注浆-冻结联合工法加固地铁隧道地表融沉特性研究

在地铁隧道修建过程中若遇到复杂不良地质,单一工法有时无法将冻胀融沉位移控制在预期范围内,而采用注浆-冻结联合工法施工,能够有效控制土体融沉位移的施工参数。本文以广州地铁三号线某折返线隧道冻结工程为背景,隧道所处地层为砂质黏土地层,采用有限元数值分析软件,建立水热力耦合模型分析地铁隧道冻胀融沉位移场的发展规律,并与实测数据进行对比验证了模型可靠性,建立不同注浆半径的地铁隧道模型。通过对比其注浆控制效果,得出该法能够控制地表融沉位移的最佳注浆半径,并在此基础上研究了不同水泥掺量对土体融沉位移的影响,进一步得出能够有效控制土体融沉位移的施工参数。结果表明,采用水泥预加固-人工冻结联合工法施工,注浆半径选取4~5 m对融沉的控制效果最佳,注浆半径在4 m以上时土体融沉位移的效率开始有了明显的减弱。水泥掺量大于9%时,改善土体融沉位移的效率开始提高;而水泥掺量达到12%以后,改善土体融沉竖向位移的效率变缓。注浆半径设定在4 m,水泥掺量设定为12%,此时与原施工方案对比,自然解冻末期地表融沉量减小了73%。本研究的设计参数可为其他类似工程施工提供理论依据。

水泥土地层冻融温度场全过程发展影响研究

为研究水泥改良土地层冻融温度场发展的影响因素,以广州地铁三号线某地铁隧道冻结工程为背景,通过水、热耦合的方式模拟隧道冻融温度场,研究其冻融温度场全过程发展影响规律,并与实测数据对比证明模型的精确性,分析导热系数、容积热容、原始地温和水泥掺量等因素对冻融温度场的影响。结果表明,土体在冻融温度场全过程发展过程中,先是大幅度降温,形成稳定冻结帷幕后,降温速率变缓,有效冻结壁厚度缓慢增加,进入自然解冻阶段后,温度快速上升直至达到相变阶段,在该阶段维持一段长时间后,土体迅速恢复正温;分析不同因素对冻结温度场的影响规律,其中土体容积热容,原始地温对冻结温度场冻结效果呈负相关,对于自然解冻温度场影响不大;土体导热系数的降低会抑制冻结温度场的发展,但是可以缩短自然解冻的周期;在水泥掺量为12%时,土体冻结效果最好,且融沉温度场发展速率最快,自然解冻周期最短。