地铁平面斜交联络通道冻结温度场数值模拟分析

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由于人工冻结法对地下水资源的污染小、对周边建筑物的影响小且施工的限制条件少,已被广泛地应用到隧道工程的施工中。然而,人工冻结法在隧道联络通道的应用过程中,冻结壁的发育情况是联络通道掘进施工的前提,故研究联络通道冻结壁温度场的变化规律对隧道联络通道的施工具有重要的意义。本文以福州地铁5号线农林大学站~洪塘路站区间联络通道为研究对象,采用ABAQUS模拟软件对联络通道积极冻结期间冻结壁的温度场发展规律进行模拟,以判断冻结设计方案是否合理及是否需要采取优化措施。首先,通过室内试验获得不同土层的热物理参数;其次,通过ABAQUS有限元软件建立斜交联络通道不同截面处的二维平面模型,并将模拟得到的冻结壁厚度,冻结壁平均温度及各测温点温度分布与冻结施工方案进行对比,验证冻结施工方案的合理性;最后,在此基础上,对冻结壁的发展情况及冻结壁温度场变化规律进行分析。最终得出的主要结论如下:(1)通过对不同土层的土样进行人工冻土热物理力学性能试验,获取冻土与未冻土的密度、比热、单轴抗压强度、导热系数以及冻结温度等参数,为后续的ABAQUS模拟提供参数。(2)ABAQUS数值模拟结果表明,冻结前期,冻结壁的发展速度较快;冻结后期,冻结壁的发展速度明显变缓,但总体冻结发育情况良好。积极冻结45天后,各个特征面上的冻结壁厚度均满足设计要求。(3)冻结壁平均温度计算结果表明,冻结前期,冻结壁平均温度下降较快;冻结后期,冻结壁平均温度下降相对平缓。各个特征面上的冻结壁平均温度均在-20℃左右,达到设计要求的-13℃。(4)测温点处温度变化规律表明,积极冻结初期,测点处的冻土温度的下降速率最大,这是因为在冻结初期冻结管中盐水的温度与土体的温度相差较大,两者会进行强烈的热交换,使得土体的温度下降较快;当测点处的土体温度降至0℃时,土体中的水出现过冷现象,在水结成冰的过程中,逐渐释放潜热,受此影响,土体温度下降会短暂变慢;当测点处的土体温度低于0℃时,未冻水含量逐渐降低,土体温度继续降低;当测点处的土体温度降至-20℃时,土体温度变化趋于平缓。图34表34参78
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