盾构进出洞水平冻结土帷幕解冻方式及解冻规律研究

论文摘要

盾构法隧道施工中,端头土体加固是盾构机始发、到达技术的一个重要组成部分,端头土体加固的成功与否直接关系到盾构机能否安全始发、到达。因此,合理选择端头加固施工工法是保证盾构法隧道顺利施工非常重要的环节。而冻结法作为一种形式灵活、适应性强、施工无污染、对环境影响小的土体加固方式在盾构进出洞地层加固施工中具有更高的可靠性与安全性。然而存在的问题是后期冻土融化过程中产生的沉降会对周围环境造成一定的影响,因此掌握其自然解冻过程中温度场变化规律或者采用人工强制解冻的方法来缩短冻土解冻周期对注浆控制融沉十分必要。本文系统介绍了人工冻土解冻方式并提出了自然解冻与人工强制解冻的解冻原理及数学模型,以此为基础,利用大型有限元软件分别建立自然解冻与强制解冻的数值模型进行温度场计算和各相关因素的敏感性分析。以南京地铁二号线集庆门车站北端头盾构到达人工水平冻结加固工程为依托,进行了现场实测研究,得到了人工冻土自然解冻温度场变化规律并与计算结果进行了对比。综合以上研究提出了人工强制解冻施工工艺及参数。通过研究表明:南京地铁二号线集庆门车站北端头盾构到达洞口人工水平冻土帷幕自然解冻周期较长。自然解冻完成时间随着土体导热系数和相变潜热的增大而延长,随着容积热容量的增大而减小。隧道内环境温度与原始地温越高则对缩短自然解冻周期越有利。而采取人工强制解冻后可以大大缩短解冻完成时间,从而大大缩短了融沉跟踪注浆的时间。通过提高循环热水温度、延长热水循环时间、减小解冻管间距能够有效缩短冻土帷幕人工强制解冻的完成时间。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 冻土温度场研究方法
• 1.2.2 解冻方式的现状
• 1.2.3 自然解冻研究
• 1.2.4 人工强制解冻研究
• 1.3 研究内容、研究方法及技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法及技术路线
• 第2章 人工冻土解冻方式及解冻数学模型理论研究
• 2.1 自然解冻
• 2.1.1 自然解冻原理及解冻方式
• 2.1.2 盾构进出洞水平冻结自然解冻温度场计算数学模型
• 2.2 人工强制解冻
• 2.2.1 强制解冻原理及解冻方式
• 2.2.2 盾构进出洞水平冻结强制解冻温度场数学模型
• 第3章 自然解冻原位实测研究
• 3.1 工程概况
• 3.1.1 工程地质
• 3.1.2 冻结形式及冻结参数
• 3.2 自然解冻实测方案
• 3.3 自然解冻实测分析
• 3.3.1 解冻温度场测温孔内各测点温度随时间变化
• 3.3.2 解冻温度场不同深度各测点温度空间变化规律
• 第4章 人工冻土自然解冻温度场数值分析
• 4.1 模型建立
• 4.1.1 几何模型
• 4.1.2 数学模型
• 4.1.3 参数选择
• 4.1.4 荷载处理
• 4.1.5 单值性条件
• 4.2 有限元模型
• 4.3 计算结果分析
• 4.4 自然解冻温度场影响因素敏感性分析
• 4.4.1 导热系数影响
• 4.4.2 容积热容量影响
• 4.4.3 相变潜热影响
• 4.4.4 隧道内环境温度影响
• 4.4.5 冻结时间影响
• 4.4.6 原始地温的影响
• 第5章 人工冻土强制解冻温度场数值分析
• 5.1 数学模型
• 5.1.1 几何模型
• 5.1.2 数学模型
• 5.1.3 参数选择
• 5.1.4 荷载处理
• 5.1.5 单值性条件
• 5.2 有限元模型
• 5.3 计算结果分析
• 5.4 人工强制解冻温度场影响因素敏感性分析
• 5.4.1 循环热水温度影响
• 5.4.2 循环热水时间影响
• 5.4.3 解冻管间距影响
• 5.5 盾构进出洞水平冻结冻土帷幕人工强制解冻施工工艺
• 5.6 盾构进出洞水平冻土帷幕人工强制解冻施工技术参数指标
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文
• 详细摘要