广州地铁三号线水平冻结法施工数值分析

摘要

当今社会，城市用地不能满足日益增长的城市人口需求的矛盾越来越激烈，解决这一问题已成为城市可持续发展刻不容缓事情，人们把发展战略投向了高空和地下，地铁作为一种高效的现代化交通方式，能够有效的解决城市拥堵问题，因此各大城市地铁工程雨后春笋般的出现。而人工地层水平冻结法作为一种加固土层的辅助施工法，以其自身独特的优越性越来越多的被采用。但是，采用人工冻结法施工时存在的诸多问题也引起了大家的关注，例如:冻结壁温度和积极冻结时间的控制，土层的冻胀融沉问题等。因此，对地铁隧道人工冻结法施工进行数值模拟分析有着重要的意义。
　　本文先详细介绍了人工冻土的物理力学特性、人工冻结法施工原理和冻结壁厚度和冻结参数设计的一般原理和设计方法。然后以广州市地铁三号线天河客运站折返线隧道工程为依托，利用有限元软件ANSYS数值模拟方法，对积极冻结期冻结壁温度场以及维护冻结期隧道开挖施工进行分析研究。
　　通过数值分析得到:在积极冻结期，冻结壁温度场的发展规律，冻结管周围土体温度随时间变化规律，以及土体冻胀位移规律;在维护冻结期，根据隧道开挖过程中围岩、冻结壁的应力、位移以及支护结构内力，判断冻结壁设计厚度可靠性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景和意义

1．2 国内外应用及研究现状

1．2．1 人工地层冻结法应用现状

1．2．2 人工地层冻结法研究现状

1．3 研究意义及内容和方法

1．3．1 研究意义

1．3．2 内容和方法

第二章 冻土温度场基本理论

2．1 冻土的组成

2．2 冻土的物理及力学性质

2．2．1 相变特性

2．2．2 物质迁移特性

2．2．3 热物理特性

2．2．4 冻土的力学性质

2．3 人工地层冻结法的温度场分析

2．3．1 冻土的形成

2．3．2 冻结温度场形成

2．3．3 冻结温度场的数学模型

2．3．4 冻结温度场分布规律

2．3．5 冻结壁内平均温度

第三章 人工冻结法施工原理分析

3．1 人工冻结法原理

3．2 人工冻结法的优缺点

3．3 人工冻结法的施工工艺

3．4 人工冻结法设计及厚度计算理论

3．4．1 冻土墙结构设计

3．4．2 冻土参数的设计

3．4．3 冻土墙厚度计算

3．5 冻结时间计算

3．5．1 冻结壁的交圈时间

3．5．2 冻结时间经验公式

3．6 人工冻结法信息化施工技术

第四章 有限元分析基本原理及热力学分析计算理论

4．1 有限元法的基本原理

4．1．1 有限元法分析计算的基本原理

4．1．2 有限元法计算分析的基本步骤

4．2 热力学分析计算理论

4．2．1 ANSYS热力学分析基本原理

4．2．1 水热力耦合理论

第五章 广州地铁三号线水平冻结法施工的应用

5．1 工程概况

5．2 暗挖冻结法施工方案的确定

5．2．1 地面交通情况

5．2．2 不良地质

5．3 冻结制冷施工

5．4 冻结施工与隧道掘砌施工的配合

5．5 施工监测

5．6 冻结壁设计

5．6．1 冻结施工技术参数

5．6．2 冻结壁初步计算

第六章 积极冻结期冻结壁温度场及土层位移规律数值分析

6．1 有限元温度一应力双场耦合方法简介

6．2 计算区域与计算参数确定

6．2．1 计算区域确定

6．2．2 初始条件

6．2．3 计算参数确定

6．3 温度场ANSYS数值模拟计算

6．3．1 有限元模型

6．3．2 温度场模拟及积极冻结时间计算

6．3．3 温度场与经验公式的计算结果比较分析

6．4 位移分析

6．5 本章小结

第七章 隧道开挖过程数值模拟分析

7．1 概述

7．2 数值模拟参数输入

7．2．1 隧道冻结暗挖施工方案

7．2．2 计算模型

7．2．3 参数选取

7．2．4 荷载及边界条件

7．2．5 本构模型的选择

7．3 围岩应力分析

7．3．1 第一主应力分析

7．3．2 第三主应力分析

7．3．3 剪应力分析

7．4 位移场分析

7．5 支撑内力分析

7．5．1 轴力

7．5．2 剪力

7．5．3 弯矩

7．6 本章小结

第八章 结论与展望

8．1 结论

8．2 展望

致谢

参考文献

在学期问发表的论著及取得的科研成果