不同冻结器布置方式下管幕冻结单管冻结温度场研究

发布时间：2020-10-11 05:52

　　 管幕冻结法就是管幕法与冻结法的结合,由顶管形成的管幕作为承载结构,冻结形成的冻土帷幕作为顶管间防水结构,充分地结合了管幕法与人工地层冻结法的优点。该方法已在我国港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道施工中得到成功应用。顶管内冻结器的结构类型和布置方法对管幕冻结法的应用效果起着决定性作用,为此,本文采用模型试验和数值模拟相结合的方法,对不同冻结器布置方式下管幕冻结的单管冻结温度场进行深入分析,以期获得最优冻结器的结构类型和布置方式。本文主要研究内容和成果如下:(1)考虑实管-圆形冻结器、空管-双圆形冻结器、空管-异形冻结器三种不同布置方式,基于相似准则,建立了单管冻结的大型模型试验系统,对单管冻结温度场进行了试验对比研究,结果表明:在21h时,实管-圆形冻结器的温降速率在同一位置比空管-双圆形冻结器的温降速率大0.05℃h,而空管-异形冻结器的温降速率在同一位置比实管-圆形冻结器的温降速率大0.1℃h,随后时间三种冻结器温降速率相差不大。(2)考虑实管-圆形冻结器、空管-双圆形冻结器、空管-异形冻结器三种不同布置方式,采用ANSYS有限元程序,对单管冻结温度场进行了数值模拟对比研究,结果表明:在21h时,实管-圆形冻结器的温降速率在同一位置比空管-双圆形冻结器的温降速率大0.16℃h,而空管-异形冻结器的温降速率在同一位置比实管-圆形冻结器的温降速率大0.19℃h,随后时间三种冻结器温降速率相差不大。(3)通过模型试验和数值模拟的相互验证和对比综合分析,在实管-圆形冻结器、空管-双圆形冻结器、空管-异形冻结器三种不同布置方式中,空管-异形冻结器的冻结效果最优。但是异形冻结器采用弧形角钢形式焊接,加工难度较大,并且焊缝较多且存在大量的仰焊,对焊接的要求较高,很容易发生冷冻液外漏的问题,后期的维护成本较大。因此,可以考虑采用空管-双圆形冻结器代替空管-异形冻结器。本文研究成果对管幕冻结法的设计和施工具有重要指导意义,并能更好地将管幕冻结法推广应用于富含水地层浅埋超大断面隧道工程建设中。
【学位单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U455.4
【部分图文】：

安徽理工大学硕士学位论文顶管都填充混凝土形成实管，但在实际工程中，实果相比较于全部实顶管排列效果更好。首先，空顶结过程中，最易发生的问题就是冻结管断裂，若出空顶管方便对其维修处理。再者，可以在空顶管的土的发展状况进行监测。因此，管幕冻结法的管幕错排列的方式布置，在施工完成之后，空顶管内要及

置在高 520mm（以管幕底部为准）的位置，如图 4 所示，为了保证箱体不箱体内部均匀焊制等肢角钢；为了防止箱体漏水，在焊制箱体后，在箱体拐角和各焊缝处用防水胶水均匀涂抹，再次保证箱体的密封性，该模型共个区，每个区都有不同的研究重点，一区主要有，一区（一）：实管+实管形冻结管），一区（二）：实管+空管（单圆形冻结管+双圆形冻结管），一区（管+空管（双圆形冻结管）三种组合；二区主要有，二区（一）：实管+空冻结器)，二区（二）：实管+空管(双圆形冻结器)两种组合；三区主要有，一）：实管（圆形冻结器）；三区（二）：空管（双圆形冻结器）；三区（三（异形冻结器）三种组合。本文主要研究三区管幕冻结单管冻结温度场温展规律，通过对实管-圆形冻结器，空管-双圆形冻结器，空管-异形冻结器合单管冻结温度场发展规律的对比分析，得出最优的冻结器布置方式。模采用 Φ159×5mm 的钢管为顶管，顶管的长度为 1500mm，冻结管采用 8m。

图 5 钢管Fig5 steel pipe表 3 C30 混凝土配合比Table 3 C30 concrete mix水 水泥 砂 碎石0.5 1 1.42 2.41
【参考文献】

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本文编号：2836169