浅论地铁联络通道水平冻结土体热固耦合研究

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1、分类号：TU752密级：公开UDC：单位代码：10424学位论文地铁联络通道水平冻结土体热固耦合研究李健申请学位级别：硕士学位专业名称：岩土工程指导教师姓名：李大勇职称：教授山东科技大学二零零九年五月论文题目：地铁联络通道水平冻结土体热固耦合研究作者姓名：李健入学时间：2006年9月专业名称：岩土工程研究方向：地基与基础工程指导教师：李大勇职称：教授论文提交日期：2009年5月论文答辩日期：2009年6月授予学位日期：STUDYONTHERMAL-SOLIDCOUPLINGOFHORIZONTALFREEZINGSOILFORCROSSPASSAGEINMETROTUNNELSA

2、DissertationsubmittedinfulfillmentoftherequirementsofthedegreeofMASTEROFPHILOSOPHYfromShandongUniversityofScienceandTechnologybyLiJianSupervisor:ProfessorLiDayongCollegeofCivilEngineeringandArchitectureMay2009声明本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于其它任何学术机关作鉴定。硕士生

3、签名：日期：AFFIRMATIONIdeclarethatthisdissertation,submittedinfulfillmentoftherequirementsfortheawardofMasterofPhilosophyinShandongUniversityofScienceandTechnology,iswhollymyownworkunlessreferencedofacknowledge.Thedocumenthasnotbeensubmittedforqualificationatanyotheracademicinstitute.Signature:Dat

4、e:山东科技大学硕士学位论文摘要摘要由于城市化进程的大力推进，为解决城市交通拥挤问题，国内许多城市掀起了地铁建设的高潮。而联接上、下行隧道的联络通道，在保证必要时乘客安全疏散功能的同时，又起到地铁运营中两车站间的集排水作用，其在施工过程中存在的风险性以及应对措施越来越引起人们的重视。人工冻结法以结构适应性强、无环境污染、隔水性好等优点，在联络通道施工中常被采用。在联络通道冻结法施工过程中，随着温度降低，冰水相变，土体强度提高，在联络通道开挖面周围形成一道起高强度支护作用的冻土帷幕；因冰水相变而产生的冻胀以及联络通道支护完成后冻土帷幕的解冻而带来的融沉，往往会使地表产生较大的变形，

5、影响道路交通，破坏地下管线或造成邻近建筑物（构筑物）产生倾斜、裂缝等事故；对已建盾构隧道也将产生不利影响。因此，在保证冻结法施工安全的前提下，必须严格控制地表及已建隧道的变形。研究地铁联络通道冻结法施工过程中温度场、应力场、渗流场的变化规律具有重要的现实意义。本文以在建南京地铁二号线莫愁湖站～汉中门站区间联络通道水平冻结法施工为工程实例，采用数值模拟方法，对联络通道及泵房人工水平冻结法施工过程中的温度场发展、地表与主隧道变形、渗流场发展规律进行研究，并将研究结果与工程实测相比较，得出了有价值的结论，从而为以后的联络通道冻结法施工进行较好的预报。研究内容及结论如下：1.为了得出渗漏

6、发生在冻土帷幕不同位置时渗流场与应力场的变化规律，采用有限元软件建立联络通道二维计算模型，对联络通道冻土帷幕分别在拱顶、拱角、底角处存在未冻土柱而发生渗漏时周围土层渗流场、应力场的耦合作用进行研究，得出各时段渗流场的分布规律与冻土帷幕的安全系数；以地表沉降预警值30mm为标准，当冻土帷幕分别在拱顶发生渗漏10天、拱角发生渗漏8天、底角发生渗漏7天时，必须对联络通道渗漏点进行封堵，加固渗漏处土体，否则地面将发生更大沉降。2.采用有限差分软件FLAC3D，建立主隧道、联络通道与泵房的三维计算模型，合理选择本构模型及各土层与支护结构的材料参数，对冻结法施工过程中冻结温度场扩展、周围土层

7、及已建隧道变形等规律进行研究。结果表明：随着温度降低，冻土帷幕逐渐形成，将产生极大地冻胀力；在冻胀力作用下地表产生6.55mm的隆起，已建隧道发生7.4mm的上浮，与冻土帷幕交叉部位出现应力集中，并在局部环缝处发生渗漏。数值模拟结果与现场实测吻合较好，可以对以后的联络通道冻结法施工进行预报。山东科技大学硕士学位论文摘要3.对联络通道及泵房在冻土帷幕的保护下进行开挖构筑施工引起位移场、应力场的变化规律进行模拟。结果表明：当联络通道埋深较浅时，开挖将产生地表隆起；主隧道管片衬砌与联络