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地铁双线隧道施工人工冻结水热力数值分析

李双洋 张明义 黄志军 董元宏

李双洋, 张明义, 黄志军, 董元宏. 地铁双线隧道施工人工冻结水热力数值分析[J]. 交通运输工程学报, 2009, 9(1): 67-72. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2009.01.014
引用本文: 李双洋, 张明义, 黄志军, 董元宏. 地铁双线隧道施工人工冻结水热力数值分析[J]. 交通运输工程学报, 2009, 9(1): 67-72. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2009.01.014
LI Shuang-yang, ZHANG Ming-yi, HUANG Zhi-jun, DONG Yuan-hong. Numerical analysis of moisture, thermal and mechanical states for subway double-line tunnel constructed by artificial freezing method[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2009, 9(1): 67-72. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2009.01.014
Citation: LI Shuang-yang, ZHANG Ming-yi, HUANG Zhi-jun, DONG Yuan-hong. Numerical analysis of moisture, thermal and mechanical states for subway double-line tunnel constructed by artificial freezing method[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2009, 9(1): 67-72. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2009.01.014

地铁双线隧道施工人工冻结水热力数值分析

doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2009.01.014
基金项目: 

国家863计划项目 2008 AA11Z103

国家基础科学人才培养基金项目 J0630966

中国科学院西部行动计划(二期) 项目 KZCX2-XB2-10

国家自然科学基金项目 40601023

国家自然科学基金项目 40730736

详细信息
    作者简介:

    李双洋(1980-), 男, 甘肃静宁人, 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所助理研究员, 工学博士, 从事寒区隧道与岩土工程研究

  • 中图分类号: U455.49

Numerical analysis of moisture, thermal and mechanical states for subway double-line tunnel constructed by artificial freezing method

More Information
    Author Bio:

    LI Shuang-yang(1980-), male, assistant researche r, PhD, +86-931-4967296, li.shuangyang@163.com

  • 摘要: 为了准确分析地铁隧道人工冻结施工过程中的热力学状况, 考虑水分迁移和冰水相变耦合影响以及水泥水化热的生成, 采用热蠕变本构建立了地铁隧道人工冻结施工的水热力耦合分析模型。对广州地铁某双线隧道施工过程中的热力状况进行了数值模拟, 同时应用人工冻土的长期强度对冻结壁安全性进行了评估。分析结果表明: 在地铁冻结法施工时, 最大主应力沿着冻结管呈环形分布, 并且管周围的应力明显偏高; 开挖对环形应力场的影响不大, 而且与其他施工方法不同, 人工冻结法施工引起的地表沉降并不随开挖断面的逐渐扩大而增大, 整个施工过程中的最大地表沉量仅为9.1mm, 因而人工冻结法施工能有效地控制地表沉降量。

     

  • 图  1  计算模型

    Figure  1.  Computation model

    图  2  施工时的温度场

    Figure  2.  Temperature fields during excavation stages

    图  3  施工过程中的最大主应力

    Figure  3.  Maximum principal stresses during excavation stages

    图  4  施工过程中的竖向位移等值线

    Figure  4.  Vertical displacement contours during excavation stages

    图  5  冻土融化后衬砌的最大主应力

    Figure  5.  Maximum principal stresses of linings after frozen wall thaw

    表  1  热力学参数

    Table  1.   Thermal and mechanical parameters

    物理量 ρ/(kg·m-3) λf/λu/(J·h-1·m-1·℃-1) Cf/Cu/(J·kg-1·℃-1) Ef/Eu/MPa vf/vu φf/φu cf/cu/kPa αT/℃-1 a1/% b1 D/(m2·s-1)
    人工填土 1 850 3 738/3 323 1 860/2 280 /10 /0.42 /18 /20 1.32×10-5 2.043 0.349 3.4×10-9
    粉质粘土 1 910 7 632/5 112 1 130/1 390 /12 /0.40 30/20 300/20 9.50×10-6 10.217 0.242 6.6×10-9
    砂质粘土 1 900 9 406/6 300 1 160/1 430 /20 /0.30 /28 /19 2.08×10-5 2.513 0.581 8.7×10-9
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    表  2  水泥的水化热

    Table  2.   Hydration heat of cement

    龄期/d 3 7 28
    qv/(kJ·m-3) 3.625×105 3.930×105 4.843×105
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  • 收稿日期:  2008-09-12
  • 刊出日期:  2009-02-25

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