拱北隧道管幕冻结法管间冻结封水效果实测研究

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。     

地铁隧道联络通道冻结帷幕形成分析

结合上海地铁某旁通道冻结工程,根据人工冻土温度场的基本理论和工程实测数据,提出了工程实用的冻结帷幕形成分析方法,包括冻土帷幕的厚度、平均温度、界面宽度、卸压孔压力变化规律和探孔检查情况,通过实测的卸压孔压力上涨规律,判断冻土帷幕交圈时间,最后,通过探孔检查和工程开挖验证了理论分析的可靠性。本文为确定旁通道冻结工程适宜的开挖时机提供有效的分析方法,对类似冻结工程具有指导意义。     

双排管冻结土帷幕厚度的测点位置敏感度分析

冻土帷幕厚度是冻结法施工过程中人为进行冻结控制的重要参考因素。施工中常采用巴霍尔金公式根据现场实测的测温点温度数据,结合温度场公式来反算冻土帷幕厚度。本文基于双排管巴霍尔金公式,对测温点位置的变化对冻土帷幕厚度的影响进行敏感度分析。理论分析结果表明,测温点布置在主面上靠近冻土帷幕边缘和双排管之间的中心附近位置时能得到比较准确计算结果(本文仅从理论上对测温点位置变化对帷幕厚度影响进行分析,工程实际一般不在双排管之间布置测温点);界面上与主面上的误差变化规律基本相同,且误差相对主面来说更小。故根据本文的计算结果,将测温点布置在界面上靠近冻土帷幕边缘和双排管之间的中心位置,能够使测温点位置对冻土帷幕厚度的推算误差影响最小,有利于保证工程施工质量和安全。     

多排管局部冻结冻土壁温度场特性

上海地铁一区间隧道因施工联络通道发生工程事故导致隧道坍塌,修复工程中部分采用四排局部垂直冻结形成冻土墙,用于抵挡水土压力和嵌固完好隧道。针对冻结深度深以及冻结土层为扰动的粉质黏土、砂质粉土并承受较高承压水头这些特点,工程中对冻结壁温度场发展进行实时监测。从冻结深度、厚度方向上分析多排局部冻结排内和排外温度发展特征,并分析计算出积极冻结期排内冻土壁交圈时间、发展速度。鉴于目前计算冻土帷幕厚度公式并不适用于计算多排管冻结,引入双排管计算公式,并利用作图法推导出平均温度计算公式。利用这2个公式,分析多排局部冻结冻土壁特征,计算出积极冻结期结束时冻土壁厚度和平均温度,以及整个冻结期排外冻土壁单侧发展厚度和发展速度。     

管幕冻结暗挖工法冻结止水效果分析

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。     

施工热扰动对管幕冻结止水帷幕影响研究

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。     

怎样在地铁联络通道布置冻结孔

冻结孔→冻结帷幕→联络通道在城市地铁联络通道的施工中,由于地质条件和地面工况影响,通常采用冻结法施工联络通道。即在联络通道四周布设冻结孔,采用跟管钻进法,用水平钻机按照一定的水平角和垂直角将冻结管钻入地层,然后用人工制冷方法将联络通道部位的地层冻结,形成能抵抗地层水土压力和封水的冻土帷幕。在冻土帷幕的支护下进行联络通道的开挖与构筑。冻土帷幕能否完好形成是联络通道施     

上海长江隧道冻结监测优化设计及数据分析

以上海长江隧道联络通道冻结加固工程为背景,详细介绍了1# 联络通道人工地层冻结法工程的监测设计,提出了冻结监测的设计原则,对冻结监测数据进行了深入分析。通过盐水温度监测判断冻结设备运转情况,通过冻土帷幕监测得出冻土帷幕发展规律、冻土帷幕交圈时间、冻土帷幕有效厚度等。然后,将监测分析结果与解析计算对比。研究结果表明:通过优化的冻结监测设计,不仅减少了对管片的破坏,而且用较少的测点就可以实时地、准确地判断人工地层冻结法的土体加固效果。本文监测优化设计的思路和数据分析方法可以为同类工程的设计和施工提供指导。     

人工地层冻结技术在上海长江隧道工程的应用

在上海长江隧道双管之间8条连接通道的施工中,采用了人工冻结法作为临时的土体加固措施。本文简要介绍其冻结设计理念、施工计划以及风险控制方案。在施工过程中,为了掌握盐水和土体温度的变化情况,采用了一线总线数据采集记录系统,能够实现温度场分析和可视化,并根据得到的数据计算冻土帷幕厚度,从而对其安全状态做出评估以指导开挖。实测结果显示,冻结45d后冻土帷幕厚度达到2.4m,平均温度-15℃,满足设计要求。进一步分析发现,隧道管片散热会导致距离管片较远的冻土发展快于靠近管片的冻土。总体而言,冻结法技术形成的筒形冻土帷幕的强度足以满足施工要求。     

冻结加固盾构端头土体温度场数值分析

在人工冻结加固盾构到达端头土体施工过程中,土体温度是关系到冻土帷幕发展情况以及确定盾构机推进时机的重要参数。以南京地铁二号线集庆门车站北端头盾构进洞冻结加固工程为背景,利用大型有限元数值分析软件建立数学模型对冻结和自然解冻温度场进行计算,研究了多圈水平冻结条件下温度空间分布及温度随时间变化规律,并对左线开挖后垂直冻结管停冻和不停冻两种方案对温度场的影响进行对比,研究表明:采用多圈水平冻结并合理布置冻结圈径可以显著加快冻结壁的形成,从而缩短工期;自然解冻时存在两个解冻锋面,其中管片散热对解冻影响较大;自然解冻时温度上升速率先快后慢,而解冻锋面推进速度则越来越快;在左线开挖后可以停止左、右线洞门之间垂直冻结管的冷媒循环,同样能够保证右线冻结壁厚度达到设计要求。     

超浅埋暗挖隧道管幕冻结法积极冻结方案试验研究

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。     

基于与围岩相互作用的冻结壁弹塑性设计理论

冻结壁设计理论是冻结法凿井技术的核心之一。传统的冻结壁厚度弹塑性设计公式在冻结壁与围岩的弹性模量之比小于10时有较大的误差。为了更合理地设计冻结壁,建立了考虑开挖卸载作用的冻结壁与围岩相互作用弹塑性力学模型,推导了应力与位移解析解,建立了新的弹塑性冻结壁厚度计算公式,分析了各因素对冻结壁厚度的影响规律。分析表明,新公式较传统的多姆克公式更合理,并建议选用Coulomb-Mohr屈服准则进行冻结壁厚度计算。     

基于与围岩相互作用的冻结壁弹性设计理论

冻结壁设计理论是冻结法凿井技术的核心之一。传统的冻结壁厚度弹性设计公式在冻结壁与围岩的弹性模量之比小于 10 时有较大的误差。为了更合理地设计冻结壁,考虑了开挖卸载作用以及冻结壁与围岩的相互作用,建立了一个更符合实际的力学模型;推导出了其弹性解析解;分析了冻结壁与围岩的应力和位移变化规律;讨论了冻结壁厚度的设计方法;基于 Tresca 强度条件和 Mises 强度条件,分别建立了新的冻结壁厚度弹性设计公式。分析比较表明,新公式较传统的冻结壁厚度弹性设计公式更合理,更节省。     

液氮冻结在隧道工作井二次封堵水中的应用

介绍了为封堵工作井异常涌水涌砂缝隙,以某隧道新工作井液氮二次冻结封堵水工程为背景,基于液氮气化时剧烈吸热的原理,提出采用液氮土层冻结技术快速冻结封堵涌水的解决思路。初期盐水冻结壁有缺陷情况下运用原有冻结管和新增冻结管液氮封水冻结,以及冻结帷幕的形成和冻结孔布置参数的设计、施工流程与冻结效果。     

冻结孔偏斜下冻结壁温度场的形成特征与分析

冻结法工程中的造孔总存在一定的偏斜,以工程实际参数为基础,考虑了土层中水的相态变化和冻结温度随冻结时间变化等因素,利用大型有限元软件,对冻结孔随机偏斜和无偏斜条件下冻结壁的形成及其温度场特征进行详细地分析,得出了冻结管偏斜下,冻结孔交圈时间、冻结壁厚度、冻结壁平均温度等主要技术参数,提出了偏斜条件下冻结壁平均温度的计算公式,对深井冻结设计和多排冻结管温度场的研究有重要的参考价值。     

拱北隧道“钢管-冻土”复合结构承载力试验研究

管幕冻结法作为一种新型的隧道预支护工法,目前已被应用于港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道施工中。管幕冻结法是利用顶管技术在隧道四周顶入大直径顶管,并利用冻结法将顶管之间的土体冻结起来,形成水密性的预支护结构。为了研究钢管-冻土复合结构在确保封水时的极限承载力和变形能力,以探求合理冻土温度,采用冻土单轴压缩试验机,对4种不同冻土温度进行钢管-冻土复合结构模型试验,并提出了封水条件下的极限状态判据,通过分析荷载-位移曲线,得到复合结构在封水条件下的极限承载力和变形能力。试验结果表明:温度较高时,冻土协调变形能力较好,但由于冻土本身强度较低,复合结构在封水条件下的极限承载力和变形能力较差;类似地,冻土温度较低时,强度较大,但由于冻土跟随钢管协调变形能力较差,在封水条件下的极限承载力和变形能力也较差;当温度适中时,冻土跟随钢管协调变形能力和冻土本身强度均处于相对理想状态,此时复合结构在封水条件下的极限承载力和变形能力相对较强,即在确保封水性能时所能承受变形的能力和极限荷载均较大。试验研究确定了该理想温度约为-10℃,该温度在拱北隧道管幕冻结实际施工中被采用,对类似工程施工具有一定的参考价值。     

单排管冻土帷幕平均温度控制参数敏感性分析

在冻土帷幕平均温度计算中,控制参数的变化直接影响到计算结果。以单排管冻土帷幕温度场的巴霍尔金解析解为基础,使用近似积分和有限元模拟方法计算直线形单排管冻土帷幕的整体平均温度。针对基于巴霍尔金模型的平均温度计算公式中的冻结管外表面温度、冻结管间距及冻土帷幕边界到冻结管中心的距离与冻结管间距的比值3个参数对冻土帷幕整体平均温度影响的敏感性进行分析。得到以下结论:(1)冻土帷幕整体平均温度与冻结管外表面温度成正比;(2)在相同的偏差下,冻结管间距越小,对整体平均温度影响越大;(3)随着冻结发展,冻土帷幕厚度逐渐增大,其误差对整体平均温度计算的影响逐渐降低。     

多排管冻土帷幕平均温度特征与计算方法

通过数值模拟方法分别研究三、四排管直线冻土帷幕平均温度与冻土帷幕厚度、管排间距、冻结管排列形式以及冻结管排数之间的关系。并且通过分析多排管直线冻土帷幕温度场特征,运用温度场拼接和等效方法提出了一种多排管直线冻土帷幕平均温度的计算方法。通过公式计算结果与数值模拟结果的比较发现,该计算方法具有较好的适用性和较高的准确性。