含鹽地層中人工凍土墻溫度場及可靠度研究.pdf

1、現(xiàn)代城市地下工程施工往往非常困難，特別在富含地下水的土層中，可能發(fā)生大量涌水和地表沉陷等事故，造成嚴(yán)重后果。人工地層凍結(jié)技術(shù)是利用人工制冷技術(shù)，使地層中的水凝結(jié)成冰，把天然巖土變成凍土，增加其強度和穩(wěn)定性，隔絕地下水與地下工程的聯(lián)系，在凍結(jié)壁的保護(hù)下安全地進(jìn)行地下工程施工的特殊技術(shù)。城市地下工程中使用人工凍結(jié)技術(shù)的優(yōu)點集中體現(xiàn)于：靈活多樣的布設(shè)凍結(jié)管方法適用于各種復(fù)雜地質(zhì)水文條件；人工凍土墻強度高、封水隔水性好；凍結(jié)施工過程中和結(jié)束后對

2、環(huán)境不產(chǎn)生任何污染。
　　 本文以汕頭市跨海電纜隧道涌水的凍結(jié)法修復(fù)工程為研究背景，采用解析計算和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法分析凍土帷幕的厚度、平均溫度、發(fā)展?fàn)顟B(tài)，幾何形態(tài)，同時結(jié)合本工程凍結(jié)施工的特殊性，分析有復(fù)雜凍結(jié)介質(zhì)和傳熱邊界的凍結(jié)溫度場的變化。最后根據(jù)工程結(jié)構(gòu)可靠度理論，考慮凍土墻計算參數(shù)的變異性，計算凍土墻的安全可靠度，分析對凍土墻可靠度影響最敏感的計算參數(shù)。
　　 本文的主要研究內(nèi)容及成果有：
　　 （1

3、）根據(jù)汕頭電纜線路隧道凍結(jié)法修復(fù)工程中凍土帷幕溫度的動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，豎向局部雙排管凍結(jié)施工時，凍土溫度場的邊界效應(yīng)明顯。凍土墻邊界區(qū)域和中心區(qū)域的交圈時間、凍土墻厚度、凍土墻的發(fā)展速度都有較大的差別，適當(dāng)擴大局部凍結(jié)范圍可以提高凍土墻的安全性能。
　　 （2）隧道排水修復(fù)期間，沖洗清淤盾構(gòu)機頭和土艙對凍土溫度場影響是明顯的，通過水流、空氣和盾構(gòu)機等介質(zhì)傳熱損失的冷量，大大超過冷源的供應(yīng)量。隧道修復(fù)作業(yè)使凍土墻厚度逐漸減小，凍土

4、墻呈現(xiàn)“盤子”的形態(tài)。須實時根據(jù)凍土溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整沖洗作業(yè)時間長短，使凍土溫度恢復(fù)到安全水平上，確保施工安全。
　　 （3）采用有限元軟件ANSYS模擬三維凍結(jié)溫度場是比較準(zhǔn)確的，模擬溫度值與現(xiàn)場監(jiān)測值基本一致。數(shù)值模擬分析中考慮傳熱介質(zhì)對凍結(jié)溫度場的影響，個別測點數(shù)值模擬溫度值與監(jiān)測值有較大偏差。
　　 （4）凍土墻安全系數(shù)的計算只考慮隨機變量的平均值（一階矩），忽略了各種參數(shù)的變異性對凍土墻可靠性的影響。凍結(jié)工程設(shè)