人工冻结地层中圆形隧道的瞬态响应研究

城市地铁隧道穿越流砂层时常采用人工冻结法施工，土体冻结后强度提高，阻断了地下水流，有利于隧道施工。人工冻土是固相、液相和冰组成的多相体，本文考虑了固相、冰与液体的相互作用，采用双固相饱和多孔介质理论研究冻土中的圆形盾构隧道的动力响应问题。依据轴对称平面应变模型，采用积分变换和分离变量法求得了频域响应的解析解，并通过拉氏逆变换获得梯级加荷情况下的隧道时域响应。当冻土的温度接近于冻结点时，与饱和土中圆柱形空腔对比表明，该解与饱和土中圆形隧道的解能较好地吻合。计算结果表明：对于孔壁不透水情况，梯级荷载下隧道的径向位移随径向距离加大而减小；随着温度的降低，冻土强度提高，孔壁处径向位移减小，位移在外荷载作用下增长速率加大；随着渗透系数增加，隧道的径向位移略有减小。该结果对于地铁隧道的冻结法施工具有重要的应用价值。