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冻结法施工技术在软土隧道等土木工程中越来越得到广泛的应用,其中利用水平冻结法结合新奥法开挖的地铁连接通道和地铁穿越已建成建筑(构筑物)的施工方法应用日趋成熟,但应用中存在的难点和问题仍有很多,冻土帷幕和临时支护结构之间的相互作用关系就是其中之一。
本文根据上海体育场明珠线地铁零距离穿越地铁一号线冻结法施工工程,在上体场工程中监测了冻土温度、冻胀压力、冻土帷幕变形、临时支架轴力和应变等数据,监测结果表明冻结状况达到设计要求,在临时支护结构和冻土帷幕共同作用下和冻土帷幕单独作用情况下相比冻土帷幕变形很小。采用施工中所采用的支护形式下,临时支护结构和冻土帷幕间耦合良好。
为了表达冻土的安全性,并最终建立合理的模型,进行了冻土的物理和力学性质实验,从实验中得到了冻土的单轴抗压极限强度、弯拉强度和密度。
最后建立三维有限元模型,利用ANSYS有限元软件进行数值模拟,通过冻土帷幕单独作用和有临时支护结构情况下的应力和变形分析,得到了冻土帷幕和临时支护结构间的耦合关系。
研究表明,在冻土帷幕单独作用下冻土帷幕内存在较大的拉应力,而采用临时支护结构的情况下冻土帷幕内无拉应力存在。通过分析,给出了在考虑临时支护结构的情况下冻结法设计的合理方法,并得到了在保证冻土帷幕安全情况下合理的临时支护形式。