盾构出洞冻结加固拱棚结构的力学模型分析.pdf

隧道工程试验研究盾构出洞冻结加固拱棚结构的力学模型分析朱学银h2 岳丰田1 张勇1 ( 221008;) 摘要本文将盾构出洞冻结法加固拱棚结构简化为单心固定无铰拱和直墙拱两种计算模型,利用实例工程对结构进行内力计算和验算,比较安全系数,并与有限元法计算结果和实例工程实测压力结果对比,,为类似工程设计提供参考。关键词盾构;冻结加固;拱棚结构;力学模型;数值计算 Abstract The arch shed structure ofsoilfreezing reinforced method to the shield tunne— ling setting out issimplified into these tWO calculation models Non-articulated Arch with single centre and arch— example engineering ismade use of to carry on internal force and check calculation and safety parison ofthestructure,and theinternal force iS contrast with the result of stress by finite-element calculation and spot—survey at theexample allows forarch-wall model as akind ofviable simplification model thatresembled to theactuaI structure willofferreference forthe design ofsimilar engineering. Keywords shield tunneling;soil freezing reinforcement method;arch shed structure;me- ehanics model:numerical analysis 1 引言人工土层冻结工法作为一种绿色工法,在泥水平衡盾构隧道进出洞工程中的应用越来越多。利用冻结法加固含水软弱土层,既能起到封水作用,又能承受土体压力。冻结法应用于盾构出洞土体加固应达到以下目的: 1)确保洞口土体的稳定性和不透水性; 2)泥水盾构正常,泥浆不上窜、不流逸; 3)盾构机安全出洞后封堵洞门施工时盾构刀盘前土体的稳定。根据土体加固要求,通常采用冻结板块加门型拱棚综合冻结方案。冻结板块包括两个冻土板块:一是位于洞口前的冻结板块,保证安全出洞,它具有冻结过程吸收变形和调整减小冻胀力的机制。二是后冻结板块位于盾构机完全出洞后的刀盘前,它是保证封堵洞口施工盾构机停滞时前方土体稳定。两个冻结板块之间为冻结拱棚,其作用是保证盾构机进入正常推进前建立压力泥浆系统,进入正常工况。顶棚冻结加固形成的拱形结构是一个空间结构,内力计算复杂。通常在冻结方案设计中将冻土拱棚结构(图1)简化为平面