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超浅埋暗挖隧道管幕冻结法积极冻结方案试验研究 被引量:31
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作者 任辉 胡向东 +1 位作者 洪泽群 张军 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期320-328,共9页
港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道口岸暗挖段,作为富水地区超浅埋暗挖隧道,采用管幕冻结预支护体系。以实顶管内"圆形主力冻结管"和空顶管内"异形加强冻结管"的不同组合方式形成实顶管单独冻结模式、实顶管与空顶管协... 港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道口岸暗挖段,作为富水地区超浅埋暗挖隧道,采用管幕冻结预支护体系。以实顶管内"圆形主力冻结管"和空顶管内"异形加强冻结管"的不同组合方式形成实顶管单独冻结模式、实顶管与空顶管协同冻结模式和实顶管为主与空顶管为辅的冻结模式三类管幕冻结法积极冻结方案,结合设计方案要求,通过测点温度–时间曲线和冻土帷幕厚度两种不同分析方法,对以上方案进行了分析和验证。结果表明实顶管单独冻结模式不能在60 d内形成2 m厚冻土帷幕,实顶管与空顶管协同冻结模式30 d内即可形成2 m厚冻土帷幕,实顶管为主与空顶管为辅的冻结模式下异形冻结管滞后12 d和39 d开启60 d内均可形成2 m厚冻土帷幕,且异形冻结管开启后1~3 d即可达到管间封水要求。 展开更多
关键词 浅埋暗挖 管幕冻结 冻结方案 原型试验 港珠澳大桥 拱北隧道
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管幕冻结特殊布管形式稳态温度场解析解 被引量:11
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作者 胡向东 洪泽群 《中国公路学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期113-121,154,共10页
为了给管幕冻结这一新型地下工程施工方法的设计与施工提供参考,针对港珠澳大桥拱北隧道口岸暗挖段的管幕冻结工法,考虑积极冻结过程中所使用的"圆形主力冻结管"和"异形加强冻结管"2种类型冻结管的特殊布置形式,通... 为了给管幕冻结这一新型地下工程施工方法的设计与施工提供参考,针对港珠澳大桥拱北隧道口岸暗挖段的管幕冻结工法,考虑积极冻结过程中所使用的"圆形主力冻结管"和"异形加强冻结管"2种类型冻结管的特殊布置形式,通过对实际问题进行适当简化,提出单圈冻结管错位布置的冻结模型。在此基础上,首先利用保角变换将单圈管不等距模型转化为单排管不等距模型,然后结合Laplace方程边界条件可分离的特性,利用2个单排管等间距模型叠加求解单排管不等距模型,最后得到管幕冻结法单圈管错位布置的温度场解析解。结合该解析解,选取管幕冻结法布管形式1个周期单元上3个特征位置的截面进行温度分析,并利用ANSYS数值软件对特征面上的理论温度分布进行对比验证,最后根据拱北隧道实际施工参数对其管幕冻结效果进行求解分析和直观的温度场云图展示。研究结果表明:在管幕冻结法冻结管单圈错位布置形式下,各特征面的温度均能降至较低的负温,远低于土体冻结温度,"管间封水"的效果能够得到保证;对比而言主面上温度最低,较近两冻结管之间的界面1温度略低于主面温度,在冻结管布置圈径上,各组参数下界面1的温度均能达到-15℃以下,且温度随着冻结管错位角度减小而降低;各特征面上,温差最大位置出现在冻结管布置轴面上,温度差异随着冻结过程的进行逐渐减小,冻土帷幕内的温度分布趋于稳定。 展开更多
关键词 隧道工程 稳态温度场 保角变换 管幕冻结法 单圈管 解析解
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异形加强冻结管在管幕冻结法中的冻结效果及使用方法研究 被引量:9
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作者 任辉 胡向东 +1 位作者 陈锦 张军 《隧道建设》 北大核心 2015年第11期1169-1175,共7页
港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道工程口岸暗挖段的超前预支护体系采用管幕冻结法,该工法将3种功能不同的特殊冻结管内置在顶管内进行冻结封水。其中异形加强冻结管主要起到减少或是抵消由于开挖和施作衬砌引起的热扰动以抵御冻土弱化的作... 港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道工程口岸暗挖段的超前预支护体系采用管幕冻结法,该工法将3种功能不同的特殊冻结管内置在顶管内进行冻结封水。其中异形加强冻结管主要起到减少或是抵消由于开挖和施作衬砌引起的热扰动以抵御冻土弱化的作用。结合管幕冻结法大型物理模型试验,重点分析异形加强冻结管的冻结效果及其使用方法。结果表明:1)异形加强冻结管降温效果明显,能抵御开挖和施作衬砌带来的热扰动;2)提前开启异形加强冻结管,形成良好的冻土帷幕后开挖更安全。 展开更多
关键词 港珠澳大桥 拱北隧道 管幕冻结法 异形加强冻结管 模型试验
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异形加强冻结管外壁保温对管幕冻结效果影响试验研究
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作者 任辉 洪泽群 张军 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第1期100-108,共9页
新型管幕冻结法冻结系统由充填混凝土的实顶管内布置圆形主力冻结管和限位管、未充填混凝土的空顶管内布置异形加强冻结管组成。为分析该新型管幕冻结系统中空顶管周围的冻结效果,通过拱北隧道管幕冻结现场原型试验,对空顶管中异形加强... 新型管幕冻结法冻结系统由充填混凝土的实顶管内布置圆形主力冻结管和限位管、未充填混凝土的空顶管内布置异形加强冻结管组成。为分析该新型管幕冻结系统中空顶管周围的冻结效果,通过拱北隧道管幕冻结现场原型试验,对空顶管中异形加强冻结管是否采取外表面保温措施展开研究,利用冻土帷幕厚度的变化对异形加强冻结管保温措施与不保温状态进行冻结效果对比分析。结果表明:异形加强冻结管保温不利于冻土帷幕的形成,随着冻结时间推移,冻土帷幕的发展会越来越慢;协同冻结模式下60 d后保温与不保温的冻土厚度之差约为冻结20 d的2倍。可以把空顶管作为“大冻结管”来考虑,利用异形加强冻结管对空顶管内部整体降温,更有利于顶管周围冻土帷幕的发展。 展开更多
关键词 管幕冻结法 异形加强冻结管 冻结管保温 现场试验 拱北隧道
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A Hybrid Regional Model for Predicting Ground Deformation Induced by Large-Section Tunnel Excavation
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作者 Shengjun Deng Yang He +2 位作者 XiaonanGong Jiajin Zhou Xiangdong Hu 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2023年第1期495-516,共22页
Due to the large number of finite element mesh generated,it is difficult to use full-scale model to simulate largesection underground engineering,especially considering the coupling effect.A regional model is attempte... Due to the large number of finite element mesh generated,it is difficult to use full-scale model to simulate largesection underground engineering,especially considering the coupling effect.A regional model is attempted to achieve this simulation.A variable boundary condition method for hybrid regional model is proposed to realize the numerical simulation of large-section tunnel construction.Accordingly,the balance of initial ground stress under asymmetric boundary conditions achieves by applying boundary conditions step by step with secondary development ofDynaflowscripts,which is the key issue of variable boundary conditionmethod implementation.In this paper,Gongbei tunnel based on hybrid regional model involvingmulti-field coupling is simulated.Meanwhile,the variable boundary condition method for regional model is verified against model initialization and the ground deformation due to tunnel excavation is predicted via the proposed hybrid regional model.Compared with the monitoring data of actual engineering,the results indicated that the hybrid regional model has a good prediction effect. 展开更多
关键词 freeze-sealing pipe roof method frozen soil TUNNEL regional model dynaflow
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Frozen curtain characteristics during excavation of submerged shallow tunnel using Freeze-Sealing Pipe-Roof method 被引量:2
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作者 Ye Niu ZeQun Hong +1 位作者 Jun Zhang Lei Han 《Research in Cold and Arid Regions》 CSCD 2022年第4期267-273,共7页
The Freeze-Sealing Pipe-Roof(FSPR)method,which has been applied for the first time in the Gongbei Tunnel of the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge,is a new approach of tunnel pre-support that allows flexible adjustment of ... The Freeze-Sealing Pipe-Roof(FSPR)method,which has been applied for the first time in the Gongbei Tunnel of the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge,is a new approach of tunnel pre-support that allows flexible adjustment of freeze tube arrangement and can be adapted to different environmental conditions.When the FSPR method is used to construct shallow burial submerged tunnels,the frozen wall to hold back groundwater during excavation will be weakened by air and water flows inside and outside the tunnel,and its waterproof performance needs to be further investigated.In this paper,a two-dimensional numerical model of the temperature field considering excavation and moving water boundary is established based on the preliminary design scheme and in-situ conditions and is used to analyze the variation in frozen curtain properties with various active freezing times during excavation.The results show that excavation has a weakening effect on both sides of the frozen wall,with a greater effect on the inner side,and a positive temperature appears in the local area inside the jacked pipe.The concrete fill in the jacked pipe obviously improves the freezing efficiency,and the tunnel excavation after 60 days of active freezing in the interval filling mode can ensure that the frozen soil thickness at the thinnest segment exceeds 2 m,i.e.,the design requirement.In practice,the active freezing time can be extended appropriately to reduce the influence of river water flow above the tunnel.The study serves as a technical reference for the design and implementation of similar projects. 展开更多
关键词 freeze-sealing pipe-roof method Submerged tunnel Soil excavation Temperature field Frozen wall thickness
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浅埋暗挖隧道管幕冻结法温度场数值模拟 被引量:3
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作者 郭轲 段寅 丁杨龙 《安徽理工大学学报(自然科学版)》 CAS 2019年第2期63-68,共6页
随着城市隧道和地下工程建设环境的日趋复杂,为了不影响城市地面交通正常运行秩序,地下隧道多采用暗挖工法。以港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道暗挖段为工程背景,根据现场冻结实测数据,通过有限元软件对积极冻结期隧道全断面进行冻结壁温... 随着城市隧道和地下工程建设环境的日趋复杂,为了不影响城市地面交通正常运行秩序,地下隧道多采用暗挖工法。以港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道暗挖段为工程背景,根据现场冻结实测数据,通过有限元软件对积极冻结期隧道全断面进行冻结壁温度场数值模拟。结果表明:数值模拟温度变化结果与实测温度数据基本一致,冻结壁在50d时形成交圈,冻结90d时冻土帷幕平均厚度达到2.32m,交圈前20d积极冻结期,冻结管之间土体温度变化速率为-0.58℃/d,交圈后维护冻结期,该点温度变化速率为-0.22℃/d,说明冻结壁交圈前土体变化速率更快,研究结果可为类似的采用管幕冻结法施工隧道提供了参考依据。 展开更多
关键词 拱北隧道 管幕冻结法 温度场 数值模拟
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基于灰色关联度的管幕冻结隧道开挖断面变形影响因素分析 被引量:2
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作者 刘稳 荣传新 +1 位作者 段寅 施鑫 《安徽建筑大学学报》 2020年第6期30-38,共9页
以港珠澳大桥拱北隧道暗挖段维护冻结期开挖施工为工程背景,针对常规影响因素敏感性分析方法不能考虑围岩物理力学及支护结构参数不确定性问题,提出基于数值分析的隧道开挖断面变形主要影响因素敏感性灰色关联分析方法,模拟隧道在开挖... 以港珠澳大桥拱北隧道暗挖段维护冻结期开挖施工为工程背景,针对常规影响因素敏感性分析方法不能考虑围岩物理力学及支护结构参数不确定性问题,提出基于数值分析的隧道开挖断面变形主要影响因素敏感性灰色关联分析方法,模拟隧道在开挖过程中的拱顶沉降和隧道水平净空收敛。通过数值模拟和现场实测数据对比验证了模型的正确性,同时利用灰色关联法,分析了围岩力学性能和支护结构参数对隧道开挖拱顶沉降和水平净空收敛的敏感性。研究结果表明:隧道开挖后影响拱顶沉降的主要因素依次为冻结壁弹性模量>围岩黏聚力>内摩擦角;对隧道水平净空收敛的主要影响因素为围岩内摩擦角>冻结壁弹性模量>围岩黏聚力;作为管幕冻结法隔水结构的冻结壁与管幕支护形成了协同支撑体系,承担了部分外荷载。研究成果为今后类似工程设计与施工安全影响因素分析提供了一种新方法。 展开更多
关键词 灰色关联度分析 拱顶沉降 数值模拟 隧道水平净空收敛 管幕冻结法
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A Frost Heaving Prediction Approach for Ground Uplift Simulation Due to Freeze-Sealing Pipe Roof Method
9
作者 Shengjun Deng Haolin Chen +3 位作者 Xiaonan Gong Jiajin Zhou Xiangdong Hu Gang Jiang 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2022年第7期251-266,共16页
Freeze-sealing pipe roof method is applied in the Gongbei tunnel,which causes the ground surface uplift induced by frost heave.A frost heaving prediction approach based on the coefficient of cold expansion is proposed... Freeze-sealing pipe roof method is applied in the Gongbei tunnel,which causes the ground surface uplift induced by frost heave.A frost heaving prediction approach based on the coefficient of cold expansion is proposed to simulate the ground deformation of the Gongbei tunnel.The coefficient of cold expansion in the model and the frost heaving rate from the frost heave test under the hydration condition can achieve a good correspondence making the calculation result closer to the actual engineering.The ground surface uplift along the lateral and longitudinal direction are respectively analyzed and compared with the field measured data to validate the model.The results show that a good agreement between the frost heaving prediction model and the field measured data verifies the rationality and applicability of the proposed model.The maximum uplift of the Gongbei tunnel appears at the center of the model,gradually decreasing along with the lateral and longitudinal directions.The curve in the lateral direction presents a normal distribution due to the influence of the constraint of two sides,while the one along the lateral direction shapes like a parabola with the opening downward due to the temperature field distribution.The model provides a reference for frost heaving engineering calculation. 展开更多
关键词 freeze-sealing pipe roof method artificial ground freezing method tunnel construction frost heave temperature field
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管幕冻结法积极冻结方案模型试验研究 被引量:38
10
作者 胡向东 任辉 +2 位作者 陈锦 程勇 张军 《现代隧道技术》 EI 北大核心 2014年第5期92-98,共7页
港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道工程预支护体系采用管幕法与人工冻结技术相结合的全新"管幕冻结法"施工。根据工程实际情况,首次提出了在管幕钢管内部布置"圆形主力冻结管"、"异形加强冻结管"和"升... 港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道工程预支护体系采用管幕法与人工冻结技术相结合的全新"管幕冻结法"施工。根据工程实际情况,首次提出了在管幕钢管内部布置"圆形主力冻结管"、"异形加强冻结管"和"升温盐水限位管"三种特殊管路构成的冻结方案。为了研究该冻结方案的有效性与可控性,进行了大型物理模型试验。文章主要介绍了模型试验概况,重点分析了开挖前积极冻结阶段冻结的试验效果。试验结果表明,积极冻结阶段冻土帷幕发展显现了预期规律,冻结效果显著;管幕间形成良好的冻土帷幕,可确保良好的止水效果。 展开更多
关键词 港珠澳大桥 拱北隧道 管幕冻结法 模型试验 冻结方案
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拱北隧道管幕冻结法管间冻结封水效果实测研究 被引量:16
11
作者 胡向东 李忻轶 +2 位作者 吴元昊 韩磊 张成斌 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期2207-2214,共8页
基于现场实测数据,对拱北隧道管幕冻结法暗挖工程不同阶段的管间的实际冻结封水效果进行了分析。对于积极冻结期的两种不同交圈模式,利用单管公式对管间冻土厚度进行计算,结果表明在工程允许的时间内管幕间冻土即可形成交圈,从而说明管... 基于现场实测数据,对拱北隧道管幕冻结法暗挖工程不同阶段的管间的实际冻结封水效果进行了分析。对于积极冻结期的两种不同交圈模式,利用单管公式对管间冻土厚度进行计算,结果表明在工程允许的时间内管幕间冻土即可形成交圈,从而说明管幕具有初步的封水性能。交圈后,利用双管公式对管间冻土厚度进行计算,结果显示冻土帷幕发展并不均匀,纵向上靠近中间的冻土发展好于端部的,横向上靠近下部的冻土发展好于上部的,此外台风等自然灾害对于地表附近冻土的影响是可控的。对于开挖期,管间温度实测数据表明:试开挖期间对施工进度的严格精细控制有利于减小管间冻土的弱化;正式开挖期间开挖热扰动对于接近紧挨开挖面的冻土造成显著影响,而稍远一些的冻土则几乎不受影响。考虑20cm的折减后,冻土帷幕仍能保持足够的冻土厚度以达到封水效果。研究验证了管间封水效果,论证了工法的合理性,为以后类似工程的开展提供了借鉴和指导。 展开更多
关键词 港珠澳大桥 管幕冻结法 封水效果 温度场 实测研究
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拱北隧道管幕冻结法温度场数值计算 被引量:8
12
作者 龙伟 荣传新 +1 位作者 段寅 郭轲 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期160-168,共9页
以港珠澳大桥珠海连接段拱北隧道为工程实例,研究管幕冻结法的温度场发展规律,基于二维多孔介质传热理论,采用有限元软件COMSOL对积极冻结期的实际工况进行数值计算,模拟结果通过现场实测验证,研究了温度场在异形冻结管开启前后的发展... 以港珠澳大桥珠海连接段拱北隧道为工程实例,研究管幕冻结法的温度场发展规律,基于二维多孔介质传热理论,采用有限元软件COMSOL对积极冻结期的实际工况进行数值计算,模拟结果通过现场实测验证,研究了温度场在异形冻结管开启前后的发展与分布规律。结果表明:冻结30 d时,实顶管完全被冻土包裹,并且顶管之间开始形成连续的冻土帷幕;冻结50 d时,空顶管被冻土完全包裹;冻结90 d时,实顶管和空顶管处冻土帷幕厚度达到2.0 m,满足设计要求。在异形冻结管开启前、开启后10 d内和开启后10~20 d内,两顶管间中点处温度测点的平均温度变化速率分别为-0.86℃/d,-0.88℃/d和-0.25℃/d,之后各测点温度趋于稳定,进而形成温度较为均匀的冻土帷幕。研究成果可为类似冻结工程提供技术参考。 展开更多
关键词 管幕冻结法 温度场 冻土帷幕 数值计算 港珠澳大桥拱北隧道
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钢管-冻土复合结构受力特性有限元分析 被引量:5
13
作者 李兰勤 《铁道建筑技术》 2018年第4期1-4,8,共5页
港珠澳大桥拱北隧道施工中采用了"管幕冻结法"这一创新型的隧道预支护施工方法。为了探究钢管-冻土复合结构的破坏模式,基于ANSYS数值软件,对等效实际工况下钢管-冻土复合结构受力特性进行有限元分析,以钢管-冻土接触面抗剪... 港珠澳大桥拱北隧道施工中采用了"管幕冻结法"这一创新型的隧道预支护施工方法。为了探究钢管-冻土复合结构的破坏模式,基于ANSYS数值软件,对等效实际工况下钢管-冻土复合结构受力特性进行有限元分析,以钢管-冻土接触面抗剪强度包络线和冻土单轴抗拉强度为破坏准则,分别对钢管-冻土接触面和管间冻土的应力状态进行分析。结果表明:等效实际荷载工况下,均不会发生复合结构接触面破坏与管间冻土破坏。但随着荷载的增加,接触面上切向应力增加,管间冻土应力也增加,但切向应力先超过剪切强度包络线,此时管间冻土应力尚在极限强度以下,因此复合结构最先可能出现的破坏模式是由于接触面上钢管与冻土黏聚力不够而发生剪切破坏。 展开更多
关键词 钢管-冻土复合结构 管幕冻结法 数值模拟 冻土应力
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不同顶管组合方式的管幕冻结温度场模型试验 被引量:5
14
作者 段寅 荣传新 +3 位作者 程桦 蔡海兵 解德柱 丁杨龙 《冰川冻土》 CSCD 北大核心 2020年第2期479-490,共12页
拱北隧道作为港珠澳大桥珠海连接线的关键性工程,在国内外首次成功运用了管幕冻结技术。以此为背景,为更加全面地掌握饱和软土地层中管幕冻结温度场的分布特点,开展了不同顶管组合方式下的管幕冻结温度场模型试验研究。试验结果表明:各... 拱北隧道作为港珠澳大桥珠海连接线的关键性工程,在国内外首次成功运用了管幕冻结技术。以此为背景,为更加全面地掌握饱和软土地层中管幕冻结温度场的分布特点,开展了不同顶管组合方式下的管幕冻结温度场模型试验研究。试验结果表明:各测点温度曲线在积极冻结期前4h急剧下降,随后逐渐减缓,降至砂土冰点后趋于平稳,三种布管方式均满足冻结设计要求;冻结管中低温盐水提供的冷量首先传递给顶管管壁,再以"面"的形式均匀地传递给周围土体;积极冻结21h后,采用四根空顶管组合的C区冻结壁竖向范围最大,空管管壁正上方冻结壁平均厚度约为105mm,在满足管幕刚度设计要求的前提下,可采此布管方式以达到快速形成冻结帷幕的目的。限位管开启后的4h内,实顶管中线垂直距离100mm范围内测点温度曲线虽有明显回升但仍维持在冻土冰点以下,超出此范围后温度变化影响逐渐减弱,且顶管间冻结壁稳定存在,表明限位管在满足管间有效封水的条件下,能在一定范围内起到定向限制地层冻胀的作用。优化后的双圆形冻结管在满足冻结设计要求的同时,更加便于安装且经济环保。 展开更多
关键词 管幕冻结法 相似模型试验 温度场 顶管组合方式 拱北隧道 港珠澳大桥
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管幕冻结法钢管-冻土接触面剪切试验研究 被引量:3
15
作者 何爽 胡向东 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2019年第11期1864-1870,共7页
为研究“管幕冻结法”这一新型工法中“钢管-冻土”复合结构接触面剪切强度的影响因素及规律,基于港珠澳大桥拱北隧道工程,通过变角剪切试验方法设计不同剪切角度的试验,对温度和粗糙度2个维度进行探究,试验结果拟合出-5、-10、-15、-20... 为研究“管幕冻结法”这一新型工法中“钢管-冻土”复合结构接触面剪切强度的影响因素及规律,基于港珠澳大桥拱北隧道工程,通过变角剪切试验方法设计不同剪切角度的试验,对温度和粗糙度2个维度进行探究,试验结果拟合出-5、-10、-15、-20、-25℃5种温度条件以及R=0.0、0.3、0.5 mm 3种粗糙度条件下的剪切面剪切强度包络线。试验结果表明:温度对钢管-冻土接触面内摩擦角影响不大;对接触面黏聚力,在-15℃之前,黏聚力近似呈线性增长,在-15℃达到峰值,在-20℃达到波谷,继而随温度的降低而增加。钢管-冻土接触面粗糙度的增加对结构面剪切强度的提高具有正向促进作用,但粗糙度过大会对接触面处的冻土体结构(如冰颗粒和土颗粒间隙等)造成一定的内部损伤,导致剪切强度下降。试验给出最优剪切强度下的温度及粗糙度取值区间。 展开更多
关键词 港珠澳大桥拱北隧道 管幕冻结法 钢管-冻土复合结构 变角剪切试验 温度 粗糙度
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管幕冻结隧道“顶管−冻土”复合结构力学特性试验研究
16
作者 段寅 荣传新 +1 位作者 蔡海兵 龙伟 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2022年第12期159-169,共11页
拱北隧道暗挖段作为港珠澳大桥珠海连接线的重点工程,首次运用管幕冻结法进行施工。该法综合管幕法和人工地层冻结法的优势,可在隧道断面形成“顶管−冻土帷幕”复合支护体系,有效实现“承载”与“顶管间止水”的双重目标,确保隧道开挖... 拱北隧道暗挖段作为港珠澳大桥珠海连接线的重点工程,首次运用管幕冻结法进行施工。该法综合管幕法和人工地层冻结法的优势,可在隧道断面形成“顶管−冻土帷幕”复合支护体系,有效实现“承载”与“顶管间止水”的双重目标,确保隧道开挖时的稳定与安全。为获得“顶管−冻土”复合结构的温度、变形与力学特性,基于相似理论自主研发构建一套相似模型试验系统并开展试验研究,同时利用有限元软件COMSOL Multiphysics建立数值计算模型进行模拟验证。结果表明:复合结构的冻结温度场因空、实顶管及其内部冻结器的布置形式呈现不均匀分布特征,冻土形成速率在冻结后期明显变缓;土体竖向冻胀变形在60~160 min内急剧增大,且冻胀量随深度增加而增大,整体规律与温度场分布密切相关;土体冻结产生的冻胀力对顶管水平受力影响较大,空顶管相对刚度较小而产生较大水平变形;在加载阶段,顶管受力与变形均以竖向为主。因空、实顶管刚度差异和冻土厚度不均匀的共同影响,空顶管竖向变形包含了“弯曲”与“压扁”并具有非线性特征,其跨中截面底部竖向位移峰值约为实顶管的1.6倍;加载至0.28 MPa时,管间冻土首先发生破坏,进而导致顶管间封水功能失效,实际施工中应重点监测空顶管的变形规律、管间冻土帷幕的温度变化及其完整性。研究成果可为管幕冻结法的施工与监测提供参考,也可为热力耦合数值计算模型提供验证依据。 展开更多
关键词 管幕冻结 复合结构 力学特性 相似模型试验
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拱北隧道管幕冻结施工中限位管的冻结效果控制研究 被引量:18
17
作者 张军 胡向东 任辉 《隧道建设》 北大核心 2015年第11期1157-1163,共7页
港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道采用管幕冻结法施工。为了获取合适的冻结施工参数,采用原型试验研究限位管的冻结效果控制作用。试验结果表明:当管幕冻结施工过程中实顶管正上方冻土发展较快时,可通过在限位管循环热盐水来控制冻土发展,... 港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道采用管幕冻结法施工。为了获取合适的冻结施工参数,采用原型试验研究限位管的冻结效果控制作用。试验结果表明:当管幕冻结施工过程中实顶管正上方冻土发展较快时,可通过在限位管循环热盐水来控制冻土发展,其中,限位管温度为8℃比2℃时能更好地控制冻土厚度;但是,若实顶管与空顶管之间的冻土及空顶管上方的冻土仍需要发展时,可采用2℃盐水,此时,冻土帷幕厚度继续增加,但幅度减小。因此,采用限位管控制冻土帷幕发展是可行的。 展开更多
关键词 管幕冻结施工 拱北隧道 温度场 原型试验 冻结效果控制
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港珠澳大桥拱北隧道施工变形规律分析 被引量:10
18
作者 张冬梅 逄健 +1 位作者 任辉 韩磊 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期1632-1641,共10页
在地质条件复杂的沿海富水地层开挖浅埋超大断面隧道,面临诸多风险,暗挖施工易对围岩进行扰动,引起地层变形。新型"管幕冻结"支护可以有效控制暗挖施工引起的地表沉降过大问题,该工法下隧道开挖过程中地表位移变化主要受暗挖... 在地质条件复杂的沿海富水地层开挖浅埋超大断面隧道,面临诸多风险,暗挖施工易对围岩进行扰动,引起地层变形。新型"管幕冻结"支护可以有效控制暗挖施工引起的地表沉降过大问题,该工法下隧道开挖过程中地表位移变化主要受暗挖产生的地层损失和土体冻结膨胀以及隧道开挖卸荷后的上浮效应等因素影响。基于现场实测数据,对洞内拱顶位移、水平收敛和地表变形规律进行分析发现,拱顶位移与对应地表处的位移变化具有较强的一致性,纵向上在隧道中部段出现上浮,两侧洞口段出现下沉。受分层开挖扰动影响,隧道两侧土体向内变形导致洞内水平收敛增大,最大水平收敛为15.72 mm,约为隧道横向跨度的0.8%。新型管幕冻结暗挖施工工法可以很好地控制富水地层渗漏水问题,且极大地减小了隧道内部的位移变形,但其冻结膨胀引起地表隆起及解冻后的地表融沉问题仍需密切关注。 展开更多
关键词 港珠澳大桥 管幕冻结 地层损失 拱顶位移 水平收敛
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管幕冻结暗挖工法冻结止水效果分析 被引量:16
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作者 李剑 李志宏 胡向东 《地下空间与工程学报》 CSCD 北大核心 2015年第3期751-758,共8页
管幕冻结法是利用管幕配合冻结止水措施解决复杂建设条件下暗挖施工的一种创新性工法,该工法利用管幕顶管内冻结管路对管间土体进行冻结止水,在顶管管幕和冻结土体的超前支护下实施隧道暗挖施工。文章以港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道冻... 管幕冻结法是利用管幕配合冻结止水措施解决复杂建设条件下暗挖施工的一种创新性工法,该工法利用管幕顶管内冻结管路对管间土体进行冻结止水,在顶管管幕和冻结土体的超前支护下实施隧道暗挖施工。文章以港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道冻结方案为例,利用数值模拟手段对积极冻结期不同土层的冻结效果及圆形冻结管、异形冻结管开启时间进行了研究,结果表明圆形冻结管和异形冻结管宜同步开启。对维护冻结期开挖断面温度、风速进行模拟分析,结果表明开挖断面内空气温度宜控制在25℃,风速对冻结效果影响不大。 展开更多
关键词 拱北隧道 管幕冻结法 止水效果
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施工热扰动对管幕冻结止水帷幕影响研究 被引量:15
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作者 李志宏 王文州 胡向东 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第S2期374-379,共6页
人工冻结、管幕施工工法虽已成功应用于工程实践,但将两者结合的"管幕冻结法"尚十分少见,针对施工热扰动(包括开挖施工、衬砌混凝土浇筑等)对冻结止水帷幕的影响尚未见相关研究。本文以港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道管幕冻结... 人工冻结、管幕施工工法虽已成功应用于工程实践,但将两者结合的"管幕冻结法"尚十分少见,针对施工热扰动(包括开挖施工、衬砌混凝土浇筑等)对冻结止水帷幕的影响尚未见相关研究。本文以港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道管幕冻结工程为依托,通过模型试验,对由于施工热扰动导致的冻结止水帷幕弱化作用进行了研究。根据研究结果,施工开挖、衬砌混凝土浇筑热扰动对冻结止水帷幕的影响有限。开挖热扰动的影响程度与开挖面裸露时间关系密切,加强冻结管可有效抑制混凝土水化热对冻土的影响。 展开更多
关键词 施工 热扰动 管幕冻结法 止水帷幕 影响
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