的 施工质量、安全,可为后续类似工程施工提供借鉴。

深埋泵站冻结施工的冻土帷幕设计及冻结效果分析

对上海轨道交通某站区间联络通道深埋泵站冻结施工参数进行调整,通过有限元法验算,以确保对泵站进行冻结施工过程达到合理的安全系数。对冻土帷幕厚度、不同位置冻结帷幕平均温度、卸压孔压力变化以及探孔情况等内容进行监测研究,检验冻结帷幕设计的合理性,最终对冻结帷幕的冻结效果进行评价。

深基坑冻结止水帷幕冻胀变形模拟分析与试验测试

通过对深基坑冻结止水帷幕工程冻胀特性的模拟分析,考虑初始应力场平衡及其与温度场、应变场等的耦合分析,结合试验与测试分析成果验证,系统研究冻结止水帷幕的冻胀变形特征、冻胀特性与冻土性质和约束条件的关系以及卸压槽的卸荷作用机制与变形控制效果等,为今后深基坑围护冻结止水技术的合理设计、安全施工和推广应用提供理论基础。

冻结法施工中渗流场对温度场的影响分析

针对地铁修建过程中渗流作用对冻结效果的影响问题,以南京地铁3号线为工程背景,运用有限元软件模拟冻结管的实际布置工况,探究渗流场对温度场的影响规律.研究结果表明:当存在水头差时,不同温度所围成的等温线会随水头差的方向偏移,最后等温线不再呈对称分布,且水头差越大,等温线不对称性程度就越高,水头差对温度场的影响会随着离冻结管的距离增加而减弱;渗流方向对冻结效果也存在一定的影响,实际工程中应该控制渗流方向与冻结管的布置方向一致,以加强最后的冻结效果.