[发明专利]一种浅埋隧道管幕冻结施工温度场模型实验方法

说明书

本发明提供一种浅埋隧道管幕冻结施工温度场模型实验方法，温度场模型实验方法包括如下步骤：步骤1，实验准备：预制实验用的冻结管、顶管、限位管和箱体；步骤2，实验设备组装：完成顶管、测点的安装，组装成实验用的实验箱；步骤3，冻结模拟：设定限位盐水循环的温度和时间，维持冻结壁的壁厚；步骤4，实验数据处理：根据实验数据绘制每个方向温度测点上温度随时间变化的曲线图；本发明提供的实验方法可以模拟不同冻结温度下，管幕冻结温度场的发展变化规律与分布特点；通过对比不同限位盐水温度下，限位管对冻结壁弱化的影响效果；从而优选出合适的冻结温度、限位温度以及合适的冻结时间，为管幕冻结法的进一步推广运用提出指导意见。

技术领域

本发明属于隧道工程领域，具体涉及一种浅埋隧道管幕冻结施工温度场模型实验方法。

背景技术

管幕冻结施工以一定数量的顶管组成受力结构，通过顶管内安装冻结管的方式，对管幕周围含水地层进行冻结，使地层中的水结冰，将松散含水岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水，以便在冻结壁的保护下，进行地下工程掘砌作业。进而在管幕内部进行隧道开挖施工。该施工方法充分结合了人工冻结法和管幕法的优势，成为一种新的隧道施工方法。该方法是一种适用于富水地层浅埋隧道开挖的施工方法。

但是该方法也有一定的风险，供冷不足或外部热源可导致冻土帷幕范围和强度退化，在流水作用下冻土可快速消融；冻结不当会产生冻胀融沉，对环境有一定的影响，严重时具有一定的破坏力，融沉控制不当可导致结构差异沉降和长期沉降。目前该方法实际工程案例极少，缺少对施工过程中温度场分布及变化规律全面系统的研究，阻碍了该方法的进一步推广利用。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的富水砂层浅埋隧道管幕冻结施工温度场模型实验箱来进行相似模型实验，以便形象直观的研究管幕冻结的温度场变化规律。

发明内容

本发明的目的在于提供一种浅埋隧道管幕冻结施工温度场模型实验方法以至少解决现有技术中存在的无法对管幕冻结法进行温度场相似模型实验的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种浅埋隧道管幕冻结施工温度场模型实验方法，优选，所述温度场模型实验方法包括如下步骤：

步骤1，实验准备：

预制实验用的冻结管、顶管、限位管和箱体，准备实验用的相似材料和辅助设备；

步骤2，实验设备组装：

在步骤1的基础上完成顶管的安装，测点的安装，并将顶管连入冻结系统、限位系统、第一数据采集系统以及第二数据采集系统，组装成实验用的实验箱；

步骤3，冻结模拟：

将步骤2组装成的实验箱，根据冻结情况设定冻结盐水循环的温度和时间，设定限位盐水循环的温度和时间，维持冻结壁的壁厚；

步骤4，实验数据处理：

在步骤3所述的冻结模拟结束后，根据实验数据绘制每个方向温度测点上温度随时间变化的曲线图，并将水平、竖直和45°方向的曲线图组合到一起进行对比以及实验验证分析。

如上所述的一种浅埋隧道管幕冻结施工温度场模型实验方法，优选，所述步骤1具体还包括如下步骤：

步骤11，箱体的制作：

箱体采用钢板焊接，箱体的前侧板至后侧板上贯通开设有与顶管数量相对应的预留顶管孔，外径尺寸相适配，在箱体内壁均匀的铺设一层保温材料；在箱体内侧的四条竖直的棱处标刻刻度线，刻度线以10mm为单位；在箱体内按要求设置测点定位螺母，并在箱体的前侧板安装分流管支架，在箱体的后侧板上设置合流管支架；

步骤12，顶管的制作：