管幕冻结组合预加固技术中合理冻结模式数值模拟研究

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）管幕冻结组合预加固技术中合理冻结模式数值模拟研究吴楚雨：二〇一五年五月８４５分类号：学校代号：１１ＵＤＣ：密级：学号：２１１１２０９０１５广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）管幕冻结组合预加固技术中合理冻结模式数值模拟研究吴楚雨指导教师姓名：吉／丨、日月、、职称专业或领域名称：桥梁与隊道工程学生所属学院：十木与交通工程论文答辩日期：２０１５年５月ＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＧｕ

2、ａｎｄｏｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆｇｇｙＴｅｃｈｎｏｌｏｆｏｒｔｈｅＤｅｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｉｎｅｅｒｉｎＳｃｉｅｎｃｅｇｙｇｇｇＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｉｎｅｅｒｉｎＳｃｉｅｎｃｅ（ｇｇ）ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎＲｅａｓｏｎａｂｌｅＦｒｅｅｚｉｎｇＭｏｄｅｆｏｒｈｅ－ｔＣｏｍｂｉｎｅｄＰｉｐｅＲｏｏｆａｎｄＦｒｅｅｚｉｎｇＰｒｅ－ｓｕｏｐｐｒｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅｉｎＧｏｎｇｂｅｉｔｕｎｎｅｌＭａｓｔｅｒＣａｎｄｉｄａ

3、ｔｅ：ＷｕＣｈｕＹｕＳｕｅｒｖｉｓｏｒ：ＶｉｃｅＰｒｏｆ．ＪｉＸｉａｏＭｉｎｐｇＭａ２０１５ｙＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｇＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＧｕａｎｚｈｏｕＧｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ，５１０００６ｇ，搞要摘要人工冻结法是指利用人工制冷技术，通过向土层打入冻结管，并通过热转换降低土体的温度使其含水土层形成冻结体，从而增强土体的稳定性、减少变形和

4、隔断地下一水的作用，以便在冻结体的保护下进行各种施工的种特殊施工技术。人工冻结法在隧道中的应用，表现在加固盾构出、进洞的土体，稳定盾构隧道在地下或海底对接的土体，修复隧道涌水，防止塌陷事故等方面。人工冻结法之所以被广泛应用，其主要一二是？优点是：封水可靠，可实现人工干挖施工，有利于保证各类结构的施工质量；入土壤一对环境保护有利，无异物进，对周边环境扰动小；三是适用性强，般情况下可在各类土层中应用。本文依托港珠澳大桥拱北險道暗挖段采用的管幕冻结组合预加固技术，利用理论“”分析＋＋、数值模拟

5、等方法对圆形冻结管异形冻结管限位管各冻结组合模式在积极冻结期的冻土帷幕发展规律和冻胀位移发展规律进行研究。本文的主要研究内容有：（１）结合热力学和已有的单管、单排、单圈冻结法的理论成果，对该工程冻土的温度场、冻胀位移和冻胀应变的形成和发展规律进行理论分析；（２）借鉴《拱北險道施工图设计》中的冻结工法设计方案，根据三种管的冻结作用，确定该冻结工法的合理组合模式；（３）针对各种冻结组合模式设计相应的数值模拟方案，并利用大型数值计算软件，建立数值模型，考虑相变潜热的对冻结壁扩展速度的影响模拟各数值

6、模拟方案的温度场发展规律，；利用顺序親合分析方法引入热膨胀系数来考虑人工冻结过程中地表冻胀变形的影响，模拟各数值模拟方案的地表冻胀位移发展规律；（４）根据冻结工期、冻结壁厚度和冻胀控制指标要求，通过３种数值模拟方案验证：①单圆形冻结管冻结模式是否可以形成所需的冻结壁厚度，确定异形冻结管辅助冻结的必要性；②圆形冻结管为主，异形冻结管为辅冻结模式是否可形成所需的冻结壁厚度，确定首次开挖异形冻结管提前１５天开启的合理性；③圆形冻结管和异性冻结管协同冻结模式中异性冻结管滞后开启时间的确定。

7、Ｉ广东工业大学颂士学位论文（５）确定各数值模拟方案限位管开启的必要性，对限位管适时开启时间以及限位管热控盐水温度提出初步建议。通过以上分析，可以验证《拱北隧道施工图设计》中冻结工法设计方案（见１．１）的合理性。根据冻结工期要求、冻结壁厚度要求及冻胀控制指标，配合暗挖方案，从工程管理角度出发，优化圆形冻结管＋异形冻结管＋限位管的冻冻结组合模式，以便节约冻结成本。关键词：拱北隧道；管幕冻结法；温度场；地表冻胀位移ＩＩＡＢＳＴＲＡＣＴＡＢＳＴＲＡＣＴＡｒｔｉｌｉｍｅｔｈｏ

8、ｄｂｆｄｉｌｌｉｈｅｆｉｉｉｉｉｉｆｉｃａｆｒｅｅｚｎｇｍｅａｎｓｏｒｎｔｒｅｅｚｎｅｓｎｔｏｓｏｌｗｈｃｈｃａｎ，ｙｇｇｐｐ，ｔｒａｎｓｆｅｒｈｅａｔｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｔｈｅｓｏｉｌｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｃａｎｔｒａｎｓｌａｔｅｔｈｅａｕｉｆｅｒｉｎｔｏｆｒｏｚｅｎｐ，ｑ