文摘

一个名为freeze-sealing管屋顶的新presupporting技术(FSPR)方法采用拱北隧道建设(珠海、公关中国),这是一个关键的一部分,粤港澳大桥工作组(HZMB)。方法结合pipe-roofing用人工地层冻结(AGF)。水份FSPR周围土壤的耐水性能,研究了基于现场温度数据。冻土的时间温度变化之间的两个相邻管道,和冻土的厚度在不同的冻结期计算。除此之外,远程温度监测系统用于系统地提出了这一领域的研究。的热影响飓风妮可在冻土墙也被观察到。结果表明,冻土墙的关闭可以分为两种不同的模式。管道之间的冻土开挖之前遇到的设计要求在开挖之前,和FSPR保持满意的耐水性能。

1。介绍

作为一种presupporting地下挖掘的技术,pipe-roofing方法可以有效控制地面扰动由于开挖施工。这种方法已广泛应用于岩土工程与其他创新的组合方法,如ESA(无尽的self-advancing方法),FJ(顶前面方法),RBJ(顶顶箱方法),时候r c方法,郁金香方法(1],SR-J方法[2),和新管式屋顶方法(3]。这些presupporting方法提供良好的开挖施工条件但暴露的弱点水密封在长途弯曲pipe-jacked屋顶。为了解决这个问题,一个名为freeze-sealing管屋顶的新presupporting技术(FSPR)方法是世界上首次采用在拱北隧道(HZMB)的一个关键部分粤港澳大桥工作组。

freeze-sealing管屋顶(FSPR)与人工地层冻结法结合了pipe-roofing法(AGF)方法(4]。屋顶管道包括一定数量的大口径钢管主要在承载过程中发挥作用,和钢管之间的土壤不断冷藏时冻结壁形成防止地下水流入开挖区域。

FSPR方法提出之前,有一个类似的方法,可以调用pipe-shed冻结方法,曾出现在德国,日本和中国4]。在这种方法,冻土墙主要扮演了一个角色在承重,从FSPR方法本质上是不同的。Moriuchi和其他研究人员进行了实验和理论研究的力学特性以及它们之间的相互作用(5- - - - - -7]。

一系列的研究近年来FSPR系统已经完成。Zhang et al。8最具挑战性的方面总结和介绍相关的技术应用在施工期间。刘等人。9]阐述了施工方法的选择和弯管的设计屋顶以及水平精确土壤冻结帷幕。周et al。10)提出了一个案例研究该系统的施工过程中的力学响应。段et al。11]研究了改进的可行性和冻结温度场的差异设计三种不同的管道配置和使用按比例缩小的模型试验和数值模拟。周et al。12]分析了垂直由冻胀引起的地面运动和解冻基于现场测量。Cai et al。13]也模拟隧道的冻胀和融结算法律由full-coupled瞬态温度和位移的数值分析方法。周et al。14)的力学特性进行了试验研究这防水系统。

上述研究FSPR方法包含数值模拟,实验室测试、模型试验和现场测试,但结论不被现场数据验证,测量在工程建设。作者的前研究领域的时间变化,冻土的温度之间的两个相邻管道和定性分析的耐水性能FSPR系统[15]。本文进一步研究了耐水性能定量计算冻土的厚度,发现两种不同冻土墙的关闭模式。

2。工程背景

2.1。管FSPR屋顶和冻结方案

拱北隧道,由浅层隧道方法,是一种双层隧道大型节undercrossing拱北口岸积分。长度约255米,高约19米,开挖部分20米宽。部分面积约345²,埋深仅5∼6米。36钢管的直径1620毫米作为presupporting系统在隧道,和土壤之间的管道由AGF冷藏。整个屋顶管道支持系统和开挖区如图1,奇数管道由大约30厘米抵消径向向内。开始前冻结,奇怪的管道充满了混凝土,甚至管是一个空管。固体管道充满混凝土提高整个支持系统的强度和刚度,也便于转移一旦开始冻结冷却到周围。空管道可以作为检验通道冻结施工过程中为了便于监视和灌浆。empty-top管充满混凝土在隧道施工完成后时间。

见图2,在每一个奇怪的管道最后充满混凝土、两个Φ108圆形冻结管排列在管边缘的中间主冻结管。和Φ159限制管放置外缘附近的冻土墙,用于控制冻土的厚度。甚至在管道、两个异形冻结管叫增强管也安排在冻结管的边缘加强,确保管道之间的密封性能。更多细节在FSPR冻结哲学中可以看到纸(9]。

2.2。温度监测系统

在整个施工过程中,远程温度测量系统(16)是用于监测土壤的温度和盐水循环。监控系统的示意图如图3。可以看出,该系统包括传感器、电缆、数据采集模块、长距离输电线路数据,数据转换器,和电脑。几个数字温度传感器封装在一个温度测量电缆,然后,电缆放置在特定的温度监测孔根据设计后,电缆连接到数据采集模块和模块与计算机通过通信数据传输线路,使用RS485网络。RS485网络接口转换器转换到RS232接口,可以被计算机。因此,传感器是测量的数据收集,最后转移到计算机上。这个系统有很多优势如简单的分布站点、高适应性的恶劣环境,方便扩展,和自动数据收集。土壤温度的监控,32个测量面临着沿隧道纵向排列,每个分开的两个测量面临着约8米。每个测量的测温点分为墙表面温度测量分和管外土壤温度测量点。

的安排测量的第n个点测量表面如图4。考虑了冻结管的布置,有7壁测温点的管道,甚至管6人;管外的土壤温度测量分来自甚至所有的管道和管道的四(5 #管、15 #管、23 #管,33 #管)。此外,3 - 7测温点排列的孔。每个测点的温度可以组合来判断冻土墙的发展变化。计量点的命名规则D +管number-measuring表面B / S (B代表墙温度测点,S代表土壤温度测点)+测点序列。例如,D09-01-S2代表第二个土壤测量的测点的表面9 #管。

3所示。方法来计算冻土的厚度

一个关键因素,可以量化的冻结效应FSPR冻土的厚度。由于大型隧道的横截面和浅深度,冻土不是沿着隧道的横截面均匀分布。从纵向方向,冻土的分布的两端附近的隧道不同于在中间。因此,冻土厚度用来判断冻结效应不应整个冻土的平均厚度在某些部分,但是当地的厚度钢管之间的冻土。

通常的方法解决冻土厚度的测量温度进行线性插值是基于价值的土壤温度测点获得冰点的位置,从而计算冻土的厚度。尽管上述方法简单和方便,它缺乏理论依据,错误是不可控的。一个不同的方法来计算冻土厚度提出了本文解析解的基础上产生的稳态温度场多管的冻结(17]。温度场的公式分别采用“单管”和“套管”在不同时期的活跃的冻结。相关的原理图如图5。

“单管”的公式 在哪里r是距离的中心冻结管任意点吗 ;T温度的价值点吗米;土壤的冰点;是冻结管的表面温度;冻结管的半径;是冻土的边界距离冻结管的中心,认为是冻土的厚度。

“套管”公式 在哪里和点的距离吗 冻结的中心管1和冻结管2,分别;两管之间的距离;是距离的边界冻土的冻结管中心1吗y方向,认为是冻土的厚度;其他符号上面是一样的。

4所示。结果与讨论

冷冻盐水循环的管道在每个区域继续从中间开始,2016年2月底。审判开挖进行了在6月20日,2016年,官方开挖开始8月20日,2016年。摘要积极冻结期指的是时间间隔从开始的盐水循环开始正式开挖。

4.1。冻土的关闭

的关闭时间AGF冻土墙非常有意义,这说明了冻土墙形成一个统一的冻土窗帘和窗帘开始有能力的水密封。是否可以实现圆在所需的时间内也是判断的标准之一的新方法是否FSPR是否合理。应该指出的是,“闭包”一词并不意味着关闭两个冰列在一般意义。关闭冻土和相邻钢管在这工作也意味着“关闭”(参见下面的关闭模式1图6(一))。

在实际的施工、冻结管的开放时间不完全相同。圆形主冻结管是第一次打开,然后,扇形提高冻结管先后开设了以加快制冷。两个不同关闭模式发现基于温度测量领域。模式1所示图6(一),冻土的开发了钢管邻空管道形成防水层前扇形增强管打开;模式2所示图6 (b),在冻土尚未发展到邻近的空管道扇形管时打开。后不久的扇形加强管,关闭实现共同的结果主冻结管和提高冻结管。

首先,该地区在11日08 #和09年#管之间测量面临选择插图关闭模式1。这个地区是在隧道纵向和垂直方向上的中间,而且没有热扰动。图7显示的是测量分在上述区域的温度变化和相应的冻土厚度由“单管”的公式计算。测量的位置显示在左上角点周围有一个盒子。当两个主冻结管的9 #管开了3月11日,D09-11-B6和B7的温度迅速下降。冻土厚度的增加迅速,达到所需的厚度关闭3月19日。这时,8 #增强管的管还没有被打开。这种关闭列为关闭模式1。

然而,对于一些地区在隧道的上部,土壤的初始温度较高,温度场是容易受到地面的热扰动的影响。冻土的边界扩展更慢在上部区域,形成一个闭合模式2的情况。图8之间的区域显示的是测量温度35 #、36 #管测量在11日的脸。冻土的厚度的变化随着时间的推移也说明。该地区位于隧道的尽头附近东工作轴。圆形的冻结管2月底以来已被打开。相应的计量点的温度没有降低点在图一样快7冻土的厚度。模式1关闭没有实现只有主人冻结管的35 #管打开。加强管被打开时,3月23日之间的冻土管道开始迅速发展。大约4天之后,该地区冻土的关闭是在关闭模式2的形式完成。

上述两个区域的边界条件是非常不同的。前者是厚,周围的土壤和热扰动更小。后者是接近地表,极大地受到外部热扰动的影响。两个代表不同的冻结效应在不同地区早期积极冻结期。区域的热扰动少,冻土的发展的速度足够快,可以实现和模式1关闭,只有主冻结管在所需的时间内。而对于散热的地区更为严重,很难形成关闭只有圆形主冻结管。厚度可以达到所需时间作为联合主冻结管和提高冻结管。

4.2。关闭后冻土墙的发展

关闭后,冻土墙继续发展。数据9(一个)和9 (b)显示测量的温度变化点和相应的盐水温度的上、下部分屋顶,分别。冻土的厚度之间的管,“套管”计算公式,也画的图。

见这两个数字9(一个)和9 (b)、盐水温度是主要影响因素之一的冻土的发展趋势。初的制冷、测点的温度下降,冻土稳步发展。然而,从5月到6月初,盐水温度普遍增加由于制冷系统的维护,导致经济放缓土壤测点的温度降低,甚至略有增加。盐水后温度降低,冻土墙重新开发。在7月30日至8月1日三天,妮可飓风影响到建设和停电。测量的温度点反弹。比较图9(一个)与图9 (b),可以得出的结论是,上面积大大受飓风影响,而下部的影响较小。

此外,活跃的区域在图的冻结效应9(一个)不如在图吗9 (b)。主要原因是分析区域图9(一个)更接近地面,有一个排水管道上面。流动的水会导致大量的热量交换。分析了区域如图9 (b)有一个更深的深度。外部热扰动很小,和冻土的发展是稳定的。FSPR在大多数地区的冻结效果类似于图9 (b)。

冻土墙的厚度之间的管道上的多个部分天正式开挖前通过双筒公式,计算结果如表所示1和2。考虑到内部的冻土隧道在开挖边界将挖开,上面表中的数据计算的结果相应减少的厚度根据设计隧道边界。

表1和2表明,冻结的影响上部比下部,部分是否在中间或两端附近的隧道。沿着纵轴的隧道,冻土墙的厚度两轴附近很窄(小于2米),散热的影响,而中部地区的冻土墙厚得多(所有超过2米)。整个隧道而言,管道之间的冻土开挖已经关闭之前,和管道之间的水密封的要求可以满足。

5。结论

本文的耐水性能FSPR系统用于拱北隧道施工通过富水地层研究基于现场温度数据。冻土的温度时间变化之间的两个相邻管道,和冻土的厚度在不同冻结期计算。获得的结论如下:(1)关闭冻土墙可以分为两种模式。加强管关闭模式2有很大的影响。两种模式的闭包可以在要求的时间内实现。(2)冻土墙不是统一的发展。冻结壁的厚度在隧道中间远高于结束。相同的隧道断面,冻土墙附近的中下游地区发展比上面的部分。(3)当飓风来了,上面的面积是很大程度上的影响,而是整个冻土墙保持良好的性能。(4)管道之间的冻土开挖之前遇到的设计要求在开挖之前,和FSPR保持满意的耐水性能。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究和APC由上海航行计划。