港珠澳大桥拱北隧道口岸段采用管幕法与人工地层冻结法相结合的新工法,即“管幕冻结法”。在拱北隧道管幕冻结施工期间,如地层的冻胀融沉现象未得到有效控制,势必会对隧道周边环境产生恶劣影响。为此,本文以拱北隧道管幕冻结施工工程为研究对象,采用室内试验和数值模拟相结合的方法,对该浅埋大断面隧道管幕冻结法施工期的地层冻胀融沉规律进行研究,在此基础上,提出了地层冻胀融沉控制技术。本文主要研究内容和成果如下:(1)采用室内试验方法,进行了人工冻土热物理力学性能试验,获取了冻土和融土的比热、冻结温度、导热系数和单轴抗压强度等参数,特别是确定了不同土层的冻胀率和融沉系数,为地层冻胀融沉的数值模拟提供了基本参数。(2)考虑冻土正交各向异性的变形特征,采用热力耦合数值模拟方法,对拱北隧道管幕冻结施工期的冻土帷幕形成过程和地层冻胀变化规律进行了预测研究。研究结果表明,在隧道冻结期间,隧道顶部正中心位置的地层冻胀位移相对较大,隧道积极冻结90 day后,最大地层冻胀位移为164.47 mm,地表最大隆起量为154.6 mm,地层产生较大的冻胀现象,因此需要采取相应的冻胀控制措施。(3)采用热力耦合数值模拟方法,对拱北隧道管幕冻结施工期的冻土帷幕解冻过程和地层融沉变化规律进行了预测研究。研究结果表明,在隧道自然解冻期内,隧道顶部土层沉降现象明显,冻土帷幕完全解冻后,地层最大沉降量为-69.53 mm,地表最大沉降量为-63 mm,因此有必要采取相应的融沉控制措施。(4)鉴于拱北隧道管幕冻结施工期地层可能产生较大的冻胀融沉现象,为此提出了冻结前土体注浆改良、盐水流量控制、盐水温度调控、限位管调控和异型冻结管分区开关调控等地层冻胀综合控制技术,以减小地层的冻胀量。根据冻土帷幕的融化速率以及对地表和隧道的沉降影响,确定了融沉注浆的方式、时间及参数,进而提出了地层融沉注浆技术措施。本文研究成果可为类似条件下浅埋大断面隧道管幕冻结施工期地层冻胀融沉的控制提供参考依据。图[41]表[18]参[81]