【摘 要】
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在我国大力开发地下空间兴建地铁的时代背景下,强渗地层中的跨海越江地下工程不断涌现,强渗地层地下工程不可避免地会遇到地下水流动问题,为简化研究,目前考虑地下水渗流方向与冻结管相交的案例屡见不鲜,但契合工程实际,有关平行渗流条件下地铁联络通道冻结过程的研究较少。因此本文以福州地铁厚庭～桔园洲区间3#联络通道冻结加固工程为依托,首先利用COMSOL软件建立了实际工况下的数值计算模型,分析了平行渗流作用下
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在我国大力开发地下空间兴建地铁的时代背景下,强渗地层中的跨海越江地下工程不断涌现,强渗地层地下工程不可避免地会遇到地下水流动问题,为简化研究,目前考虑地下水渗流方向与冻结管相交的案例屡见不鲜,但契合工程实际,有关平行渗流条件下地铁联络通道冻结过程的研究较少。因此本文以福州地铁厚庭～桔园洲区间3#联络通道冻结加固工程为依托,首先利用COMSOL软件建立了实际工况下的数值计算模型,分析了平行渗流作用下不同冻结区域温度场的发展情况,并与静水工况下冻结工程温度场发展进行对比,获得了平行渗流条件下强渗地层冻结温度场发展规律。其次,通过冻结工程现场实测数据与数值计算结果进行比对,验证了数值模型的可靠性。最后,基于已建立的有限元计算模型,研究了平行渗流条件下不同渗流速度对温度场发展的影响规律。主要研究结果如下:（1）对强渗地层联络通道不同冻结加固区冻结温度场发展进行数值模拟,分析平行渗流工况与静水工况下各冻结加固区温度场发展差异。结果表明:平行渗流工况下各冻结加固区温度场发展较慢,上游冻结加固区、冻结管交叉区及下游冻结加固区冻结帷幕平均温度分别高于静水工况0.34℃、2.01℃、1.18℃;上游冻结加固区域冻结土体开挖量较静水工况增加,拱顶、底部处开挖量分别增大74%、61%;冻结管交叉区域降温至设计值要求耗时较静水工况多5d;下游冻结加固区冻结帷幕厚度最大差值为0.28m。平行渗流作用下左线温度场“冷量”随渗流向喇叭口处汇聚,冻结锋面随渗流向下游发展,且由于冻结帷幕的形成与盾构管片的存在,初始渗流场地下水流速发生改变,地下水渗流在盾构管片顶部与底部出现流速增大的现象,流速范围为0～5.31m/d,最大值为初始流速的3倍,说明平行渗流对强渗地层联络通道温度场发展产生不利影响。（2）基于强渗地层江底联络通道冻结工程实测数据,分析了盐水温度及冻结土体温度的变化规律,探究了平行渗流作用下冻结帷幕内外侧土体以及上、下游土体温度变化差异,并对冻结帷幕平均温度及厚度进行了计算。研究表明:盐水温度变化分为三个阶段;平行渗流对外侧土体温度变化影响更大,与内侧土体降温速度相比,外侧土体降温速度减小27%,下游土体降温速度小于上游,上游土体平均降温速度为1.79℃/d,下游为1.14℃/d;联络通道左右线冻结土体温度实测结果与模拟结果偏差均小于2℃。（3）基于已建立的有限元计算模型,通过改变地下水初始渗流速度,分析渗流速度对联络通道上、下游冻结加固区温度场发展的影响。研究表明:地下水初始渗流速度越大,联络通道土体冻结效果越差。下游冻结加固区域冻结帷幕平均温度温差为5.01℃,而上游冻结加固区冻结帷幕平均温差为4.47℃,温差变化增长10.78%。当地下水初始渗流速度达到3m/d时,下游冻结加固区冻结帷幕平均温度为-9.79℃,最薄处冻结帷幕有效厚度仅为2.07m,平均温度与有效厚度均不满足设计值要求,本文工况条件中地下水渗流初始速度极限值为3m/d。基于以上研究内容及结果,可为推动滨海软土地区强渗地层在平行渗流作用条件下冻结理论的发展提供参考依据。
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