地铁隧道工程中人工冻结法关键技术及应用

发布时间：2017-04-27 09:05

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【摘要】：我国现处于经济社会迅猛发展的大好时代,基础设施的建设是我国社会发展的必要产物。而地铁作为基础建设工程的一种,它可以非常好地解决城市拥堵这一影响社会效率的问题,但是众所周知地铁是一种穿越复杂的地质的线状复杂物,尤其是在有富集水的河和湖附近。所以其施工必要选择科学可行安全的方法,良好的止水效果和增强土质强度的优势使得冻结法成为对于地下工程施工的一种绿色方法。本文首先对冻土自身的物理性质和冻土壁进行相关的理论分析,导出了温度场的分布规律并引出冻结壁的形成规律；然后通过在上海某地铁盾构法地铁隧道施工地点取样,进行相关的常规和冻土的物理力学试验,得到土样的物理力学性质；接着,以隧道冻结过程建立计算模型,运用有限元法ANSYS进行数值模拟；最后提出了对未来地下工程冻结法施工的展望。通过理论分析、理论计算、物理力学试验和数值模拟,研究了影响冻结壁温度场的有关因素,通过理论计算得到冻结相关的平均温度和冻结帷幕厚度,冻结时间以及制冷设备的确定,通过物理力学实验得到冻土相关的基本力学参数,通过数值模拟冻土温度场的变化情况可得冻土冻结时间的增加会导致冻结帷幕的增大和平均温度的下降,并对验证了人工冻结法在复杂地层环境下进行施工的理论和技术可行性。本文对冻结法在复杂地层环境下的设计和施工等提供了一定的指导意义。
【关键词】：冻结法 物理力学试验 数值模拟
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U231.3;U455.49
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 1 绪论13-19
• 1.1 研究背景及意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-16
• 1.2.1 冻结法的研究和应用现状14-15
• 1.2.2 冻结法在隧道中应用现状15-16
• 1.2.3 冻结法试验的研究现状16
• 1.3 本文研究内容、方法及技术路线16-19
• 1.3.1 研究内容16-17
• 1.3.2 研究方法17-19
• 2 冻结壁形成的理论分析19-33
• 2.1 冻土的形成19
• 2.2 冻土的物理性质19-23
• 2.2.1 物理迁移特性21
• 2.2.2 热物理特性21-23
• 2.3 人工地层冻结法的温度场23-33
• 2.3.1 冻土的形成23-24
• 2.3.2 冻结温度场形成24-25
• 2.3.3 冻结温度场的数学模型25-27
• 2.3.4 冻结温度场温度分布规律27-30
• 2.3.5 冻结壁内平均温度30-33
• 3 人工冻土物理力学性能试验33-49
• 3.1 工程概述33-34
• 3.2 常规土工试验34-39
• 3.2.1 含水率实验34-35
• 3.2.2 密度实验35
• 3.2.3 比重实验35
• 3.2.4 颗粒分析实验35-36
• 3.2.5 无侧限抗压强度实验36-37
• 3.2.6 三轴压缩试验37-38
• 3.2.7 压缩试验38-39
• 3.3 冻土试验概述39
• 3.4 比热的测定39-41
• 3.4.1 试验方法39-40
• 3.4.2 试验结果40-41
• 3.5 冻土、融土导热系数测定41-42
• 3.5.1 试验方法41
• 3.5.2 试验结果41-42
• 3.6 冻土冻胀率、冻胀力的测定42-44
• 3.6.1 试验方法与标准42-43
• 3.6.2 冻胀试验结果43-44
• 3.6.3 最大冻胀力与冻最大胀率44
• 3.7 冻土三轴强度实验44-49
• 3.7.1 试验方法与标准44-45
• 3.7.2 冻土三轴剪切实验结果45-49
• 4 理论计算49-69
• 4.1 冻结壁的厚度49-55
• 4.1.1 冻结壁厚度的算法49-53
• 4.1.2 根据测温孔资料来推算冻结壁厚度53-54
• 4.1.3 小结54-55
• 4.2 温度场的平均温度55-57
• 4.3 制冷和制冷设备57-65
• 4.4 冻结时间65-69
• 5 工程案例及数值模拟分析69-77
• 5.1 工程概况69
• 5.2 冻土帷幕温度场计算69-76
• 5.2.1 冷冻排管温度场计算69-70
• 5.2.2 单排冻结管冻结温度场分析70-73
• 5.2.3 双排冻结孔温度场计算73-76
• 5.3 结果汇总76-77
• 6 结论与展望77-79
• 6.1 主要研究成果77
• 6.2 展望77-79
• 参考文献79-83
• 致谢83

【参考文献】

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本文编号：330293