盾构对接半圆环形冻结加固结构温度场数值优化分析

盾构对接施工冻结法加固,确立最佳的冻结方案、掌握冻土的帷幕情况及工程中温度场的发展规律等是需要迫切解决的关键问题。本研究运用有限元软件对盾构隧道对接半圆环形冻结加固结构进行温度场发展规律分析,将数值计算结果与圆形刀盘冻结加固结构进行对比,通过改变冻结管数量(圆心角度数)来优化冻结设计,对比确定最优冻结方案。结果表明:在冻结9 d时,-1℃等温线开始交圈,在冻结15 d时,-1℃等温线基本完成交圈并形成圆环形的冻土帷幕,在冻结40 d时,冻土帷幕厚度达到2.3 m;在冻结13 d时,-10℃等温线开始交圈,在冻结28 d时,-10℃等温线基本完成交圈并形成圆环形的冻土帷幕,在冻结40 d时,冻土帷幕厚度达到1.2 m。从最终冻结效果以及温度随时间变化历程可以看出,离冻结管越近,受盐水降温影响越大,冻结效果越好;采用半圆环形冻结加固效果优于圆形刀盘冻结加固;原方案偏于保守,可适当减少冻结管数量(增加圆心角度数),优化分析出最优冻结方案,建议今后类似工程设计采用方案1,即圆心角8°或45根冻结管。