地铁联络通道冻结法施工数值模拟研究-论文.pdf

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1、城市建筑I施工技术IURBANISMANDARCHITECTUREICONSTRUCTIONTECHNOLOGY地铁联络通道冻结法施工数值模拟研究ExploretheNumericalSimulationofFrozenMethodConstructionintheSubwayConnectingAisle■何军’于长一孙立强闰澍旺王启东。张军。■HeJunYuChangyiSunLiqiangYanShuwangWangQidong。ZhangJun。【摘要】本文结合天津某地铁联络通道冻土帷幕工程，采工冻结法施工过程中对周边环

2、境的影响。计算结果×高2．81。根据地质勘查报告资料，场地以淤泥质用有限元方法，对人工冻结过程中的温度场、位移场进行与实测结果较吻合较好，可供设计和施工参考。粉质粘土为主。了模拟。研究了联络通道水平冻结过程中，温度场的分布一、温度与位移耦合方程2．几何模型及发展规律，评价了人工冻结法在施工过程中对周边环境1．温度场微分方程根据工程实际情况，地基模型尺寸在长、宽、的影响。人工冻结法施工时，土体中的温度场呈非稳态高三个方向，分别取45m、40m、45m，模型如图1变化。从冻结施工的现场跟踪测量可以知道，土体所示。温度场计算网格采用热

3、传递单元，冻胀分析【关键词】人工冻结法有限元温度场位移场在冻结过程中会发生相变。按照传热学理论，考虑采用三维8节点应力单元。土体冻结相变过程的非稳态温度场微分方程如下：IAbstractlThisarticlebasesonthefrozensoilcurtainengin—a2t632tpCc~tqv；蕺结管+++=(⋯1)eeringinasubwayconnectingaisleofTianjinandusesthe隧道finiteelementmethodtosimulatethetemperaturefieldandd

4、i—式中：q为单位体积的材料在相变过程放出或splacementfieldintheprocessofartificialfrozen．Theauthor吸收的热量，g／m；A为导热系数，g／m。win-。C；exploresthedistributionoftemperaturefieldandthelawofp为密度，堙／；C为比热，kg-。C；t为温developmentinthehorizontalfreezingprocessofconnecting度，。C。图1有限元计算模型示意图aisle，andevaluates

5、theartificialfreezingmethodimpact0nthe3．模型参数surroundingenvironmentintheconstructionprocess在非相变区，式(1)中的孚=0。在进行温度场计算时，考虑土体导热系数、比／L热随温度的变化及土体的相变过程。参照当地气象lKeywordslartificialfreezingmethod，finiteelement，temper-2．本构方程资料和地质资料，大气温度取为13℃，土体温度取aturefield，displacementfield当土体中

6、作用一个温度场时，除考虑力场作用为l8℃。土体的相变潜热为1．07E+08J／m，导温系下的应力和应变外，还需要考虑温度场对土体力场数为5．7E一07m2／s，土体表面与空气接触的散热系的影响。土中的应力会随着温度的变化而变化，这引言数为8．16W／(m·℃)，地铁隧道衬砌的散热系数种由于温度变化产生的应力被称为热应力。地铁联络通道由与主干隧道相交的喇叭口、通为2W／(m·℃)。温度场计算所用其他参数如表1按照弹性力学方法，建立热应力方程。其中平道和集水井组成，通道断面形状为直墙拱形，高度所示。衡方程只与物体受力有关，而与产生力

7、的原因无关；2．5～3．5m，跨度2～3m，设置在地铁两条隧道之表1热物理参数几何方程中应变只与位移有关，而与引起位移的原温度导热系数比热密度间，具有逃生、救援、排水的作用。联络通道人工(℃)(W／·℃)(J／kg·℃)(kg／m)因无关。所以，平衡方程和几何方程的形式不变。冻结法施工主要过程为：在开挖面四周布置冻结管，一lO2．22l022l840通过制冷设备制成的冷媒导入冻结管中进行冻结，在变温时，弹性体的应变由两部分组成：一l2101080l889O．61．54l3901920自由膨胀引起的正应变分量aAt。其中a为膨使得

8、开挖土体周围形成冻结壁，之后再进行开挖支l01．44l453l96,t胀系数，为温度变化值，自由膨胀引起的剪应变护。在进行冻胀位移计算时，地铁隧道衬砌管片设分量为0。人工冻结法具有强度高、隔水性能好、无污染、为线弹性材料。土体亦假设为线弹性材料，但其弹热膨胀时，