拱北隧道管幕冻结法温度场数值计算

摘要

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.