朱云云，胡俊，衛(wèi)宏，趙聯(lián)楨

(海南大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，?？?570228)

地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法加固溫度場數(shù)值優(yōu)化分析

朱云云，胡俊*，衛(wèi)宏，趙聯(lián)楨

(海南大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，?？?570228)

本文結(jié)合蘇州地鐵玉山公園站-蘇州樂園站區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)加固工程，建立三維數(shù)值模型對該工程凍土帷幕溫度場發(fā)展與分布規(guī)律展開研究，同時(shí)提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行對比分析。主要得出：整個(gè)聯(lián)絡(luò)通道最薄弱的地方是x=-10.7 m處土體，可在該部位打設(shè)一小排凍結(jié)管來增強(qiáng)凍結(jié)效果；路徑1、路徑3和路徑5降溫規(guī)律相似，即開挖區(qū)溫度比凍土帷幕區(qū)溫度高很多，隨著時(shí)間推移，各個(gè)分析點(diǎn)的溫度逐漸降低，且離凍結(jié)管越近，土體溫度越低，其強(qiáng)度越高，越難開挖。路徑2和路徑4降溫規(guī)律相似，即各分析點(diǎn)溫度基本保持在原始地溫18℃左右，隨著時(shí)間的推移，溫度逐漸降低；每隔5 d，曲線之間間距大致相等，降溫幅度大致相等，靠上行線隧道端口土體溫度較靠下行隧道端口土體溫度高?？芍刂鳻軸方向(即縱向)降溫規(guī)律相似，沿著Y軸方向(即橫向)降溫規(guī)律相似；采取優(yōu)化方案將凍結(jié)管水平打設(shè)，可降低施工難度及節(jié)約成本。所得結(jié)果可為今后類似工程設(shè)計(jì)提供技術(shù)參考依據(jù)。

聯(lián)絡(luò)通道；地鐵；凍結(jié)法；數(shù)值模擬；優(yōu)化分析

0 引言

上海地鐵四號線聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)加固工法引發(fā)的重大工程事故表明，對凍結(jié)法加固聯(lián)絡(luò)通道周邊土層溫度場的發(fā)展規(guī)律亟待深入研究。地鐵聯(lián)絡(luò)通道通常與集水井一起修建于各段區(qū)間盾構(gòu)隧道中部，其斷面形狀一般采用直墻拱形，可采用明挖法、暗挖法、先明挖后暗挖法和頂管法等進(jìn)行施工。當(dāng)采用暗挖法施工時(shí)，如何選擇安全的周邊土體加固方式，保證聯(lián)絡(luò)通道順利施工是需要解決的關(guān)鍵問題[1-8]。聯(lián)絡(luò)通道周邊土層常采用隧道內(nèi)凍結(jié)法加固。前人對于聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法加固的研究主要在凍土帷幕應(yīng)力場和滲流場方面，對凍土帷幕溫度場的研究也主要集中在現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析上，對凍結(jié)法加固聯(lián)絡(luò)通道周邊土層溫度場的發(fā)展與分布規(guī)律亟待進(jìn)一步深入研究[9-15]。

本文結(jié)合蘇州地鐵玉山公園站-蘇州樂園站區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)加固工程，建立三維數(shù)值模型對該工程凍土帷幕溫度場發(fā)展與分布規(guī)律展開研究，同時(shí)對該區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)管布置方案進(jìn)行改良，提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行數(shù)值對比分析，所得結(jié)果可為今后類似工程設(shè)計(jì)提供技術(shù)參考依據(jù)。

1 工程背景

1.1 基本概況

蘇州地鐵玉山公園站-蘇州樂園站區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)通道及泵站工程位置里程為上行線DK4+226.162、下行線DK4+225.000，線間距約14 m。聯(lián)絡(luò)通道所在位置的隧道管片為鋼管片，隧道內(nèi)徑為φ5.5m，管片厚度350mm。采用“隧道內(nèi)水平凍結(jié)加固土體、隧道內(nèi)礦山法開挖構(gòu)筑”的全隧道內(nèi)施工方案，分為凍結(jié)孔施工、凍結(jié)施工和開挖構(gòu)筑施工3個(gè)主要部分。

聯(lián)絡(luò)通道處的土層自上而下依次為：①素填土、②粉質(zhì)粘土、③2粘質(zhì)粘土、④-1粉土、④-2粉砂夾粉土和⑤3粉質(zhì)粘土。聯(lián)絡(luò)通道開挖面土層為④-2粉砂夾粉土和⑤-3粉質(zhì)粘土，主要穿過④-2粉砂夾粉土層。

1.2 凍結(jié)加固方案設(shè)計(jì)

聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)孔的布置采取從上、下行線隧道兩側(cè)打孔方式進(jìn)行。凍結(jié)孔按上仰、水平、下俯三種角度布置，共布置凍結(jié)孔64個(gè)，該聯(lián)絡(luò)通道設(shè)置4個(gè)穿透孔，供對側(cè)隧道凍結(jié)孔和冷凍排管使用。凍結(jié)孔布置示意圖如圖1所示。

2 溫度場三維數(shù)值模型的建立

2.1 基本假定

土層視為均質(zhì)、熱各向同性體；18℃為其原始地溫；直接將溫度荷載施加到凍結(jié)管壁上；土層參數(shù)取傳熱最不利的④-2粉砂夾粉土層；忽略水分遷移的影響；土層凍結(jié)溫度取為-1℃[16-19]。

(a)凍結(jié)孔布置立面透視圖

(b)A-A剖面凍結(jié)孔開孔位置圖(上行線內(nèi))

(c)B-B剖面凍結(jié)孔開孔位置圖(下行線內(nèi))圖1 凍結(jié)孔布置示意圖Fig.1 Diagram of freeze holes layout

2.2 計(jì)算模型和參數(shù)選取

該溫度場三維計(jì)算模型采用帶相變的瞬態(tài)導(dǎo)熱模型。根據(jù)凍結(jié)管的對稱性布置以及考慮到現(xiàn)有計(jì)算機(jī)運(yùn)行模型的狀況，為簡化計(jì)算提高效率，本模型取聯(lián)絡(luò)通道的一半，即取上行線隧道軸線與聯(lián)絡(luò)通道縱剖面軸線的交點(diǎn)向右1.5 m處為坐標(biāo)原點(diǎn)，取模型的縱向長度(X軸方向)×橫向?qū)挾?Y軸方向)×垂直高度(Z軸方向)=13.79 m×6 m×16 m。其中取隧道內(nèi)徑為2.75 m，選取4節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格劃分格式，網(wǎng)格劃分及模型尺寸如圖2所示。

本模型的材料參數(shù)[20-23]見表1。幾何建模時(shí)通過Boolean運(yùn)算將凍結(jié)管實(shí)體從整體模型中減掉，剩下凍結(jié)管表面，以凍結(jié)管表面為熱荷載邊界，以鹽水溫度作為邊界荷載。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，積極凍結(jié)期間鹽水降溫過程見表2，根據(jù)降溫計(jì)劃，取凍結(jié)時(shí)間步為40 d，每步時(shí)間長為24 h。

表1 土體熱物理參數(shù)

表2 凍結(jié)管鹽水降溫計(jì)劃

2.3 研究路徑的選取

為了更好地研究該聯(lián)絡(luò)通道凍土帷幕的溫度場發(fā)展與分布規(guī)律，分別設(shè)置了5條路徑和在路徑上的共27個(gè)分析點(diǎn)，如圖2所示。路徑1(1～7號分析點(diǎn))和路徑3(11～17號分析點(diǎn))分別設(shè)置在上下行線隧道軸線所在水平面上，管片與土體的交界面處，每隔1 m設(shè)置一分析點(diǎn)，7號和11號分析點(diǎn)也位于路徑2上。路徑2(7～11號分析點(diǎn))設(shè)置在聯(lián)絡(luò)通道縱剖面Y=1.5 m軸線上，每隔約3.5 m設(shè)置一分析點(diǎn)。路徑4(18～22號分析點(diǎn))設(shè)置在Y=-1.5 m的切面中聯(lián)絡(luò)通道縱剖面軸線上，每隔約3.5 m設(shè)置一分析點(diǎn)。路徑5(23～27號分析點(diǎn))設(shè)置在X=-6.9 m與上下行線隧道軸線平行的線上，每隔約1 m設(shè)置一分析點(diǎn)。

圖2 計(jì)算模型Fig.2 Calculation models

3 溫度場數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析

3.1 凍土帷幕總體情況

圖3為凍結(jié)40 d時(shí)凍土帷幕總情況，其中(a)(b)(c)(d)分別表示x=-3.1 m、x=-4.9 m、x=-7.4 m、x=-8.7 m、x=-10.7 m處總體溫度云圖、YZ剖面溫度云圖以及-1℃、-10℃等溫線圖。

從圖3中可以看出：積極凍結(jié)40 d后，各個(gè)位置均形成穩(wěn)定的凍土帷幕，各個(gè)位置的凍土帷幕厚度均大于1.8 m且平均溫度低于-10℃，滿足施工要求。值得關(guān)注的是x=-7.4 m處有一根凍結(jié)管的凍土帷幕未與整體凍土帷幕交圈，該凍結(jié)管設(shè)立的作用是為開挖聯(lián)絡(luò)通道集水井提供保護(hù)，也起到對聯(lián)絡(luò)通道開挖的雙重保護(hù)，其對整體凍結(jié)帷幕以及開挖施工影響不大。

同樣值得關(guān)注的是x=-10.7 m處，即聯(lián)絡(luò)通道下行段隧道圓弧面上部土體，在聯(lián)絡(luò)通道下行線上設(shè)置的凍結(jié)管不多，且此處若凍土效果不佳，極易發(fā)生滲流，導(dǎo)致工程事故的發(fā)生。從圖2(e)中可以看出，積極凍結(jié)40 d后，x=-10.7 m處已形成完整封閉的凍土帷幕，則該方案可行。

(a)x=-3.1 m

(b)x=-4.9 m

(c)x=-7.4 m

(d)x=-8.7 m

(e)x=-10.7 m圖3 凍結(jié)40 d時(shí)凍土帷幕總體情況Fig.3 The general situation of frozen soil curtain at 40 days

3.2 凍土帷幕交圈情況

圖4為不同時(shí)間聯(lián)絡(luò)通道不同位置的-1℃和-10℃等溫線，其中從左到右為x=-3.1 m、x=-4.9 m、x=-7.4 m、x=-8.7 m、x=-10.7 m處剖面。

(a)凍結(jié)10 d

(b)凍結(jié)20 d

(c)凍結(jié)30 d

(d)凍結(jié)40 d圖4 不同時(shí)間不同位置-1℃和-10℃等溫線圖Fig.4 Isotherms at-1 ℃-10 ℃ in different locations and different times

從圖4中可以看出：凍土帷幕最初以凍結(jié)管為圓心，隨著時(shí)間推移逐漸變大，凍結(jié)管周邊的凍土帷幕與其他凍結(jié)管凍土帷幕相融合，直到積極凍結(jié)40 d時(shí)，各個(gè)剖面都已形成完整的凍土帷幕。從圖中還可以看出，同一時(shí)期，不同位置的凍土帷幕情況不同，x=-3.1 m處的凍土帷幕最大，在20 d時(shí)已經(jīng)形成較大的完整的凍土帷幕，x=-10.7 m處的凍土帷幕最小，這與凍結(jié)管的布置密切相關(guān)，凍結(jié)管在x=-3.1 m處布置較多，在x=-10.7 m處布置較少(特別是在聯(lián)絡(luò)通道上方布置較少)，故在凍結(jié)過程中應(yīng)多觀察x=-10.7 m剖面薄弱處，以免發(fā)生事故。

3.3 路徑分析

3.3.1 路徑1

為研究聯(lián)絡(luò)通道溫度場發(fā)展規(guī)律，設(shè)置了5條研究路徑，如圖2所示。路徑1(1～7號分析點(diǎn))溫度隨時(shí)間變化曲線如圖5所示，凍結(jié)管在2號和3號分析點(diǎn)之間，靠近3號分析點(diǎn)，從圖5中可以看出：3號分析點(diǎn)降溫最快，約第7天降溫到0℃；2號分析點(diǎn)離凍結(jié)管較3號分析點(diǎn)遠(yuǎn)，其降溫較慢，約第28天降溫到0℃；4號分析點(diǎn)約第40天降溫到0℃。由凍結(jié)管的布置可知，其圖形類似于一個(gè)開口向右的“C”形，中間少有凍結(jié)管，故離凍結(jié)管較遠(yuǎn)的1、5、6、7號分析點(diǎn)降溫較慢，各點(diǎn)降溫規(guī)律為離凍結(jié)管越近降溫越快。

圖5 路徑1上1～7號點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化曲線圖Fig.5 Temperature changing with time at 1-7 point along path 1

圖6為路徑1各點(diǎn)不同時(shí)間的溫度空間分布曲線。施工時(shí)開挖界面距聯(lián)絡(luò)通道縱剖面軸線約1.97 m，聯(lián)絡(luò)通道縱剖面軸線到開挖界面區(qū)域?yàn)殚_挖區(qū)，剩下區(qū)域?yàn)閮鐾玲∧粎^(qū)(凍土帷幕區(qū)大于2 m)，聯(lián)絡(luò)通道施工便是在凍土帷幕區(qū)的保護(hù)下進(jìn)行開挖修筑的。

由圖6可以看出：開挖區(qū)溫度比凍土帷幕區(qū)溫度高很多；不同時(shí)段的3號分析點(diǎn)溫度最低，隨著時(shí)間推移，3號分析點(diǎn)的溫度逐漸降低。凍結(jié)40 d時(shí)，聯(lián)絡(luò)通道凍土帷幕保護(hù)區(qū)溫度低于0℃，適合開挖，且離凍結(jié)管越近，土體溫度越低，其強(qiáng)度越高，越難開挖。大于5 d后，3號分析點(diǎn)周圍溫度基本都在0℃以下，第40天，3號分析點(diǎn)附近平均溫度低于-20℃，滿足施工要的凍土帷幕不小于1.8 m和平均溫度不高于10℃要求。

圖6 路徑1各點(diǎn)不同時(shí)間的溫度空間分布曲線圖Fig.6 The spatial distribution of the temperature on each point of path 1 at the different time

3.3.2 路徑2

路徑2(7～11號分析點(diǎn))溫度隨時(shí)間變化曲線如圖7所示。由于路徑位于模型最右側(cè)，離凍結(jié)管較遠(yuǎn)，從圖7中可以看出：路徑2上點(diǎn)受凍結(jié)管影響較小，溫度保持在16～18℃之間，土體未凍結(jié)；7號分析點(diǎn)位于上行線隧道口附近，周圍凍結(jié)管較多，其降溫較快；11號分析點(diǎn)位于下行線隧道口附近，周圍凍結(jié)管較少，受影響程度較7號分析點(diǎn)小，降溫較慢；10號分析點(diǎn)與11號分析點(diǎn)由于受影響程度均很小，溫度基本維持在18℃附近，兩者溫度隨時(shí)間變化曲線基本一致。

圖7 路徑2上7～11號點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化曲線圖Fig.7 Temperature changing of 7-11 point with time along path 2

圖8為路徑2各點(diǎn)不同時(shí)間的溫度空間分布曲線，由圖8可知：凍結(jié)5、10、15d時(shí)，土體溫度基本維持在18℃不變，靠上行線隧道端口土體溫度較靠下行隧道端口土體溫度高。

圖8 路徑2各點(diǎn)不同時(shí)間的溫度空間分布曲線圖Fig.8 The spatial distribution of the temperature on each point of path 2 at the different time

3.3.3 路徑3

路徑3(11～17號分析點(diǎn))溫度隨時(shí)間變化曲線如圖9所示。凍結(jié)管位于15號分析點(diǎn)和16號分析點(diǎn)之間。由圖9可以看出：路徑3的溫度隨時(shí)間變化曲線(即降溫規(guī)律)與路徑1的溫度隨時(shí)間變化曲線相似；15號分析點(diǎn)和16號分析點(diǎn)在40 d前達(dá)到0℃，而相比路徑1，路徑3上的點(diǎn)由于上下行隧道的凍結(jié)管數(shù)量的差異，更難降溫到0℃。

圖9 路徑3上11～17號點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化曲線圖Fig.9 Temperature changing with time of 11-17 point along path 3

圖10 路徑3各點(diǎn)不同時(shí)間的溫度空間分布曲線圖Fig.10 The spatial distribution of the temperature on each point of path 3 at the different time

圖10為路徑3各點(diǎn)不同時(shí)間的溫度空間分布曲線。由圖10可知：該曲線分布與圖6相似，從15 d開始，凍結(jié)管附近溫度低于20℃，滿足施工要求；開挖區(qū)溫度基本保持在10℃以上，土體未凍結(jié)。

3.3.4 路徑4

路徑4(18～22號分析點(diǎn))溫度隨時(shí)間變化曲線如圖11所示。由圖11可知：由于路徑4更靠近凍結(jié)管，相比路徑2其降溫較快，22號分析點(diǎn)溫度在第40天時(shí)達(dá)到0℃，其余分析點(diǎn)未達(dá)到0℃，附近土體未凍結(jié)。

圖12為路徑4各點(diǎn)不同時(shí)間的溫度空間分布曲線。由圖12可知：5 d時(shí)，各分析點(diǎn)溫度基本保持在原始地溫18℃左右，隨著時(shí)間的推移，溫度逐漸降低；15 d到40 d，每隔5 d，曲線之間間距大致相等，降溫幅度大致相。

圖11 路徑4上18～22號點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化曲線圖Fig.11 Temperature changing of 18-22 point with time along path 4

圖12 路徑4各點(diǎn)不同時(shí)間的溫度空間分布曲線圖Fig.12 The spatial distribution of the temperature on each point of path 4 at the different time

3.3.5 路徑5

路徑5(23～27號分析點(diǎn))溫度隨時(shí)間變化曲線如圖13所示。由圖13可知：23號分析點(diǎn)、24號分析點(diǎn)、25號分析點(diǎn)在40 d前均達(dá)到0℃以下，降溫速度比路徑1和路徑3快，其余規(guī)律類似于路徑1和路徑3。

圖13 路徑5上23～27號點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化曲線圖Fig.13 Temperature changing of 23-27 point with time along path 5

圖14為路徑5各點(diǎn)不同時(shí)間的溫度空間分布曲線。由圖14可以看出：25號分析點(diǎn)與27號分析點(diǎn)之間的溫度較24號分析點(diǎn)高，凍結(jié)管位于24號分析點(diǎn)附近；路徑5各點(diǎn)不同時(shí)間的溫度空間分布曲線類似于路徑1和路徑3。

圖14 路徑5各點(diǎn)不同時(shí)間的溫度空間分布曲線圖Fig.14 The spatial distribution of the temperature on each point along path 5 at the different time

4 凍結(jié)管布置方案優(yōu)化分析

4.1 優(yōu)化方案

由上述對地鐵聯(lián)絡(luò)通道建立的三維數(shù)值模型研究可以看出，聯(lián)絡(luò)通道中間為保護(hù)集水井開挖設(shè)置的凍結(jié)管存在影響土體凍結(jié)的風(fēng)險(xiǎn)，且考慮到具有角度的發(fā)散型凍結(jié)管在施工時(shí)難度較大等因素，可采取優(yōu)化方式將凍結(jié)管水平打設(shè)，從而降低施工難度，節(jié)約成本，提高效率。具體優(yōu)化方案更改點(diǎn)如下：

(1)將上行線凍結(jié)管全部水平打通至下行線隧道與聯(lián)絡(luò)通道交界面上，但不打穿。

(2)取消下行線上的幾根凍結(jié)管以及從上行線打設(shè)的聯(lián)絡(luò)通道中間凍結(jié)管。

(3)更改集水井施工方法，由原來的順做法更改為逆做法。

除以上變更外，其余參數(shù)與原模型一致，分析方法也與原模型一致。

4.2 原始方案與優(yōu)化方案比較

4.2.1 交圈時(shí)間比較

圖15為原始模型與優(yōu)化模型交圈圖。分析原始模型與優(yōu)化模型可知，聯(lián)絡(luò)通道在x=-10.7 m處最薄弱，由交圈圖15可知，原始模型在第20天開始形成閉合的凍土帷幕，而優(yōu)化模型在第11天就已開始形成完整的凍土帷幕，時(shí)間大大減少。交圈時(shí)，(a)圖形成的凍土帷幕比(b)圖高，但是(b)圖比(a)圖飽滿，即凍土帷幕較厚。

圖15 原始模型與優(yōu)化模型交圈圖Fig.15 Cross graphs of original model and optimized model

4.2.2 經(jīng)濟(jì)效益與施工難易比較

由圖1可知，原始方案凍結(jié)管采用呈角度的形式打入，施工難度很大，而優(yōu)化方案采取凍結(jié)管全部水平打入的方式，大大降低了施工的難度。其次，由于優(yōu)化后方案取消下行線打入的凍結(jié)管和為保護(hù)集水井開挖設(shè)置的凍結(jié)管，采取更少的凍結(jié)管，在一定程度上節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本。凍結(jié)法的主要缺點(diǎn)為成本太大，而采取優(yōu)化方案，降低成本，做到利益最大化。

4.2.3 集水井施工方法比較

原始方案采用的是順做法，先將集水井土體全部挖出，再從集水井底部往上做內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這是由于原始方案中集水井處有打入了凍結(jié)管，集水井周圍土體凍結(jié)，可以一挖到底，再做支護(hù)結(jié)構(gòu)。優(yōu)化方案取消掉中間和下部的幾根凍結(jié)管，集水井附近土體未凍結(jié)，采取逆作法，邊挖土邊做支護(hù)結(jié)構(gòu)，直至集水井底板封底。逆作法具有保護(hù)環(huán)境、節(jié)約社會資源、縮短建設(shè)周期等諸多優(yōu)點(diǎn)，故可采取逆作法施工開挖集水井。

4.2.4 優(yōu)化方案的不足及建議

(1)優(yōu)化后方案將凍結(jié)管全部水平打通，整個(gè)聯(lián)絡(luò)通道最薄弱處依然還是隧道上下行線與聯(lián)絡(luò)通道交界面上部土體，此處土體如未完全凍結(jié)將引起土體水滲流，引發(fā)工程事故，考慮到危險(xiǎn)性的存在，可在這兩個(gè)部位各打一小排凍結(jié)管加強(qiáng)凍結(jié)效果，防止事故的發(fā)生。

(2)優(yōu)化后方案拆除原有的保護(hù)集水井開挖的凍結(jié)管，集水井附近土體凍結(jié)效果沒有原始方案顯著，在集水井施工過程中，應(yīng)做好支護(hù)結(jié)構(gòu)，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，防止意外發(fā)生。

5 結(jié)束語

本文結(jié)合蘇州地鐵玉山公園站-蘇州樂園站區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)加固工程，建立三維數(shù)值模型對該工程凍土帷幕溫度場發(fā)展與分布規(guī)律展開研究，同時(shí)對該區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)管布置方案進(jìn)行改良，提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行對比分析，主要得出：

(1)在凍結(jié)過程中，整個(gè)聯(lián)絡(luò)通道最薄弱的地方是x=-10.7 m處土體(即下行線隧道圓弧面上部土體)，分析過程中，該處凍結(jié)效果良好，但為了保守起見以及考慮到土體材料性質(zhì)不均等情況，可在該部位打設(shè)一小排凍結(jié)管來增強(qiáng)凍結(jié)效果。

(2)沿著X軸方向(即縱向)路徑降溫規(guī)律相似，沿著Y軸方向(即橫向)路徑降溫規(guī)律相似；靠近凍結(jié)管處土體溫度降溫較快，反之較慢；隨著時(shí)間的增加，土體溫度越低，直至達(dá)到設(shè)計(jì)方案要求的溫度。

(3)可采取優(yōu)化方案將凍結(jié)管水平打設(shè)，從而降低施工難度，節(jié)約成本，提高效率。

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Numerical Optimization Analysis on Temperature Field ofFreezing Method for Reinforcing Subway Connection

Zhu Yunyun，Hu Jun*，Wei Hong，Zhao Lianzhen

(College of Civil Engineering and Architecture，Hainan University，Haikou，Hainan 570228，China)

In this paper，a three-dimensional numerical model was established to study the development and distribution of the temperature field of the frozen soil curtain wall of Yushan Park Station -Suzhou Leyuan Station of Suzhou Subway.The optimized design scheme was also proposed for comparison analysis.It was mainly concluded that the weakest place of the entire connected aisle was at x =-10.7m，in which a small row of frozen tubes can be embedded to enhance the freezing effect；cooling laws of path 1，path 3 and path 5 are similar，which means the excavation area temperature is much higher than the temperature of frozen soil curtain area.The temperature of each analysis point was gradually reduced with the passage of time，and it was more difficult to excavate close to the frozen tube when the soil was in much lower temperature and higher strength.The cooling laws of the path 2 and path 4 were similar，which means the temperature of each analysis point is kept at around 18 ℃，and the temperature gradually decreases with the passage of time.The distance between the curves and the temperature decrement was approximately equal in every 5 days.The temperature of the soil in the upper tunnel was higher than that in the lower tunnel.It was shown that the dropping temperature along the X-axis(ie，vertical)was similar，and the dropping temperature along the Y-axis(ie，the transverse direction)was similar.The optimizing program to set the level of freezing tube could reduce the difficulty of the construction and cost savings.The results can provide technical reference for future similar engineering design.

connected aisle；subway；freezing method；numerical simulation；optimization analysis

2016-07-01

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51368017)；海南省科技項(xiàng)目(ZDXM2015117)；海南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃科技合作方向項(xiàng)目(ZDYF2016226)；海南省教育廳高等學(xué)?？蒲许?xiàng)目(Hnky2016ZD-7；Hnky2015-10)

朱云云，本科生。研究方向：土木工程。

*通信作者：胡俊，副教授，博士。研究方向：隧道及地下工程。E-mail：hj7140477@hainu.edu.cn.

朱云云，胡俊，衛(wèi)宏，等.地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法加固溫度場數(shù)值優(yōu)化分析[J].森林工程，2017，33(1)：74-81.

U 231

A

1001-005X(2017)01-0074-08