地铁联络通道冻结加固技术研究

《地铁联络通道冻结加固技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、中国矿业大学岳丰田地铁联络通道冻结加固技术研究1概述人工冻结是在天然冻结基础上，随着人工冻结凿井技术逐步发展起来的。冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水冻结，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁的保护下进行隧道、立井和地下工程的开挖与衬砌施工技术。其实质是利用人工制冷技术临时改变岩土的状态以固结地层。1862年，英国首次在南威尔士的建筑基坑中使用了冻结法；1880年，德国工程师F．H．Poetch在国际上首次提出并获得人工冻结法专利；1概述1955年，我国首次在开滦

2、林西风井使用盐水冻结法凿井并获得成功；80年代，随着我国地下工程的增多，逐渐由矿山工程，向城市各类工程推广应用，完成了北京、上海地铁的多项隧道水平冻结工程，预计3年内上海轨道交通使用冻结法施工的联络通道近100个；迄今为止，各国冻结井最大深度分别为：英国930m，美国915m，波兰860m，加拿大634m，比利时638m，前苏联620m，德国531m，法国550m，中国702m。1概述冻结法的优点:1安全可靠性好,可有效的隔绝地下水；2适应面广。适用于任何含一定水量的松散岩土层，在复杂水文地质如软土、含水不稳定土

3、层、流砂、高水压及高地压地层条件下冻结技术有效、可行；3灵活性好。可以人为地控制冻结体的形状和扩展范围，必要时可以绕过地下障碍物进行冻结；4可控性较好。冻结加固土体均匀、完整；5污染性小。“绿色”施工方法，符合环境岩土工程发展趋势；6经济上较合理。2冻结原理根据使用冷媒的不同，制冷方式包括四种系统：1氨（氟利昂）－盐水冻结系统（BrineSystem）；2液化气体系统（液氮）（LiquefiedGasSystem，LiquidNitrogen）3二氧化碳（干冰，CO2）；4混合冻结系统（盐水+干冰；盐水+液氮）。

4、盐水冻结系统液化气体系统干冰系统2冻结原理冻结法适用的条件：(1)土层宜为砂性土、粘性土(包括砂层、淤泥质土等)及强风化基岩，对于卵砾石地层，因成孔困难，应有相应的钻孔设备；(2)土层的含水量＞10％；(3)地下水的临界流速＜2m／d。3冻胀融沉3.1冻胀机理冻胀可分为原位冻胀和分凝冻胀。孔隙水原位冻结造成体积增大约9％，但由于外界水分补给并在土体迁移到某个冻结位置，体积增大会远大于9％，所以开放系统饱和土中分凝冻胀是构成土体冻胀的主要分量。一般说来，分凝冻胀的机理包括两个物理过程：水分迁移和成冰作用。3.2融沉

5、机理富冰冻土融化时,融化后的土体由于冰变成水体积减小产生融化性沉降,同时由于在融化区域发生排水固结,引起土层的压密沉降。3.3冻胀融沉的影响因素土体的冻胀融沉与土体本身的性质和各种外部影响因素有关。土体本身的性质包括土的矿物成分、粒度组成、土体的含水量、土的结构、压缩系数以及土的热物理性质。外部影响因素主要包括，上覆荷载、水源补给条件、冻结和融化温度、温度梯度等。4联络通道冻结设计计算4.1联络通道结构冻结帷幕设计冻土帷幕设计方法是采用常规结构力学方法进行结构计算，利用大型有限元分析软件ANSYS程序进行验算。下

6、面以一中心埋深22.226m的旁通道为例，给出旁通道冻结的设计。旁通道位置处隧道中心标高-18.366m，地面标高为+3.86m。旁通道由两个与隧道相交的喇叭口、旁通道和泵站组成，其结构包括隧道管片相接的喇叭口、直墙圆弧拱结构的通道和中部矩形集水井三个部分。喇叭口开挖尺寸为：1.1m(长)×4.4m(宽)×4.83m(高)通道开挖尺寸为：4.72m(长)×3.3m(宽)×4.23m(高)集水井开挖尺寸为：4.8m(长)×3.3m(宽)×4.2m(高)。4冻结设计计算4.1联络通道结构冻结帷幕设计旁通道模型简化为如

7、图所示的刚架，其中拱顶的角度为99.93°，拱上作用均布载荷0.255MPa，垂直部分受梯形载荷（0.255+0.013*h）MPa。4冻结设计计算4.1联络通道结构冻结帷幕设计将应力结果和冻土的强度相比较,得出安全系数,结果列于下表厚度(m)1.61.82.0应力类型压拉压拉压拉应力值(Mpa)0.8670.4790.7060.3930.5870.328安全系数k3.924.384.825.345.796.40表中的安全系数K是由冻土强度与其相应的应力比值。由于旁通道断面的土层以粘土为主，故冻土强度以冻土平均温

8、度为-10℃时的粘土强度为准，σ=3.4Mpa,σ拉=2.1Mpa。从表中数据可见冻土厚度取1.6m即可。4冻结设计计算4.2有限元法联络通道冻结帷幕验算利用大型有限元分析软件（常用的为ANSYS）,取冻结壁厚度分别为1.6m、1.8m、2.0m，按旁通道和泵站两部分进行应力和变形的分析计算。5冻结孔布置及制冷设计5.1冻结孔的布置根据冻结帷幕设计及旁通道的结构，冻结孔按