黏土地层联络通道冻结壁厚度优化设计及应用研究

为解决传统冻结壁设计方法不能真实、合理地反映黏土地层中联络通道冻结壁实际受力情况,进而导致冻结壁厚度设计过于保守的问题,结合黏土地层直墙拱形冻结壁实际受力特点,基于对冻结壁支护压力的合理计算,提出1种适用于黏土地层冻结壁厚度设计的优化方法。结果表明:与传统设计方法相比,该方法所确定冻结壁支护压力与实际施工环境中冻结壁受力状态吻合效果更好,并且能够提供合理的安全储备;经数值计算和现场应用验证,计算所得冻结壁设计方案可以满足施工环境中的承载力及变形稳定性要求;且相较传统设计方案,所得方案兼具安全性与经济性,可有效规避因设计过于保守和冻结周期过长引起的冻胀、融沉变形过大等工程灾害的风险;该方法高效、易行,可为传统冻结壁设计方法提供必要补充,亦可为类似工程的施工设计提供有益参考。

基于黏土地层剪切破坏理论直墙拱形冻结壁厚度初选方法研究

现行传统的冻结壁厚度初选方法是基于松散体假定推导而来的,在理论上并不适用于黏土地层,因而导致冻结壁厚度设计过于保守。由此,不仅造成了极大的时间和资源浪费,而且给实际施工带来诸多难题。针对上述问题,基于黏土地层剪切破坏理论,提出并构建了适用于深埋黏土地层直墙拱形冻结壁的厚度初选方法。从数值计算和工程应用的角度均验证了其合理性与适用性,并进一步结合传统设计方法对改进方法的优越性进行比较与分析。研究表明:(1)传统设计方法因不能客观、真实地反映黏土地层围岩破坏模式及冻结壁支护压力,从而难以对冻结壁厚度进行合理初选;(2)基于黏土地层剪切破坏理论,提出并构建了一套适用于深埋黏土地层直墙拱形冻结壁厚度初选的优化方法,经验证其计算结果作为初选方案有效、可行;(3)相较于传统方法,改进方法在理论上更加贴近工程实际,设计所得冻结壁厚度值均明显小于传统方法设计值,在确保安全性的同时,可有效地提高冻结法施工的经济性;(4)随着地层黏聚力和隧道埋置深度的增大,由改进方法得到的冻结壁厚度虽分别呈减小和增大的趋势,但均明显小于同等参数下传统方法设计值,且两者的增大对冻结壁厚度的优化程度呈正相关叠加关系;(5)推导并构建的一般公式和设计流程可为现有规范提供必要补充,同时可为同类型工程的冻结法设计与施工提供有益参考。