盾构隧道端头矩形截面杯型水平冻结壁温度场数值分析,本论文可用于温度场论文范文参考下载，温度场相关论文写作参考研究。
温度场论文参考文献：
摘 要：基于矩形盾构进出洞时采用杯型水平冻结工法进行土体加固,对该矩形截面杯型水平冻结壁温度场发展规律进行数值分析,并且将数值计算结果和圆形截面杯型水平冻结壁进行对比,主要得出：设计冻结方案下形成闭合矩形和圆形截面杯型冻结壁的时间分别为20 d和16 d,冻结40 d时圆形截面杯型冻结壁的冻结效果较好；在矩形截面杯型冻结壁冻结方案设计时,外圈管可适当加密,使冻结管间距控制在1.0 m以内；矩形截面杯型冻结壁1 m厚的杯底温度在冻结25、30、40 d时分别达到-10、-15、-20℃；冻结40 d时矩形截面杯底的0℃等温线离中心管4.9 m,-10℃等温线离中心管4.1 m,盾构机可在1 m厚的冻土帷幕保护下开挖掘进,矩形截面杯型水平冻结工法是可行的.
关键词：矩形截面冻结壁；杯型水平冻结；冻结法；温度场；数值模拟
中图分类号：S 773；U 455 文献标识码：A 文章编号：1001-005X（2016）03-0060-06
0 引 言
盾构始发和到达时,由于地面交通环境限制无法进行高压旋喷及深层搅拌桩加固,或是在凿除洞门时探孔发现漏砂漏水情况,可采用杯型人工水平冻结工法进行端头土体加固,以保证盾构始发和到达施工的安全[1-4].国内许多学者对杯型人工水平冻结工法进行了研究,英旭[5]、夏江涛[6]等分别对上海和南京地铁首次采用此工法作了介绍,英旭等指出该工法对中山公园站盾构隧道上方的大型污水箱涵起到了较好的保护作用；夏江涛等对逸仙桥站杯型冻结壁温度场进行了数值分析,证明了其计算方法和模型是正确的.杨平[7]、袁云辉等[8]以南京地铁集庆门站左线杯型水平冻结工程为依托,实测分析了该自然解冻温度场,同时对多圈水平冻结下温度空间分布及温度随时间变化规律进行了研究.王文灿[9]对天津地铁采用此工法作了介绍,分析了杯型水平冻结和水平注浆的组合加固技术,指出实际加固效果良好.胡俊等[10]结合南京地铁10号线过江隧道盾构始发工程,建立三维数值模型对大直径杯型冻结壁温度场发展和分布规律进行了研究,对不同因素对该温度场的影响规律进行了敏感性分析,同时对比了不同土层下该温度场的降温规律.以上学者对杯型水平冻结工法的研究都是基于杯底横截面为圆形而展开的,在矩形截面杯型水平冻结工法方面的研究还鲜见报道.
国内盾构法施工大多采用圆形盾构机,但是圆形盾构隧道存在着隧道断面空间利用率较低的缺点.目前,矩形盾构机在我国开始应用的越来越多,和圆形断面隧道相比,矩形断面隧道的优点为：空间利用率高、安全埋深浅、能有效加大和建筑物的距离等,因此,对于矩形盾构法隧道施工技术的研究具有重要的社会意义和经济价值[11-15].本文基于矩形盾构始发或到达时采用杯型水平冻结工法进行土体加固,运用有限元软件建立三维数值模型,对该矩形截面杯型水平冻结壁温度场发展规律进行数值分析,并且将数值计算结果和圆形截面杯型水平冻结壁进行对比,论证矩形截面杯型水平冻结工法施工的可行性,为今后类似工程设计提供参考依据.
1 冻结方案设计
1.1 矩形截面杯型水平冻结工法
基于盾构断面形状为6.5 m×6.5 m的情况,当该矩形盾构始发或到达时,在盾构隧道端头矩形截面杯型水平冻结工法共布置49个冻结管,冻结管采用Φ108×8 mm无缝低碳钢管,供液管选用Φ45×4 mm无缝钢管.矩形截面杯型水平冻结工法冻结管布设形式如图1所示,相关参数见表1.
结合南京和苏州等城市的施工经验,同时也为了和基于盾构直径为6.34 m的圆形截面杯型水平冻结工法作比较,故该矩形截面杯型水平冻结工法加固范围为：杯身长度取5 m,杯底厚度取2 m,杯身厚度取1.5 m.杯身冻结管由外圈管组成,杯底冻结管由中圈管、内圈管和中心管组成.冻结及开挖技术控制指标见表2.
1.2 圆形截面杯型水平冻结工法
为了和矩形截面杯型水平冻结工法作比较,基于盾构直径为6.34 m的圆形截面杯型水平冻结工法共布置53个冻结管,如图2所示.冻结管采用Φ108×8 mm无缝低碳钢管,供液管选用Φ45×4 mm无缝钢管.杯身冻结孔沿洞门Φ7.5 m（外圈管,共31个）圆形布置,长度为保证杯身长度达到5 m,开孔间距0.76 m（弧长）.杯底冻结孔沿洞门Φ5.1 m（中圈管,共14个）和Φ2.7 m（内圈管,共7个）圆形布置,开孔间距为1.14～1.21 m（弧长）.洞门中心布设1个冻结孔,称为中心管.杯底冻结管由中圈管、内圈管和中心管组成,长度为保证杯底厚度达到2 m.冻结及开挖技术控制指标见表2.
2 温度场数值模型的建立
2.1 数值计算基本假定
①一般地层10 m以下恒温带温度为15～20℃,故假定土层具有均匀的初始温度场,初始温度取为18℃；②忽略水分迁移及渗流的影响；③土层参数取传热最不利的粉质黏土层,视为均质、热各向同性体；④直接将温度荷载施加到冻结管管壁上.
2.2 数值计算模型和参数选取
本文建立三维温度场数值模型,选取了4节点网格划分格式,网格划分后的数值计算模型分别如图1和2所示.
模型尺寸为：考虑冻结影响范围,整个粉质黏土层模型取半径为10 m、柱身长度为10 m的圆柱体,即圆柱半径（Y轴和Z轴方向）×柱身长度（X轴方向）等于10 m×10 m.经试算,冻结影响区域未超过该范围.
冻结管直径取为108 mm,长度分别为5 m（外圈管）和2 m（中圈管、内圈管和中心管）.模型的材料参数见表3,依据为相关报告及试验[16-17].模型中粉质黏土层材料采用热传导单元.
冻结前地层初始温度取18℃,冻结管管壁为热荷载边界,以盐水温度作为边界荷载,积极冻结期间盐水降温计划见表4.根据降温计划,取冻结时间步为40 d,每步时间长为24 h.采用带相变的瞬态导热模型.
结论：关于本文可作为温度场方面的大学硕士与本科毕业论文温度场模拟论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。
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