联络通道冻结法施工对盾构管片的影响分析

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近年来随着地下空间的广泛开发利用,全国地铁建设进入了快速发展的时期。联络通道作为地铁隧道突发条件下的防灾和人员快速疏散设施已成为地铁隧道的必要配套设置。目前联络通道施工方法主要采用矿山法,但在城市软弱、富水地层条件下使用矿山法易发生塌方、突水等事故,这些事故的潜在威胁给施工安全带来较大风险。因此在地质情况较差的情况下使用矿山法需配合使用冻结法、注浆法等辅助工法以改善施工条件。冷冻法因具有隔绝地下水、提高富水层围岩强度、灵活、无污染等特点在联络通道施工中获得广泛应用。但是冻结法也会造成冻结期间地层冻胀、解冻期间地层融沉并可能引起地表隆起、地表沉陷等一系列问题,给工程结构安全造成威胁。本文以某市地铁联络通道施工工程为依托,对解冻期间的温度、应力、变形等进行监测,并建立三维有限元模型,通过依据单元温度区分原状土、冻土、融土三种土体状态实现土体的冻胀融沉模拟。同时对解冻期间的温度变化过程以及热应力进行瞬态分析,重点就地层条件以及冻结隧道施工场地风速对冻结温度场和应力场的影响情况进行了研究。本文通过ANSYS软件的热-应力耦合分析模块对依托工程的卵石土地层不同解冻时期土层温度场、衬砌管片的位移、应力进行分析,并设置黏土层、砂土层与卵石层进行对比分析。研究表明土性对衬砌管片不同位置的位移、应力均有不同程度的影响,其中三种土质的解冻周期、融沉敏感度有较大差异,且在解冻前期土体融沉对衬砌管片造成的位移、应力变化较为剧烈。本文通过设置三种场地风速条件1m/s、5 m/s、10m/s对管片衬砌结构的位移、应力等进行分析。研究表明:在解冻前期,衬砌管片位移对1m/s~5 m/s低风速区有较高的敏感度,而衬砌管片应力则对5 m/s~10m/s高风速区有较高敏感度。
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