【摘 要】
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地下空间的迅速发展,地铁建设运用大直径盾构隧道工程日益增多,特别是跨海越江隧道的建设。大直径盾构进出洞随着盾构隧道断面增大,风险也逐渐增大,因此端头土体加固成为至关重要的一环。人工地层冻结加固法在地下工程中被普遍应用,结合该工法对工程冻结过程中温度发展情况进行研究,是本文研究的目的所在。本文以南京和燕路过江通道大直径盾构始发工程为依托,通过调研现场资料,介绍有关冻结过程中的工艺流程、冻结孔布置、制
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地下空间的迅速发展,地铁建设运用大直径盾构隧道工程日益增多,特别是跨海越江隧道的建设。大直径盾构进出洞随着盾构隧道断面增大,风险也逐渐增大,因此端头土体加固成为至关重要的一环。人工地层冻结加固法在地下工程中被普遍应用,结合该工法对工程冻结过程中温度发展情况进行研究,是本文研究的目的所在。本文以南京和燕路过江通道大直径盾构始发工程为依托,通过调研现场资料,介绍有关冻结过程中的工艺流程、冻结孔布置、制冷剂设计及现场监测点布设等,并开展实测研究;在此基础上,利用ADINA和COMSOL两大有限元分析软件对工程中冻结法加固的温度场和水热耦合场进行数值模拟,将数值结果与实测数据相比较,验证了模拟方法的正确性,并研究了地下水流对温度场的影响;最后运用更具代表性的水热耦合数值模型,分析不同流速下地下水流对温度场的影响,并对此工程施工方案进行了优化设计。本文主要得出以下结论:（1）根据现场实际情况,并结合经验公式最终选取冻结壁厚度h=3m;根据“成冰公式”计算得到冻结半径0.621m,不考虑地连墙部分,则交圈实际厚度为3.02m,冻结壁平均温度为-13.663℃。（2）结合实测数据验证了两大有限元软件建模的正确性,同时证实了地连墙与空气接触面热对流、地下水流流动等对温度场的影响不可忽视,并对其冻结情况、最终冻结效果和冻结壁形成的影响规律进行了研究。（3）结合实测数据运用两大有限元软件进行数值分析,三者数据表明冻结速率最快剖面是Z=-23.5m（地表以下23.5米）,发展最不利且最缓慢剖面是Z=-26.5m（地表以下26.5米）。（4）地下水流流经冻结管时,带走冻结管散发的冷量,并不断传递给低水头方向;不同渗流情况下,渗流速度越大曲线下降速率越慢,冻结效果越差,最终冻结温度越高;渗流速度越快,迎水面冻结壁形成越慢,渗流速度与冻结壁形成速度成反比,渗流速度每提高0.3m/d,则交圈时间增加2天;渗流速度越小,迎水面扩张趋势越大;冻结区域外侧,取决于渗流速度冷量传递带来与携带走冷量大小的比较。（5）冻结方案优化时,上游部分采取布置密排冻结管形成完整冻结壁,抑制水流流动,减少整体冻结管根数,节省工程施工时间和经费。优化后测温点降温曲线下降速率更快,最终冻结温度更低,冻结效果更好,最终冻结壁厚度为3.7m。
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