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海底隧道管幕冻结法水热耦合温度场数值模拟分析 被引量:2
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作者 周杰 胡俊 刘冰 《森林工程》 北大核心 2024年第6期221-234,共14页
为得到渗流作用下管幕冻结法温度场的发展规律,结合三亚河口通道隧道冻结工程,基于达西定律与多孔介质传热理论,运用有限元软件建立水热耦合数值模型,采用更改模型渗流流速大小和建立测温路径的方法,围绕冻土帷幕的发展情况、交圈时间... 为得到渗流作用下管幕冻结法温度场的发展规律,结合三亚河口通道隧道冻结工程,基于达西定律与多孔介质传热理论,运用有限元软件建立水热耦合数值模型,采用更改模型渗流流速大小和建立测温路径的方法,围绕冻土帷幕的发展情况、交圈时间、壁厚进行分析。结果表明,冻土帷幕随渗流的流向发展,下游侧土体开始冻结的时间早于上游侧土体,且最终温度低于上游侧土体;当流速约为2.87 m/d时,低渗流流速作用对整体冻土帷幕交圈的时间影响较小;随着渗流流速的增大,整体冻土帷幕交圈所需的时间明显增加,其区域的不均匀程度变大,厚度减小;当流速增大至约10.02 m/d时,冻土帷幕出现局部不交圈的情况。考虑到原冻结方案偏于保守,设计优化方案为将内圈冻结管总数由80根减少至56根,模拟分析后的平均冻土帷幕厚度约为4.28 m,相较于原方案减少了0.195 m,仍满足冻结设计要求。 展开更多
关键词 渗流作用 管幕冻结法 有限元模拟 水热耦合 冻结方案优化
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拱北隧道管幕冻结法现场原型试验解冻温度场实测研究 被引量:30
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作者 胡向东 方涛 +1 位作者 郭晓东 任辉 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期1700-1705,共6页
为了能够更加全面地掌握解冻阶段温度场变化规律,采用现场原型试验研究了在解冻阶段两种不同解冻方式(自然解冻和"自然+强制"解冻)下温度场变化规律。试验表明,由于冻土量较小,解冻时间相比于一般冻结工程来说较短,而且利用... 为了能够更加全面地掌握解冻阶段温度场变化规律,采用现场原型试验研究了在解冻阶段两种不同解冻方式(自然解冻和"自然+强制"解冻)下温度场变化规律。试验表明,由于冻土量较小,解冻时间相比于一般冻结工程来说较短,而且利用常温盐水强制解冻,就能达到很好的效果。在空顶管的防通风措施解除后,自然解冻条件下冻土融化速率较快,不需要开启加强管的热盐水循环。该试验作为系统研究管幕冻结法冻结效果动态控制研究的重要一环,探究了管幕冻结法解冻规律,为实际施工提供了可靠的研究依据,能够有效地降低融沉影响。 展开更多
关键词 管幕冻结法 港珠澳大桥 拱北隧道 现场原型试验 解冻过程 温度场
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新型管幕冻结法温度场数值分析 被引量:12
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作者 胡俊 卫宏 +2 位作者 曾晖 刘勇 李玉萍 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期1165-1172,共8页
运用有限元软件分析新型管幕冻结法温度场发展与分布规律,通过数值模型中的6条路径对冻土帷幕的发展、厚度变化和封闭性进行研究,结果表明:冻结8 d时圆形冻土帷幕开始交圈,30 d时管幕间冻土帷幕已经形成,为平均温度-18℃的0.6 m厚冻结壁... 运用有限元软件分析新型管幕冻结法温度场发展与分布规律,通过数值模型中的6条路径对冻土帷幕的发展、厚度变化和封闭性进行研究,结果表明:冻结8 d时圆形冻土帷幕开始交圈,30 d时管幕间冻土帷幕已经形成,为平均温度-18℃的0.6 m厚冻结壁,40 d时管幕间平均温度-18℃的冻土帷幕厚度达到0.8 m,且有透过管幕发展成连续冻结壁的趋势;冻结16 d时0℃以下冻土帷幕厚度已达1 m,-10℃以下冻土帷幕厚度达到1 m所需冻结时间为35 d;钢材与冻土界面上的温度在冻结20 d时都降到了0℃以下,在冻结40 d时都降到了-10℃以下。所得结果可为今后类似工程设计提供理论参考依据。 展开更多
关键词 管幕冻结法 管幕 冻结 数值模拟
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新型管幕冻结法不同管幕填充形式的温度场数值对比分析 被引量:23
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作者 胡俊 刘勇 曾晖 《森林工程》 2015年第6期135-141,145,共8页
运用有限元软件分析新型管幕冻结法不同管幕填充形式的温度场发展规律,通过数值模型中的3条路径对冻土帷幕的发展、厚度变化和封闭性进行研究,研究得出:与拱北隧道管幕冻结法相比,新型管幕冻结法支护结构的形状更加多样;新型管幕冻结法... 运用有限元软件分析新型管幕冻结法不同管幕填充形式的温度场发展规律,通过数值模型中的3条路径对冻土帷幕的发展、厚度变化和封闭性进行研究,研究得出:与拱北隧道管幕冻结法相比,新型管幕冻结法支护结构的形状更加多样;新型管幕冻结法宜采用管幕钢管全部填充的形式,当采用空管时应在空管表面敷设保温层;在路径1上,冻结40d时冻土帷幕发展到距离冻结管中心800 mm,冻结前期管幕钢管未填充时降温较快,冻结后期管幕钢管全部填充时降温较快;在路径2和3上,空管界面温度在冻结前期降温较快,冻结后期各点温度反而升高,冻结40 d时各点温度约在6~13℃,实管界面温度随着冻结时间的增加越来越低,冻结40 d时各点温度为0^-5℃。 展开更多
关键词 管幕冻结法 管幕 冻结 数值模拟
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新型管幕冻结法不同冻结管布置方案温度场数值分析 被引量:13
5
作者 胡俊 欧阳素娟 +2 位作者 李春芳 吴雨薇 汪树成 《森林工程》 2018年第3期86-92,共7页
本文介绍了新型管幕冻结法的特点及施工流程,并运用有限元软件建立其两种冻结管布置方案下的数值模型,对两种数值模型的温度场发展规律进行对比分析得出:与港珠澳拱北隧道管幕冻结法相比,新型管幕冻结法支护形式更加灵活多样,受地形制... 本文介绍了新型管幕冻结法的特点及施工流程,并运用有限元软件建立其两种冻结管布置方案下的数值模型,对两种数值模型的温度场发展规律进行对比分析得出:与港珠澳拱北隧道管幕冻结法相比,新型管幕冻结法支护形式更加灵活多样,受地形制约更小;随着冻结时间增加,冻结壁先以冻结管为中心呈同心圆形式发展,随后与其他冻结管形成的冻结壁和钢管相互交圈,最终形成封闭的冻土帷幕;方案1中冻结11 d时冻结管形成的冻结壁与相邻钢管交圈,14 d时两相邻冻结管形成的冻结壁交圈形成冻土帷幕;方案2中冻结29 d时两相邻冻结管形成的冻结壁交圈,62 d时冻结管形成的冻结壁与相邻钢管交圈形成冻土帷幕。故两方案比较下,方案1形成的冻土帷幕所需时间更短,管幕与冻结管布置更加合理。所得结果可为日后的相关实际工程提供参考依据。 展开更多
关键词 新型管幕冻结法 冻结 管幕 温度场 数值模拟
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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:22
6
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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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
7
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 模型试验
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拱北隧道管幕冻结法温度场数值计算 被引量:16
8
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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新型管幕冻结法温度场影响参数分析 被引量:10
9
作者 吴雨薇 李春芳 +2 位作者 胡俊 王志鑫 汪树成 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期155-161,共7页
新型管幕冻结法中冻结管周围温度场的发展状况是这一工法施工的技术重点,为研究这一工法中温度场的发展变化规律,在模型中选取2条路径,并在路径上布设分析点,通过分析土体导热系数、容积热容量、相变潜热、原始地温这4个因素对温度场发... 新型管幕冻结法中冻结管周围温度场的发展状况是这一工法施工的技术重点,为研究这一工法中温度场的发展变化规律,在模型中选取2条路径,并在路径上布设分析点,通过分析土体导热系数、容积热容量、相变潜热、原始地温这4个因素对温度场发展规律的影响,形成如下结论:与港珠澳拱北隧道管幕冻结法相比,新型管幕冻结法支护形式更加灵活多样,受地形制约更小;土体导热系数对温度场有显著的影响,导热系数越大,温度下降越快,且幅度越大;容积热容量对温度场的影响效果较大,容积热容量越小,温度下降越快,且幅度越大;土体相变潜热对温度场变化几乎没有影响;原始地温越低,达到相同温度所需要的冻结时间越短。所得结果可供今后类似工程参考。 展开更多
关键词 新型管幕冻结法 温度场 影响参数 数值分析
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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:5
10
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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异形加强冻结管外壁保温对管幕冻结效果影响试验研究 被引量:1
11
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 冻结管保温 现场试验 拱北隧道
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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:16
12
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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拱北隧道水平控制性冻结止水帷幕施工方案 被引量:3
13
作者 刘应亮 《铁道建筑》 北大核心 2016年第2期56-58,共3页
港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道工程口岸暗挖段预支护体系采用"超前曲线大管幕+水平控制性冻结止水"相结合的全新管幕冻结法施工。水平控制性冻结止水帷幕施工总体方案是全长整环积极冻结,分段分区维护冻结。在介绍水平冻结止... 港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道工程口岸暗挖段预支护体系采用"超前曲线大管幕+水平控制性冻结止水"相结合的全新管幕冻结法施工。水平控制性冻结止水帷幕施工总体方案是全长整环积极冻结,分段分区维护冻结。在介绍水平冻结止水帷幕施工方案的冻结设计、冻结管布置和冻结施工步序之后,重点分析了该方案难点和施工注意事项,为工程顺利实施奠定了基础。 展开更多
关键词 港珠澳大桥 拱北隧道 管幕冻结法 冻结方案 施工分析
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拱北隧道“钢管-冻土”复合结构承载力试验研究 被引量:9
14
作者 胡向东 邓声君 汪洋 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期1481-1490,共10页
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... 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。 展开更多
关键词 管幕冻结法 拱北隧道 港珠澳大桥 钢管-冻土复合结构 模型试验 冻结温度
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拱北隧道5台阶14部开挖施工组织方案分析 被引量:4
15
作者 熊昊翔 任辉 翁远林 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2019年第2期281-286,共6页
港珠澳大桥拱北隧道口岸暗挖段采用255 m曲线管幕+冻结法施工,采用5台阶14部开挖方法穿越富水软弱地层及拱北口岸敏感区域。为解决该工法下大断面开挖及多工序交叉作业施工的施工组织及安全问题,从现场管理角度出发介绍5台阶14部开挖法... 港珠澳大桥拱北隧道口岸暗挖段采用255 m曲线管幕+冻结法施工,采用5台阶14部开挖方法穿越富水软弱地层及拱北口岸敏感区域。为解决该工法下大断面开挖及多工序交叉作业施工的施工组织及安全问题,从现场管理角度出发介绍5台阶14部开挖法的施工方案,通过现场施工验证方案的可行性,并分析施工中存在的部分台阶断面划分、导洞施工顺序安排、工作面设置等方面存在的问题。据此,提出开挖方案和施工组织优化思路以及增设斜坡道的比选方案,监测结果表明:施工组织调整及优化是切实可行的,能够确保拱北隧道按期顺利贯通。 展开更多
关键词 拱北隧道 富水软弱地层 管幕冻结法 5台阶14部开挖方案 施工组织优化
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