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

第３５卷第１１期　２Ｏｌ５年１１月　

篷　建谨　

Ｔｕｎｎｅｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｖ　ｎ１．３５　Ｎｏ．１ｌ　

ＮＯＶ．２０１５　

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　任　辉　，胡向东　，陈　锦　，张　军。　（１．港珠澳大桥珠海连接线管理中心，广东珠海５１９０３０；２．同济大学地下建筑与工程系，上海２０００９２；　３．中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北武汉４３００５６）　

摘要：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。　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　ＤＯＩ：１０．３９７３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—７４１Ｘ．２０１５．１１．００９　中图分类号：Ｕ　４５　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７２—７４１Ｘ（２０１５）１１一ｌ１６９—０７　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｆｒｅｅｚｉｎｇ　Ｅｆｆｅｃｔ　ａｎｄ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｒｏｆｉｌｅｄ　Ｅｎｈａｎｃｉｎｇ　Ｆｒｅｅｚｉｎｇ－・ｔｕｂｅ　ｉｎ　Ｆｒｅｅｚｅ－・ｓｅａｌｉｎｇ　Ｐｉｐｅ　Ｒｏｏｆ　ＲＥＮ　Ｈｕｉ　，ＨＵ　Ｘｉａｎｇｄｏｎｇ　，ＣＨＥＮ　Ｊｉｎ　，ＺＨＡＮＧ　Ｊｕｎ　（１．Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｚｈｕｈａｉ　Ｌｉｎｋ　Ｒｏａｄ　ｏｆ　Ｈｏｎｇ　Ｋｏｎｇ—Ｚｈｕｈａｉ—Ｍａｃａｏ　Ｂｒｉｄｇｅ，Ｚｈｕｈａｉ　５　１　９０３０，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，　Ｃｈｉｎａ；２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎｇｊｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９２，Ｃｈｉｎａ；　３．ＣＣＣＣ　Ｓｅｃｏｎｄ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｃｏｎｓｕｌｔａｎｔｓ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ　４３００５６，　６ｅ　，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇｏｎｇｂｅｉ　ｔｕｎｎｅｌ　ｏｎ　Ｚｈｕｈａｉ　Ｌｉｎｋ　ｏｆ　Ｈｏｎｇ　Ｋｏｎｇ－Ｚｈｕｈａｉ—Ｍａｃａｕ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｉｓ　ｔｏ　ｂｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　ｂｙ“Ｆｒｅｅｚｅ—ｓｅａｌｉｎｇ　Ｐｉｐｅ　Ｒｏｏｆ”（ＦＳＰＲ）ｍｅｔｈｏｄ．ＦＳＰＲ，ｓｅｒｖｉｎｇ　ａｓ　ａ　ｆｏｒｅｐｏｌｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ，ｃｏｎｓｉｓｔｓ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ　ｐｉｐｅｓ　ｗｉｔｈ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ．Ｐｒｏｆｉｌｅｄ　ｅｎｈａｎｃｉｎｇ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ—ｔｕｂｅ　ｉｓ　ａｉｍｅｄ　ａｔ　ｍｉｎｉｍｉｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ　ａｎｄ　ｌｉｎｉｎｇ　ｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｒｏｚｅｎ　ｓｏｉｌ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｏｆ　ＦＳＰＲ，ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｐｒｏｆｉｌｅｄ　ｅｎｈａｎｃｉｎｇ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ—ｔｕｂｅ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ　ｄｒａｗｎ　ａｒｅ　ａｓ　ｆｏｌｌｏｗｓ：１）Ｕｓｉｎｇ　ｐｒｏｆｉｌｅｄ　ｅｎｈａｎｃｉｎｇ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ—ｔｕｂｅ　ｃａｎ　ｗｅａｋｅｎ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ　ａｒｉｓｉｎｇ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｌｉｎｉｎｇ　ｐｌａｃｅｍｅｎｔ；２）Ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｂｅｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｅｔｔｅｒ　ｆｒｏｚｅｎ　ｓｏｉｌ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｂｙ　ｏｐｅｎｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｒｏｆｉｌｅｄ　ｅｎｈａｎｃｉｎｇ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ—ｔｕｂｅ　ｉｎ　ａｄｖａｎｃｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈｏｎｇ　Ｋｏｎｇ－Ｚｈｕｈａｉ—Ｍａｃａｕ　Ｂｒｉｄｇｅ；Ｇｏｎｇｂｅｉ　ｔｕｎｎｅｌ；ｆｒｅｅｚｅ—ｓｅａｌｉｎｇ　ｐｉｐｅ　ｒｏｏｆ；ｐｒｏｆｉｌｅｄ　ｅｎｈａｎｃｉｎｇ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ—　ｔｕｂｅ；ｍｏｄｅｌ　ｔｅｓｔ　

０　引言　针对１３趋复杂的城市隧道及地下工程建设环境，　浅埋暗挖工法在１９８７年被提出　，经过２０多年的发　展，形成了一套完整的配套技术，被广泛地应用于隧道　及地下工程建设　ｊ。随着浅埋暗挖法的广泛应用，城　市隧道及地下工程建设环境越来越复杂，施工技术难　度越来越大，其发展趋势主要表现为强化辅助工法和　简化主要工法　。对于富含水地层的超大断面浅埋　暗挖隧道，其辅助工法的选择尤为重要，当单纯采用水　平旋喷、管幕　』、冻结　或降水等辅助工法无法满足　要求时，多种辅助工法相结合进而实现优势互补的组　合工法被提出。　港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道工程口岸暗挖　段，首次采用“管幕法＋人工地层冻结法”相结合的浅　埋暗挖隧道超前预支护体系，即“管幕冻结法”　。在　此之前国内尚无案例，国际上也仅有日本的株式会社　精研有过“钢管＋冻结”工法的设想与研究　，目前　仅见德国柏林地铁勃兰登堡门站（Ｂｒａｎｄｅｎｂｕｒｇｅｒ　Ｔｏｒ，　

收稿日期：２０１５—０５—２０；修回日期：２０１５一】０—２０　基金项目：交通运输部建设科技项目（２０１３３１８Ｊ１ｌ３００）；国家自然科学基金项目（５１４７８３４０）　第一作者简介：任辉（１９８６一），男，湖南常德人，２０１５年毕业于同济大学，隧道及地下建筑工程专业，硕士，工程师，主要从事隧道及人工地层冻结的　施工与管理工作。　窿　建谨　第３５卷　４　异形加强冻结管的冻结效果分析　在异形加强冻结管试验中，前期仅开启圆形主力　冻结管和限位管，待冻土帷幕已有较大体积且体积增　长和温度场变化非常缓慢（接近稳态）时，开启空管内　的异形加强冻结管。其目的在于突出异形加强冻结管　的效果，若在冻结前期开启加强冻结管，就难以说明温　度的下降是由异形加强冻结管带来。　为更全面地探究加强冻结管的效果，主要从以下　３个方面进行分析。　４．１温度时间曲线分析　测点温度一时问曲线的横坐标轴为时间，单位为　ｈ，从开启异形加强冻结管前４　ｈ计时为第０　ｈ，纵坐标　为测点温度，单位为℃，冻土冰点为一１．６℃。测点温　度时间曲线如图７所示。　１）实顶管外侧区域。在异形加强冻结管开启前　后，测点１—１、１—２和ｌ一３的温度没有明显变化，其　波动范围控制在０．１℃以内，表明异形加强冻结管对　实管底部的土体难以起到加强冻结的作用，从而不会　加大实管底部冻土的冻胀作用。　２）实顶管与空顶管之间。异形加强冻结管开启　后，测点２—１－－２—６的温度有不同程度的下降。第　４～１０　ｈ，即异形加强冻结管开启６　ｈ内，温度下降最为　明显，尤其测点２—１ｍ２—３下降４．７～６．４℃，而测点　２—６温度下降速度最慢，约０．５℃。第１０～２４　ｈ，各　测点温度下降速度明显放缓，其中测点２—１—２—６的　温度下降１．１～１．６　ｏＣ。　３）实顶管与冻土交界面。第４～１０　ｈ，即异形加　强冻结管开启６　ｈ内，测点４—２－＿４—５温度有明显下　降，为１．４～３．３℃，其余测点基本没有变化。第１０～　２４　ｈ，各测点温度下降速率明显减缓，测点４—２—４—５　温度下降０．９～１．３℃。　４）空顶管与冻土交界面。异形加强冻结管开启　后，测点５—１＿５—７的温度都有明显的下降。第４～　１０　ｈ，即异形加强冻结管开启６　ｈ内，测点５—２与５—　３的温度下降１４．３～１６．０　ｏＣ，测点５—１与５—４的温　度下降约６　；第１０～２４　ｈ，测点５—１—５—４的温度　下降１～３　ｏＣ。测点５—５—５—７的降温速度变化相对　较小，第４～２４　ｈ，保持相近的降温速度，２０　ｈ内下降　２～３．７℃。　通过以上分析可知：异形加强冻结管开启后降温　主要集中在前６　ｈ，距异形加强冻结管越近区域，前期　降温速度越快，最终降温幅度也越大；异形加强冻结　管主要作用于空顶管周围及两管之间距异形加强冻结　管较近的区域，而对实顶管周围影响较小，实顶管外侧　冻土基本不受影响。　

簧　餐　

０　４　８　１２　１６　２０　２４　时间／如　

（ａ）实顶管外侧　

时间／ｈ　（ｂ）实顶管与空顶管之间　

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（ｃ）实顶管与冻土交界面　・５－－１；・　・　５－４；　，Ｉ５：　◆５＿７。　

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－２０　一　０　２０　２４　

时间／ｈ　

（ｄ）空顶管与冻土交界面　时间从加强管开启前４　ｈ开始计时。　图７测点温度时间曲线　Ｆｉｇ．７　Ｃｕｒｖｅｓ　ｏｆ　ｔｉｍｅ—ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ　ａｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｐｏｉｎｔｓ　

３　２　ｌ　ｌ　２　３　４　ｎ　旺　ｎ　０　ｍ　＼　嘣