管幕冻结施工工法研究与应用

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1、分类号:U41610710-BS/2007014博士学位论文管幕冻结施工工法研究与应用李剑导师姓名职称郝培文教授申请学位类别博士学科专业名称道路与铁道工程论文提交日期2015年3月18日论文答辩日期2015年12月17日学位授予单位长安大学ResearchandApplicationofFreeze-sealingPipeRoofConstructionMethodADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandidate：LijianSupervisor：Prof.HaoPeiwenChang’anUniversity,X

2、i’an,China摘要随着我国工程建设的深入推进，出现了一些复杂工程如高速公路下穿正在运营的铁路线、不停航跑道下修建地下通道、高速公路或城市道路下穿敏感建筑等。这些工程对自身施工安全和地表沉降控制提出了更高要求，管幕冻结法为解决此类复杂工程问题提供了一种新的技术思路和途径。管幕冻结法是利用顶管设备将钢管管节顶入土体中，各单管间的空隙采用冻结的方法进行封闭止水，在管幕及冻结圈组成的支护体系下进行土体开挖的一种施工方法，是针对曲线管幕在管幕法的基础上而提出的。该工法体系中，由顶管形成的管幕作为结构体承受主要荷载，冻结起到封水作用，防止管间的水土流失。本文以正在建设的港珠

3、澳大桥珠海连接线项目为依托，结合拱北口岸暗挖段工程实际，采用室内模型试验研究了单根顶管管节偏角与管节应力变化规律，并采用室内模型试验和数值分析研究了管幕顶管群管间的相互影响，为曲线管幕的形成提供参考。研究了冻结止水帷幕在积极冻结期和维护冻结期的冻结效果，并对冻胀变形的影响进行了数值模拟计算分析，取得以下主要成果：1、管幕冻结法工法在技术上是可行的，可为复杂条件下的暗挖施工提供一种新的思路。2、顶进力按照经验公式计算时，应充分考虑各种因素对顶进力的影响。在曲线顶进过程中，顶进力的传递呈不对称分布，管节应变沿轴线基本呈减小的趋势，且管节会存在一定的偏转。3、通过相邻顶管相

4、互影响的研究结果表明，后顶顶管会对先定顶管产生一定的影响：顶管所产生的沉降槽随后顶管的顶进由先偏向顶顶管的上方向两管中间偏移，两顶管间的土体出现较大的屈服，后顶顶管会在先顶顶管上产生一定的附加作用力。通过控制顶管施工顶进参数控制、及时测量纠偏，管幕顶管间的相互影响作用可有效降低，可保证管幕的形成。4、在积极冻结期，仅开启圆形冻结管可以实现顶管管节的封水作用，但形成设计的冻土厚度需较长时间。异形加强冻结管可明显提高冻结效果。因此，在工程应用中建议在积极冻结期采用圆形冻结管和异形加强冻结管同步开启方案。对长距离水平冻结，建议采用分段冻结方案。5、在维护冻结期，为减少对冻结

5、效果的影响并利于开挖断面的施工作业，I开挖断面内空气温度宜控制在25℃。开挖断面的风速对冻结效果影响不显著，对开挖断面的通风无需要求过严。6、限位管的开启对冻结效果影响非常显著，限位管的开启可有效控制冻土的厚度。限位管内流体的温度对冻结效果影响较大，为避免洞穿现象并有效限制冻土厚度，限位管内流体的温度宜为15℃左右。7、地表最大隆起量、最大水平位移、隆起影响范围及水平位移影响范围随冻土壁厚度的增加而线性增大，管幕上端、侧端顶管的位移随冻土壁厚度的增加而线性增大。因此，在工程中必须对冻土壁厚度加以控制，以免对周边环境产生较大影响。8、地表最大隆起点和地表水平位移最大点的

6、位置几乎不随冻土壁厚度的变化而变化，最大隆起点总是发生在地表竖直对应暗挖段中心的位置，最大水平位移总是发生在管幕侧壁横向向外5m左右所对应地面的位置附近。利用这一规律，结合地面变形监测数据，可以更有针对性的来控制地面变形。关键词：管幕冻结工法曲线管幕积极冻结维护冻结封水效果冻胀暗挖施工IIAbstractWithfurtheradvancingofChina’sengineeringconstruction,therehavebeenanumberofcomplexprojects,suchashighwaycrossingbeneathrailway,passage

7、passingbeneathairportrunways,roadunderpassingsensitivebuildingsetc..Theseprojectshavestrictrequirementsfortheirownsafetyandforcontrollinggroundsurfacesettlement.Thefreeze-sealingpiperoofconstructionmethodprovidesanewtechniqueandapproachforsolvingthesecomplexengineeringproblems.