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原文传递地铁联络通道人工冻结温度场的缺陷及对策研究

论文题名：	地铁联络通道人工冻结温度场的缺陷及对策研究
关键词：	联络通道;人工冻结法;温度场瞬态分析;冻结壁厚度;冻结壁交圈时间
摘要：	21世纪以来，我国城市地铁建设进入一个快速发展时期，同时由于地层复杂多变以及施工管理和技术等诸多原因，地铁建设过程中也出现很多工程事故，其中联络通道施工就是事故多发的高风险环节之一。尽管联络通道工程量较小，施工时却极易出现涌水、坍塌乃至诱发既有盾构隧道管片裂损、甚至垮塌。为此，联络通道施工中多采取人工冻结法、顶管法、管棚法、水泥搅拌加固法等进行地层加固，其中人工冷冻法因具有强度高、密闭性好、安全性高、技术可靠等优势而应用最广泛，但即使如此，在联络通道冻结法实际施工过程仍频频出现严重事故，因此，对这些事故成因进行研究就非常有必要和有价值。　　本文以洛阳地铁一号线史家湾～塔湾站区间联络通道人工冻结法施工为依托，采用ANSYS软件模拟人工冻结温度场随时间演变，重点就不同部位、不同阶段的冻结壁厚度、交圈时间、平均温度等进行分析，并就影响联络通道冻结壁冻结效果的地层参数和设计指标、施工工艺参数进行敏感度分析，以全面了解联络通道人工冻结法施工中事故的形成原因和对策。　　研究表明，联络通道人工冻结施工采用单侧布置冷冻泵站方案时，冻结壁沿联络通道纵向上的发展和演变不均衡。距离冷冻泵站对侧的盾构隧道外侧1m～3m位置冻结壁厚度最大，达2.2m左右，然后随着与冷冻泵站侧的盾构隧道右线距离逐渐减小，相应的冻结壁厚度也减小，在冷冻泵站侧的右线隧道管片开挖处，冻结壁厚度最小为约1.7m。冷冻泵站侧的拱顶位置宜作为冻结壁厚度控制截面。　　在垂直于联络通道轴向的横截面上，冻结壁的厚度分布同样存在不均衡的特点，其中冷冻泵站对侧，位于冻结管D5(D6)和D7(D8)之间区域边墙部位，是整个联络通道冻结横截面的控制位置。主要原因为该区域冻结管间距较大(0.8～0.9m)。同时，冻结壁在随时间的发展过程中也是非匀速的，一般早期冻结锋线推进较快，后期较慢。　　联络通道人工冻结效果敏感度分析表明，地层冻结效果关于地层热传导系数、比热容、含水率的敏感度分别为0.68、0.45、0.32，冻结效果（交圈时间、平均温度、冻结壁厚度）。因此，冻结效果同时受热传导系数、比热容、地层含水率等地层热物理特性参数的影响和控制，其中，热传导系数的影响最大。地层热物性参数的敏感度分析结果意味着，砂卵石地层中的粘土含量、含砂率等对冻结壁交圈时间会有较大影响。　　冻结壁厚度关于冻结管间距的敏感度为0.59，因此，人工冻结施工时，设计参数一冻结管间距对冻结效果的影响非常大，甚至要超过地层热传导系数的影响，因此，对冻结管的定位和方向偏斜的控制要尤其高度重视。
作者：	王余飞
专业：	交通运输工程硕士
导师：	董新平;于少辉
授予学位：	硕士
授予学位单位：	郑州大学
学位年度：	2021