【摘 要】
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随着我国城市地铁规模的不断发展,冻结法在地铁联络通道施工中得到了广泛应用。在冻结施工过程中,土体经过冻结后其物理力学性质会发生变化,从而对地表建筑物、地下结构和地下管线等造成影响。本文采用室内试验和数值模拟相结合的研究方法,结合郑州地铁3号线二七广场～顺城街站区间联络通道水平冻结工程,对郑州粉砂土的物理力学性质、冷媒温度和联络通道埋深对冻结法施工的影响进行研究,得到的结论如下:(1)在常温条件下,
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随着我国城市地铁规模的不断发展,冻结法在地铁联络通道施工中得到了广泛应用。在冻结施工过程中,土体经过冻结后其物理力学性质会发生变化,从而对地表建筑物、地下结构和地下管线等造成影响。本文采用室内试验和数值模拟相结合的研究方法,结合郑州地铁3号线二七广场～顺城街站区间联络通道水平冻结工程,对郑州粉砂土的物理力学性质、冷媒温度和联络通道埋深对冻结法施工的影响进行研究,得到的结论如下:(1)在常温条件下,随着含水率的增加该粉砂土的粘聚力和内摩擦角逐渐减小,当含水率分别为13.8%、19.5%和25.2%时,其对应的粘聚力分别为41k Pa、30k Pa和10k Pa,相应的内摩擦角分别为28.47°、22.63°和16.57°。粉砂土的剪应力-应变曲线为应变硬化型。(2)在冻结状态时,该粉砂土的粘聚力随着冷却温度的降低显著增加,而内摩擦角的增幅较小。当土体温度为-1℃时,随着含水率从13.8%增大到25.2%,粉砂土的粘聚力分别为137k Pa、182k Pa和296k Pa,内摩擦角分别为31.4°、33.1°和35.5°。当温度为-5℃时,其相应的粘聚力分别为370k Pa、451k Pa和525k Pa,内摩擦角分别为30.4°、40.5°和44.1°。当温度为-10℃时,其相应的粘聚力分别为528k Pa、642k Pa和770k Pa,内摩擦角分别为37.7°、41.4°和46.7°。粉砂土的剪应力-应变曲线为应变软化型。(3)郑州地铁3号线二七广场～顺城街站区间联络通道人工冻结法施工理论计算结果分析表明,当冷媒温度分别为-20℃、-25℃、-30℃和-35℃时,各截面边墙、拱顶和仰拱冻结壁平均温度均达到-10℃且冻结壁厚度达到2m时,需要的冻结时间最大相差间隔分别为40天、33天、21天和15天;采用以上四种不同温度对联络通道冻结40天后,对地表产生的最大竖向冻胀位移分别为4.8mm、4mm、3.34mm和2.78mm。如未实施冻结对联络通道进行开挖,则引起的地表最大沉降量为51mm;冻结40天后进行开挖,地表最大沉降量分别为6.7mm、3.6mm、1.5mm和0.9mm。(4)对联络通道的不同埋深在冻结前后开挖的变形特性进行了分析。结果表明,当联络通道埋深在10m～30m之间时,未采用冻结法开挖时联络通道两侧的最大塑性区范围为2.5m～3.8m。采用冻结法施工开挖,当冷媒温度为-30℃且冷却40天后,可确保联络通道在施工过程中不发生塑性破坏;联络通道埋深从10m增加到30m时,地表的最大冻胀变形分别为6mm、5mm、2.7mm、1.3mm和0.5mm。
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