【摘 要】
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人工冻结法以其绿色无污染的特点在地铁联络通道的施工中得到了广泛的应用。在冻结法施工过程中,自然因素和人为施工因素对温度场发展的影响不同,处理不当会导致冻结壁无法交圈或者过冻;冻结后的联络通道在进行开挖时容易引起较大的地表位移,从而对周边管线以及地表建筑物产生影响。基于上述问题,本文以郑州机场至许昌市域郑州段某区间联络通道冻结法工程为依托,采用室内试验、理论推导、数值模拟以及现场实测相结合的方法,系
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人工冻结法以其绿色无污染的特点在地铁联络通道的施工中得到了广泛的应用。在冻结法施工过程中,自然因素和人为施工因素对温度场发展的影响不同,处理不当会导致冻结壁无法交圈或者过冻;冻结后的联络通道在进行开挖时容易引起较大的地表位移,从而对周边管线以及地表建筑物产生影响。基于上述问题,本文以郑州机场至许昌市域郑州段某区间联络通道冻结法工程为依托,采用室内试验、理论推导、数值模拟以及现场实测相结合的方法,系统地研究处在该富水砂层中的联络通道,在冻结法施工过程中温度场、渗流场以及应力场的变化规律,主要研究内容及结论如下:（1）在低温条件下对现场采集的土体试样进行单轴压缩试验、单轴抗折试验、三轴剪切试验,得到其在-10°C抗压强度为4.43MPa,弹性模量为99.53MPa,泊松比为0.256;抗折强度（抗弯拉强度）为2.25MPa;黏聚力为1.177MPa,内摩擦角为21.86°。（2）基于试验所得冻土力学特性,结合实际工况,采用结构力学方法进行冻结壁厚度设计,通过数值模拟验证其结果的可靠性,结果表明:联络通道在该地区富水砂层中埋深小于14.55m时,厚度为2m的冻结壁即可满足强度要求。（3）基于流热耦合理论,结合实际工况模拟出冻结过程中温度场的变化规律并与现场实测进行对比,在此模型的基础上采用灵敏度分析的方法研究不同因素对温度场发展的影响,结果表明:四个因素对冻结温度场的影响从大到小依次为地下水流速、冻结管间距、冻结管直径、初始地温,基于此提出减小冻结管间距是削弱地下水流速对温度场影响的最有效方法。（4）基于热-流-固耦合理论,结合实际工况对联络通道冻结过程及一次性开挖过程进行模拟,将得到的温度场变化规律与流热耦合得到的温度场变化规律进行对比分析,结果表明:冻结过程中应力场对温度场的发展影响较小,因此在研究冻结过程中的温度场发展规律时,可忽略应力场。同时基于此模型,分析不同埋深下联络通道冻结后开挖的地表变形特性,为今后联络通道开挖注浆提供技术支撑。
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