浅谈含盐地层中人工冻土墙温度场及可靠度研究

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1、华侨大学硕士学位论文含盐地层中人工冻土墙温度场及可靠度研究姓名：解仲明申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：涂帆20100601摘要现代城市地下工程施工往往非常困难，特别在富含地下水的土层中，可能发生大量涌水和地表沉陷等事故，造成严重后果。人工地层冻结技术是利用人工制冷技术，使地层中的水凝结成冰，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，在冻结壁的保护下安全地进行地下工程施工的特殊技术。城市地下工程中使用人工冻结技术的优点集中体现于：灵活多样的布设冻结管方法适用于各

2、种复杂地质水文条件；人工冻土墙强度高、封水隔水性好；冻结施工过程中和结束后对环境不产生任何污染。本文以汕头市跨海电缆隧道涌水的冻结法修复工程为研究背景，采用解析计算和数值模拟相结合的方法分析冻土帷幕的厚度、平均温度、发展状态，几何形态，同时结合本工程冻结施工的特殊性，分析有复杂冻结介质和传热边界的冻结温度场的变化。最后根据工程结构可靠度理论，考虑冻土墙计算参数的变异性，计算冻土墙的安全可靠度，分析对冻土墙可靠度影响最敏感的计算参数。本文的主要研究内容及成果有：（1）根据汕头电缆线路隧道冻结法修复

3、工程中冻土帷幕温度的动态监测数据分析，竖向局部双排管冻结施工时，冻土温度场的边界效应明显。冻土墙边界区域和中心区域的交圈时间、冻土墙厚度、冻土墙的发展速度都有较大的差别，适当扩大局部冻结范围可以提高冻土墙的安全性能。（2）隧道排水修复期间，冲洗清淤盾构机头和土舱对冻土温度场影响是明显的，通过水流、空气和盾构机等介质传热损失的冷量，大大超过冷源的供应量。隧道修复作业使冻土墙厚度逐渐减小，冻土墙呈现“盘子”的形态。须实时根据冻土温度监测数据调整冲洗作业时间长短，使冻土温度恢复到安全水平上，确保施工安

4、全。（3）采用有限元软件ANSYS模拟三维冻结温度场是比较准确的，模拟温度值与现场监测值基本一致。数值模拟分析中考虑传热介质对i冻结温度场的影响，个别测点数值模拟温度值与监测值有较大偏差。（4）冻土墙安全系数的计算只考虑随机变量的平均值（一阶矩），忽略了各种参数的变异性对冻土墙可靠性的影响。冻结工程设计施工时引入可靠度的方法进行分析，更符合人工地层冻结技术的要求和土木工程的理论发展趋势。（5）根据冻土墙设计的三种极限状态函数计算冻土墙的可靠度指标，并分析影响冻土墙可靠度的因素。按冻结帷幕设计的参

5、数取值并考虑各随机变量的变异系数计算冻土墙的可靠度，冻土墙发生弯拉破坏的概率最大，冻土的抗拉强度、抗剪强度和冻土墙厚度是影响冻土墙可靠度的主要因素。关键字：盾构隧道，人工地层冻结技术，冻土墙，冻土温度场，可靠度，可靠指标，灵敏系数iiAbstractABSTRACTUrbanundergroundconstructionareoftenverydifficulttoday,especiallyinthesoilwiththerichgroundwater,alargenumberofgushin

6、gwaterandsurfacesubsidencelikelyarose,andseriousconsequencesoftenresultedin.Artificialgroundfreezingtechniqueisaspecialskillofundergroundconstructionundertheprotectionoffrozenwallssafely,thatartificialrefrigerationtechnologyisusedtoformthewaterinsoil

7、intoicecrystals,thenaturalrock-soilintofrozensoil,withthepurposesofincreasinggroundstrengthandstability,isolatingthecontactbetweengroundwaterandundergroundengineering.Civilengineeringadvantagesoftheuseofartificialfreezingtechniqueepitomized:theflexib

8、lefreezingpipelayingmethodissuitableforallkindsofcomplicatedgeologicalhydrologicalconditions;frozenwallstrengthishigh,anditswater-impermeabilityandwaterproofnessisgood;theconstructionforfreezingmethoddoesnotproduceanypollutioninandafteritsprocess.Int