“管幕-冻土”复合结构隧道预支护的力学机理

港珠澳大桥连接线拱北隧道施工所采用的管幕冻结法为国内首创，作为隧道矿山法施工的预支护体系的管幕-冻土复合结构，形式新颖、构造特殊。本项目主要完成了三方面的工作，一是结合提出的“冻起来、抗弱化、控冻胀”理念，通过原型试验研究验证管幕冻结法的可行性与可操作性。二是基于保角变换将单圈冻结管不等距模型转化为特殊的单排冻结管模型，结合Laplace方程边界可分离特性，推导了该特殊排管的温度场解析解，进而求出单圈冻结管不等距布置的温度场解析解，考虑到现场实际布管中圆形冻结管和异形冻结管存在一定的径向错位距离，在单圈冻结管不等距基础模型上进行改进，推导了考虑错位的双圈冻结管温度场解析解。三是通过复合结构试验探明管幕-冻土复合结构的基本力学机理，建立相应的力学模型和计算方法，为今后管幕冻结法的设计与施工提供科学依据。 2100433B

港珠澳大桥连接线拱北隧道施工所采用的管幕冻结法为国内首创，作为隧道矿山法施工的预支护体系的管幕-冻土复合结构，形式新颖、构造特殊。在项目建设之际，迫切需要对其力学机理开展研究。管幕-冻土复合结构具有实心钢管与空心钢管的显著刚度差异性和管间冻土帷幕的高梯度非均质性，其强度、变形和破坏的力学机理极为复杂。课题借助非稳态共轭传热计算理论，通过数值模拟求解伴有相变的管幕冻结温度场分布规律，并通过理论分析得到非均质冻土帷幕数值计算模型；借助钢管-冻土接触面剪切试验，建立管幕-冻土复合结构接触面的非线性弹性-理想塑性模型；再借助管幕-冻土复合结构室内模型试验，研究其变形和破坏规律，并进行基于非均质冻土帷幕的数值模拟，分析不同条件下复合结构可能出现的破坏模式。研究期待探明管幕-冻土复合结构的基本力学机理，建立相应的力学模型和计算方法，为今后管幕冻结法的设计与施工提供科学依据。

浅埋软弱地层隧道旋喷预衬砌支护

如果说浅土冻土力学是天然冻土上（或其中的建筑物基础工程的基础理论，那么深土冻土力学则是以人工冻土为材料的地下结构物，即冻结壁的基础理论，它对各种地下工程，如矿山工程、地下铁道、越江隧道、越海隧道等，用人工冻结法施工的冻结壁的外载构成，形成机理、力学参数的变化规律及数值确定，冻结壁整体强度与试件强度的关系进行研究，并对工程应用起指导作用。