管幕凍結組合預加固技術中合理凍結模式數(shù)值模擬研究.pdf

1、人工凍結法是指利用人工制冷技術，通過向土層打入凍結管，并通過熱轉換降低土體的溫度使其含水土層形成凍結體，從而增強土體的穩(wěn)定性、減少變形和隔斷地下水的作用，以便在凍結體的保護下進行各種施工的一種特殊施工技術。人工凍結法在隧道中的應用，表現(xiàn)在加固盾構出、進洞的土體，穩(wěn)定盾構隧道在地下或海底對接的土體，修復隧道涌水，防止塌陷事故等方面。人工凍結法之所以被廣泛應用，其主要優(yōu)點是:一封水可靠，可實現(xiàn)人工干挖施工，有利于保證各類結構的施工質(zhì)量;二是

2、對環(huán)境保護有利，無異物進入土壤，對周邊環(huán)境擾動小;三是適用性強，一般情況下可在各類土層中應用。
　　本文依托港珠澳大橋拱北隧道暗挖段采用的管幕凍結組合預加固技術，利用理論分析、數(shù)值模擬等方法對“圓形凍結管+異形凍結管+限位管”各凍結組合模式在積極凍結期的凍土帷幕發(fā)展規(guī)律和凍脹位移發(fā)展規(guī)律進行研究。本文的主要研究內(nèi)容有:
　　(1)結合熱力學和已有的單管、單排、單圈凍結法的理論成果，對該工程凍土的溫度場、凍脹位移和凍脹應變的形

3、成和發(fā)展規(guī)律進行理論分析;
　　(2)借鑒《拱北隧道施工圖設計》中的凍結工法設計方案，根據(jù)三種管的凍結作用，確定該凍結工法的合理組合模式;
　　(3)針對各種凍結組合模式設計相應的數(shù)值模擬方案，并利用大型數(shù)值計算軟件建立數(shù)值模型，考慮相變潛熱的對凍結壁擴展速度的影響，模擬各數(shù)值模擬方案的溫度場發(fā)展規(guī)律;利用順序耦合分析方法，引入熱膨脹系數(shù)來考慮人工凍結過程中地表凍脹變形的影響，模擬各數(shù)值模擬方案的地表凍脹位移發(fā)展規(guī)律;

4、>　　(4)根據(jù)凍結工期、凍結壁厚度和凍脹控制指標要求，通過3種數(shù)值模擬方案驗證:
　?、賳螆A形凍結管凍結模式是否可以形成所需的凍結壁厚度，確定異形凍結管輔助凍結的必要性;
　　②圓形凍結管為主，異形凍結管為輔凍結模式是否可形成所需的凍結壁厚度，確定首次開挖異形凍結管提前15天開啟的合理性;
　　③圓形凍結管和異性凍結管協(xié)同凍結模式中異性凍結管滯后開啟時間的確定。
　　(5)確定各數(shù)值模擬方案限位管開啟的必要性，