拱北隧道管幕冻结施工中限位管的冻结效果控制研究

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。     

管幕冻结法现场试验研究

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。该工法独创运用内置在顶管里面的冻结管、加强管以及限位管3种管路的冻结系统,以便实现“冻起来、抗弱化、控冻胀”这一独特的管幕冻结法理念。通过现场试验,对该工法在现场条件下的冻结效果以及控制冻结方案进行研究。试验结果表明： 管幕冻结法在现场环境下具有优良的封水效果; 通过限位管实施的“热控”限位效果局限于限位管区域而调控盐水温度的“冷控”限位则对整个冻结帷幕都能产生影响。     

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

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。     

软土地层管幕洞口止水装置密封试验研究

在管幕箱涵法施工工艺中,洞口密封止水是其中重要的一个环节。其密封性能和止水效果的好坏关系到管幕推进、箱涵施工和对周围地层沉降控制等各个方面。现以田林路下穿中环线地道为例,首先阐述了该工程中所采用的洞口密封及其作用,然后在此基础上进行了洞口密封装置的设计及配套的新型高分子聚合物泥浆研发,以验证新型洞口密封装置及高性能泥浆的效果。通过试验研究得出,在0.6 MPa外界压力作用下,新型高性能泥浆能够起到较好的止水作用,在管幕之间出现少量泥浆的溢出。该试验研究为软土地层中洞口密封施工提供了参考和借鉴,同时也证明了在更深层土层中采用管幕箱涵法施工工艺洞口密封装置止水性能的可靠性。     

不同冻结方式下高山草甸区路基冻胀变形研究

为了研究不同冻结方式下高山草甸区贡觉～芒康公路路基季冻土的冻胀变形特性,基于室内冻胀试验,分析了路基土在单向冻结和周围冻结条件下的冻胀变形特性。试验结果表明:两种冻结方式下,土中含水率、细颗粒含量与冻胀变形率均为正相关关系;在含水率、细颗粒含量相同的情况下,土在单向冻结情况下的冻胀率小于周围冻结的冻胀率;实际工程中设计路基土级配时,初始含水率宜控制在最佳含水率即8%左右,土中细颗粒含量宜控制在9%左右;在单向冻结情况下,土中初始含水率和细颗粒含量均对土的冻胀变形率有明显影响,初始含水率的影响更明显;在周围冻结情况下,初始含水率对土的冻胀变形率有明显影响,细颗粒含量对土冻胀变形率无明显影响。     

饱和软土地层管幕暗挖法施工风险及对策研究

传统暗挖施工方法难以在含水量高、承载力低的饱和软土地层适用,管幕暗挖法可为软土地层暗挖施工提供新的途径。目前管幕暗挖法设计和施工经验不成熟,工程实施难度大,施工过程风险控制尤为重要。为此,结合上海市轨道交通14号线桂桥路站管幕段工程实例,从风险管控角度论述管幕暗挖法施工过程中管幕顶进精度、MJS加固地内压力控制、内衬墙倾覆、融沉注浆、开挖过程中坍塌和涌水等风险因素,并提出相应对策。研究结果表明： 1）在软土地层进行管幕暗挖法施工大断面地下空间是可行的,施工风险总体可控; 2）管幕顶管顶进工序是管幕暗挖法实施的基础,开挖支撑是该工法施工风险控制的关键工序,同时也是造成地面沉降的主要工序。     

冻结法几个关键问题及在地下空间近接工程中最新应用

地层冻结法在我国应用已超过60年。作为地下工程和隧道工程治水最有效方法之一,既有它的优势也存在一定的风险。给出冻结工程的全过程流程,并从冻土结构在施工过程中受力机制分为“隔水”（水压）和“既隔水又承受岩土压”（土水压）之间的差异,详尽说明需要考虑的影响设计的主要因素,特别对地层冻胀和融沉机制和预防做出详细阐述,最后给出在隧道工程的地层冻结方面的最新进展。     

寒区富水隧道冻结圈围岩冻胀力演化规律研究

寒区富水隧道冻结圈围岩冻胀演化机制是影响其运营安全的关键科学问题。为探究冻结圈围岩的冻胀力演化规律,开展含水围岩低温冻结作用下三维地质力学缩尺模型试验;采用环境冷气进入洞内降温的方式,模拟隧道洞口段围岩温度场分布特征;利用微型压力传感器对含水围岩在低温冻结过程中的冻胀力进行实时动态监测,以获取不同含水率和冻结圈厚度围岩下的冻胀力时空演化曲线。采用多元回归分析方法,建立围岩冻胀率、冻结圈厚度与含水率等参数的拟合计算式;据此建立平面应变状态下考虑围岩含水率和围岩比重指标的冻结圈围岩冻胀力理论解。采用热应力方法模拟冻胀力演化特征,对冻胀力的理论计算值和模型试验测试值进行对比分析,进一步验证试验方法和理论解的合理性。研究结果表明：围岩温度场呈三阶段变化特征以及类似带柄状“正勺”形状分布规律;含水围岩温度场的下降阶段呈非线性分布特征;围岩温度表现出滞后于环境温度变化的趋势。不同含水率和冻结圈厚度下的冻胀力演化规律曲线形态类似,表现为孕育-发展-稳定变化特征。冻胀力理论解与现场实测数值偏差19.7%,与数值解、试验值偏差均在0~20%之间,所提出的冻胀力理论计算方法可为围岩含水率为0~60%范围和冻结圈厚度为0~8.0 m范围冻胀力取值提供参考。研究结论可为寒区富水隧道冻结圈围岩的冻胀力设计及预测研究提供支持。     

管幕冻结法钢管-冻土接触面剪切试验研究

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。     

城市隧道与地下空间协同建设模式及技术研究

随着城市的规模化发展,多种地下空间的开发、改建方兴未艾。当前城市隧道与地下空间协同建设已成为发展的基本趋势,但同时必须解决协同建设中的安全及效率问题。基于隧道与地下空间开发过程的多种问题,揭示了城市隧道与地下空间协同建设的内涵,提出了城市隧道与地下空间协同建设模式,分别为共建式协同、预留式协同、保护性协同,揭示了各种协同模式的过程及协同目标,开展城市隧道与地下空间协同建设技术研究,为隧道与地下空间协同开发集约化利用和安全控制提供技术保障。     

软弱围岩隧道管棚水平旋喷组合预加固变形规律

为研究软弱围岩地层管棚水平旋喷桩组合结构的预加固效果,采用三维弹塑性有限元方法对比分析了单独使用管棚、单独使用旋喷桩、管棚与旋喷桩组合预加固及无加固4种工况下隧道结构体系的位移变化规律。结果表明:1)水平旋喷桩和管棚2种工法中,水平旋喷桩预加固工法控制拱顶下沉、拱脚收敛值和掌子面稳定性能力显著;2)管棚预加固工法控制地表沉降的能力较强;3)管棚和旋喷桩组合结构控制拱顶沉降和拱脚收敛,掌子面水平位移性能突出,管棚水平旋喷桩组合结构使地表沉降减小91.3%,拱顶沉降减小76.2%,拱脚收敛减小76.3%,其地表最大沉降值为2.7 mm,拱顶最大沉降值为25 mm,拱脚最大收敛值为4mm,最小收敛值为-9.4 mm,加固效果明显。