管幕凍結(jié)組合預(yù)加固技術(shù)中合理凍結(jié)模式數(shù)值模擬研究.pdf

1、人工凍結(jié)法是指利用人工制冷技術(shù)，通過(guò)向土層打入凍結(jié)管，并通過(guò)熱轉(zhuǎn)換降低土體的溫度使其含水土層形成凍結(jié)體，從而增強(qiáng)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(jié)體的保護(hù)下進(jìn)行各種施工的一種特殊施工技術(shù)。人工凍結(jié)法在隧道中的應(yīng)用，表現(xiàn)在加固盾構(gòu)出、進(jìn)洞的土體，穩(wěn)定盾構(gòu)隧道在地下或海底對(duì)接的土體，修復(fù)隧道涌水，防止塌陷事故等方面。人工凍結(jié)法之所以被廣泛應(yīng)用，其主要優(yōu)點(diǎn)是:一封水可靠，可實(shí)現(xiàn)人工干挖施工，有利于保證各類結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量;二是

2、對(duì)環(huán)境保護(hù)有利，無(wú)異物進(jìn)入土壤，對(duì)周邊環(huán)境擾動(dòng)小;三是適用性強(qiáng)，一般情況下可在各類土層中應(yīng)用。
　　本文依托港珠澳大橋拱北隧道暗挖段采用的管幕凍結(jié)組合預(yù)加固技術(shù)，利用理論分析、數(shù)值模擬等方法對(duì)“圓形凍結(jié)管+異形凍結(jié)管+限位管”各凍結(jié)組合模式在積極凍結(jié)期的凍土帷幕發(fā)展規(guī)律和凍脹位移發(fā)展規(guī)律進(jìn)行研究。本文的主要研究?jī)?nèi)容有:
　　(1)結(jié)合熱力學(xué)和已有的單管、單排、單圈凍結(jié)法的理論成果，對(duì)該工程凍土的溫度場(chǎng)、凍脹位移和凍脹應(yīng)變的形

3、成和發(fā)展規(guī)律進(jìn)行理論分析;
　　(2)借鑒《拱北隧道施工圖設(shè)計(jì)》中的凍結(jié)工法設(shè)計(jì)方案，根據(jù)三種管的凍結(jié)作用，確定該凍結(jié)工法的合理組合模式;
　　(3)針對(duì)各種凍結(jié)組合模式設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)值模擬方案，并利用大型數(shù)值計(jì)算軟件建立數(shù)值模型，考慮相變潛熱的對(duì)凍結(jié)壁擴(kuò)展速度的影響，模擬各數(shù)值模擬方案的溫度場(chǎng)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(lái)考慮人工凍結(jié)過(guò)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(jié)工期、凍結(jié)壁厚度和凍脹控制指標(biāo)要求，通過(guò)3種數(shù)值模擬方案驗(yàn)證:
　?、賳螆A形凍結(jié)管凍結(jié)模式是否可以形成所需的凍結(jié)壁厚度，確定異形凍結(jié)管輔助凍結(jié)的必要性;
　?、趫A形凍結(jié)管為主，異形凍結(jié)管為輔凍結(jié)模式是否可形成所需的凍結(jié)壁厚度，確定首次開挖異形凍結(jié)管提前15天開啟的合理性;
　?、蹐A形凍結(jié)管和異性凍結(jié)管協(xié)同凍結(jié)模式中異性凍結(jié)管滯后開啟時(shí)間的確定。
　　(5)確定各數(shù)值模擬方案限位管開啟的必要性，