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《安徽理工大学》 2006年
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人工水平冻结法隧道施工理论与试验研究

张经双  
【摘要】:随着城市化的步伐加快,向地下要空间已成为城市发展的历史必然。由于人工地层冻结法具有诸多优点而成为富含水层地下工程施工方法中一种常用形式,但地层水平冻结法施工的影响因素多,且多数处于城市繁华地带,工程风险大。 本文首先对冻结壁的温度场及冻土的冻胀融沉特性进行了理论分析,导出冻结壁的形成规律,论述了水平冻结法施工的冻胀融沉效应对冻结壁、地下管线及地表变形的影响;其次以某地铁工程为例,利用相似理论的基本原理,导出冻结法隧道施工的相似准则,进行大型物理模型试验研究:最后,本文就隧道开挖过程建立了计算模型,通过大型数值分析软件对其变形特性进行了研究。 就本文的模型试验(2.0m厚度冻结壁)来看,冻土的温度场分布情况为温度在0℃以上下降梯度较大(一般为1.6℃/h),在0℃以下测温点温度下降趋势较为平缓(一般为0.3℃/h~0.5℃/h)。同时,在土的冻结过程中,土体产生了一定的冻胀现象,地表冻胀位移最大值达到17mm,冻结壁冻胀位移最大值达到22.4mm。冻结壁解冻过程中,土体融沉位移呈线性增长趋势,冻结壁最大融沉位移达到56.9mm,地表最大融沉位移达到39.1mm。数值计算结果与物理模型试验结果基本吻合。通过理论分析、模型试验和数值分析,验证了水平地层冻结法施工的可行性,并对影响冻结法施工的因素进行了深入的分析,本文对水平地层冻结法支护开挖的设计、施工具有较好的指导意义。
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