海底隧道管幕冻结法水热耦合温度场数值模拟分析

摘要

为得到渗流作用下管幕冻结法温度场的发展规律，结合三亚河口通道隧道冻结工程，基于达西定律与多孔介质传热理论，运用有限元软件建立水热耦合数值模型，采用更改模型渗流流速大小和建立测温路径的方法，围绕冻土帷幕的发展情况、交圈时间、壁厚进行分析。结果表明，冻土帷幕随渗流的流向发展，下游侧土体开始冻结的时间早于上游侧土体，且最终温度低于上游侧土体；当流速约为2.87 m/d时，低渗流流速作用对整体冻土帷幕交圈的时间影响较小；随着渗流流速的增大，整体冻土帷幕交圈所需的时间明显增加，其区域的不均匀程度变大，厚度减小；当流速增大至约10.02 m/d时，冻土帷幕出现局部不交圈的情况。考虑到原冻结方案偏于保守，设计优化方案为将内圈冻结管总数由80根减少至56根，模拟分析后的平均冻土帷幕厚度约为4.28 m，相较于原方案减少了0.195 m，仍满足冻结设计要求。

关键词

渗流作用 / 管幕冻结法 / 有限元模拟 / 水热耦合 / 冻结方案优化