地铁隧道冻结法施工地层冻胀的研究进展及展望

文中介绍了冻结法在隧道、地铁联络通道、盾构进出口以及隧道破损修复等方面的应用,地铁隧道冻结法施工期地层的冻胀现象一直是工程中所关注的焦点,根据解析法、数值分析法、模型试验法和现场实测法,对地铁隧道冻结期冻胀的研究现状进行了综述,最后提出了现行地层冻胀研究存在的问题和今后的研究方向。     

复杂地层差异温度人工冻结试验与数值分析

针对立井冻结工程中存在的导热性能差异较大复杂地层,为加快局部地层冻结并对冷能进行优化,提出一种冻结管差异温度优化冻结方案,并研发单管双循环系统冻结器。为验证该方案的强化冻结效果和冻结器对冷能的调控能力,采用2套盐水循环系统对冻结器上、下管段提供不同温度的低温盐水,在模型试验箱体内进行砂土和粉质黏土的单管冻结试验,研究冻结管不同管段在不同盐水温度作用下形成的冻结壁温度场分布特征,并采用FLAC3D对冻结管进行冻结数值模拟。结果表明：该冻结器实现界面附近9.1℃的管段差异温度冻结,优化方案能有效调整冻结壁的厚度和平均温度,使导热性能稍差的粉质黏土较砂土得到一定程度强化冻结。     

渗流对人工冻结的影响作用研究

本文通过已有成果资料，系统综述了渗流对人工冻结施工影响的研究状况。研究人员主要通过数值模拟和模型试验两种方法，研究了渗流对人工冻冻结的影响，希望能对渗流条件下人工冻结过程的研究和冻结工程具有一定的指导意义。     

富水软土基坑组合式冻结加固模型试验研究

近年来随着环保理念的贯彻和对城市水资源保护的重视,许多地区对地下水抽排进行限制,导致大量基坑工程必须寻找新的止水方式。对此,“地下连续墙+水平冻结封底”的组合式冻结加固被提出,利用模型试验对其在不同水压地层中可行性和差异性进行了分析,验证了该支护方式的可行性。结果表明：(1)随着水头高度的增大,冻结壁水分补给速率有所提升,冻结壁交圈时间与地层水头高度呈正相关,而冻结壁厚度与地层水头高度呈负相关关系。(2)临时竖井受地层冻结影响,会有明显冻胀压迫作用,伴随冻结壁发育,冻胀力最终降至某一特定值,并趋于平稳,且其峰值与水头高度成正相关关系;(3)模型试验中冻结壁上部土体的最大位移点位于土体35 cm深度位置,其位移数据为2～3 mm;(4)基坑开挖期间,冻土帷幕的温度随着基坑的开挖和积极冻结的双重作用下能够维持相对的平衡,整个冻结壁保持基本稳定状态。研究成果可为该支护方式在基坑工程中的应用提供理论支撑。     

人工冻土地基模型试验温度场预测分析

以冻结法施工为原型,进行了人工冻土地基室内模型试验。通过监测地基模型测点处的温度变化,研究了人工冻土地基的温度场变化规律。将支持向量机与人工鱼群算法相结合,建立一种新的人工冻结温度场预测模型,应用该模型对室内冻结模型试验进行温度场实时预测,为冻结法工程的施工设计提供依据。     

地层冻结中上倾冻结器底部存气实测分析

对地层冻结中上倾冻结器底部存气现象进行了试验研究,结合试验结果分析了冻结器长度、倾角及盐水流速与上倾冻结器底部存气之间的关系,以期有效地降低冻结工程的风险,消除冻结工程安全隐患。     

隧道冻结壁解冻温度场演化规律研究综述

文中介绍了冻结法在隧道中的应用,阐明了隧道冻结法施工冻结壁温度场的发展情况一直是工程中关注的热点,并分别从现场实测、理论解析法、相似模型试验和数值模拟等方面,对隧道冻结壁解冻温度场演化规律的研究现状进行了综述,指出了当前温度场研究存在的不足对未考虑冻结壁温度梯度的影响,最后提出隧道冻结壁解冻温度场研究中存在的问题和今后研究方向。     

承压水地层冻结施工风险及对策

承压水地层中的地下工程施工风险较大，冻结法施工也不例外。结合工程实践，从工程地质勘探、方案设计、施工技术和人员管理因素四方面来分析在承压水地层中应用冻结法的风险影响因素，并提出应对承压水地层冻结施工时突发险情的工程对策。可为地铁旁通道施工、盾构进出洞加固和其它冻结工程提供参考。     

含盐地层中隧道涌水冻结法施工修复技术

人工地层冻结技术在国内矿井建设和内陆岩土工程中已得到广泛应用,但在海底含盐地层中应用还未见文献报道过.以汕头跨海电缆隧道的冻结法修复工程为案例,介绍冻土帷幕的设计、冻结供冷系统设计、冻土帷幕数字化智能监测系统和监测结果的分析计算.揭示了在沙性含盐地层中使用人工地层冻结技术修复海底隧道过程中,冻土帷幕温度变化的规律.     

渗流作用下富水砂层双排管冻结壁形成规律模型试验研究

针对渗流地层中冻结壁长时间不交圈的难题,根据多孔介质传热理论与达西定律建立渗流场与冻结温度场耦合控制方程,得出两者相互作用机制;基于相似理论,建立渗流作用下梅花型布置双排管冻结模型试验系统,对渗流地层中冻结壁形成的主要影响因素进行正交试验研究,并在相同条件下进行单排管冻结对比试验。研究结果表明:双排管冻结时,地下水流速是影响上游冻结壁厚度的首要因素;孔间距是影响冻结壁交圈时间的首要因素;盐水温度是影响下游冻结壁厚度与冻结壁平均温度的首要因素;在本试验条件下,地下水流速5～25 m/d时,双排管冻结时上、下游冻结壁较单排管冻结时分别增厚62.6%～151.8%,3.7%～33.8%;交圈时间缩短7.1%～91%,冻结壁平均温度降低了12.1%～103.9%;并对冻结壁交圈时间与地下水流速之间进行非线性回归,得出冻结壁在不同条件下能交圈的极限流速;最后提出渗流作用下冻结工程对策,为类似冻结工程设计施工提供参考。     

A study on crack damage stress and the damage constitutive model of frozen sandstone

Bulletin of Engineering Geology and the Environment - The artificial ground freezing (AGF) method has been widely used in underground engineering construction. As the main load-bearing elements of...     

全断面注浆管棚矩形冻结加固技术与实测分析

依托南京地铁10号线梦都大街站一号出入口及风道加固工程,经方案比选并针对本工程的水文地质情况及上部横穿敏感结构的特殊条件,提出一种新工法——全断面注浆+顶部管棚+矩形水平冻结加固。通过实测加固土体温度、地表及管线位移,获得了加固土体的温度场分布及地表位移规律。结果表明:矩形侧向冻结壁向内、外发展速度的比值约为1.54;在相同冻结能量和冻结时间内,在粉土夹粉砂层和淤泥质粉质黏土夹粉砂层中冻结壁发展速度的比值约为1.72;冻结孔施工阶段暗挖通道两侧地表沉降量较大,而冻结阶段上方土体受冻胀影响最大;开挖阶段,距开挖面中轴线距离越近,地表沉降量越大,而融沉阶段却相反;地表及管线位移的监测结果表明该工法安全可靠。     

液氮冻结法在盾构进洞工程中的应用

结合具体工程实例,分析了液氮冻结原理,探讨了液氮冻结法在盾构进洞工程中的应用,介绍了具体的冻结方案和冻结效果,实践证明该方案是安全可靠的,在其他类似地下工程中有推广应用价值。     

盾构出洞冻结法施工中的地下连续墙监测

以某超大型盾构出洞冻结法施工中的地下连续墙监测为例,介绍了盾构出洞过程中地下连续墙所受冻胀压力、顶端水平位移和相对弯曲变形的监测方法。通过现场实测数据分析,证明用实时监测方法调整冻结和洞门凿除施工可保证盾构安全顺利出洞。     

红砂岩地层联络通道冻结法施工温度场分布研究

随着我国城市轨道交通技术的发展与交通需求的日益提高,国内大中型城市对地铁建设的呼声愈来愈高,而联络通道作为地铁区间的必要结构,其修建难度与区间地质关系密切,一般需要配合冻结法等地层加固技术进行施工。红砂岩地层遇水后工程性质极差,采用冻结法修建联络通道时理论及经验尚不成熟。以兰州轨道交通1号线为例,对红砂岩地层内单管冻结温度场问题进行了研究,提出了改进的单管稳态冻结温度场计算公式,并结合数值模拟结果探讨了红砂岩地层单管冻结瞬态温度场计算公式和稳态温度场计算公式的适用性。结果表明：随着时间的增加,瞬态温度场逐渐接近与其具有相同冻结锋面半径的稳态温度场,当时间取某一极大值时,两场的分布形式将一致。瞬态温度场计算公式具有较高的可靠性,因此在研究某些简单的实际工程时可采用此公式进行数值求解。稳态温度场计算公式可以看作瞬态温度场公式的特殊形式,可以配合冻结壁厚度的经验取值,实际的可靠度也较高。     

冻结法工程施工中冻胀和融沉问题的分析与研究

本文主要讨论地下土木工程中使用冻结法施工引起的冻胀和融沉工程问题,从岩土工程的角度介绍冻结土的形成及其工程力学性质。较为全面的阐述冻结土的岩土工程设计及施工特点。     

基坑工程与地下工程安全及环境影响控制

随着城市中基坑工程与地下工程的建设规模和建设难度的增大及环境条件的日益复杂化,对基坑工程与地下工程的安全以及其施工过程对环境的影 响控制提出了更高的要求。回顾了近年来国内外基坑工程与地下工程技术的发展;对软弱土、高水位、富水粉、砂土层中的基坑工程和地下工程施工造成的 环境影响及引发的灾害进行了分类;在此基础上对我国基坑与地下工程施工变形控制及工程安全控制策略进行了系统总结。     

人工水平冻结法施工隧道冻胀与融沉效应模型试验研究

人工冻结工法作为土木工程特殊施工技术,在富含水软弱地层工程施工中有着显著的优点,但是此工法对地下管线、地面建筑物以及对冻结壁稳定性和可靠性的影响不容忽视。本文以广州地铁3号线某隧道水平冻结施工工程为原型,根据相似准则,建立集温度场、湿度场和力学场于一体的大型物理试验模型。通过模拟开挖过程,研究人工水平冻结法施工冻结壁形成规律、冻胀与融沉效应问题。模拟试验数据分析表明,水平冻结法施工可在隧道周围快速形成闭环冻结壁,有效保证一次支护前隧道围岩的稳定性;在施工中宜采用快速冻结或间歇冻结,有效控制积极冻结时间和冻结壁厚度,减少因水分迁移造成的冻胀位移量;浅埋暗挖隧道引起了明显的地表下沉位移;解冻过程中地表融沉位移较大,对环境影响较大。     

与地面环境协调的地下工程开挖预警方法研究

针对地下工程开挖引起地面沉降损害的严重性,提出了“开展与地面环境协调的地下工程开挖”的理念,研究了地下工程开挖建设、地下水开采、地下矿物开采引起地面沉降的预警方法,构建了与地面环境协调的地下工程开挖的GIS可视化决策和设计系统,展望了今后进一步的研究方向,以指导地面沉降控制和损害防护工程的实施,达到地下工程开挖对岩土体、地表和地面建筑物、构筑物的损害最小,确保地下工程开挖与地面环境之间的协调关系达到最优化,从而实现地下工程开挖与地面环境的协调.     

3D GIS地下工程数字化信息系统研究与实现

地下空间时代即将到来,寻求科学规划、设计、管理地下工程的方法和手段成为当今研究热点。基于3D GIS思想,突破传统思维,应时代需求,研发集编辑修改、查询分析、三维漫游展示于一体的地下工程数字化信息系统。采用二、三维一体化技术,同时实现地上、地下空间三维可视化表达和空间分析。改善了以往地下工程信息系统较少涉及地面三维信息化的状况,实现了地上地下信息集成统一;并集成开发了地下结构计算分析模块,实现了隧道、基坑工程配筋设计、稳定分析等功能,并可输出标准设计图纸。其成果可有效辅助地下空间规划、开发和利用。系统开发经验可为其它类似软件开发提供参考。