人工冻结法在地铁隧道施工中的应用与发展

冻结法是地下工程施工中常用的辅助工法。通过对冻结法的基本原理和工艺的介绍，分析了冻土温度场的发展，以及温度场与冻结壁发展的关系。阐述了人工冻结法在地铁隧道施工中的应用现状与发展趋势。     

斜井冻结壁与井壁相互作用的数值模拟分析

以大南湖斜井冻结法施工为工程背景,运用数值分析软件,模拟了斜井冻结壁在不同温度场作用下的位移变化情况,分析其变形特性以及力学特性。为以后的斜井冻结法施工提供借鉴。     

富含水基岩斜井冻结壁温度场发展规律的数值分析

以大南湖煤矿副斜井冻结施工为例,对其4排孔的温度场变化进行建模,分析了富含水基岩斜井冻结壁温度场的发展规律和温度场的分布状况。     

冻结管破坏应力分析

冻结法施工中 ,冻结管受到冲击压力、冻结压力、温度应力 ,弯曲应力及摩擦力的作用 ,根据爆轰产生的应力 ,圆筒温度场和静力学平衡方程进行冻结管受力计算 ,分析了冻结管最可能发生破裂的理论位置     

厚黄土冲击层冻结井壁温度场变化规律分析

依据大同煤矿集团麻家梁矿的副井工程实践,通过对冻结壁温度场动态监剥,分析了深部粘土层主冻结孔外侧、辅冻结孔内侧冻土的扩展状况,得出了冻结井壁温度场随时间的变化规律.研究结果对黄土高原冻结法施工温度场的监测和研究具有重要意义.     

温控条件下已成型井壁冻结温度场分析

新疆塔什店矿区一号矿井主副风井采用普通法凿井涌水后转用冻结法施工,考虑到冻结法施工对已成型井壁存在一定影响,设计施工1圈辅助温控孔。通过对塔什店矿区一号矿井风井温控条件下冻结温度场理论图解和数值模拟,得到温控条件下冻结温度场演化规律。利用图解、模拟和实测相结合的方法,综合评定温控孔开启时机和井壁温度,为井壁保护提供参考依据。     

基于有限元计算的西部立井冻结调控分析

由于特殊的地质条件,西部地区建井一般采用冻结法施工,在施工过程中,冻结调控十分重要,适当的调控措施可以保证冻结壁厚度和井帮温度满足施工要求。西部矿井的冻结调控与东部有明显的差异,目前缺少对西部地区冻结调控的研究。为研究冻结调控对西部地区立井温度场的影响,本文运用有限元分析软件,结合文家坡矿李家沟回风立井井筒白垩系地层的实际工况,分析冻结调控对立井温度场的影响,并给出具体调控方案。结果表明,通过适当的调控措施,可以有效减缓井帮温度的降低,浅部地区井帮温度提高了3℃左右,深部地区最大提高了6℃;冻结壁厚度也不同程度地降低,降幅在0.1～1.7 m左右,在保证冻结壁厚度、强度和井帮温度满足井筒安全的前提下,大大加快了施工速度,节省了工期和建井成本。     

X形冻结管温度场变化规律研究

为解决现有冻结管单管冻结能力不强致使增加循环冷媒介质用量和施工耗电的问题,可将传统圆形截面设计成异形截面。对X形截面冻结管作一简单介绍,运用有限元软件对X形截面冻结管单管冻结时的温度场变化规律进行研究,同时与圆形、方形、工字形、T形和Y形冻结管单管冻结时的温度场进行对比分析,主要得出结论为:虽然X形等异形冻结管为非圆形截面,但其冻土帷幕温度也是以冻结管为圆心呈同心圆分布,离冻结管越近温度越低;冻结20天时,X形冻结管-10℃圆形冻土帷幕半径发展到200 mm,冻结30天时发展到240 mm,冻结40天时达到约300 mm;与圆形冻结管相比,异形冻结管在保证冻结效果的基础上可大大减少施工耗电量,经济效益显著。     

冻结法凿井施工中温度场计算探讨

以工程数学为工具 ,对冻结法凿井施工中的温度场进行理论探讨 ,推导出冻结区和降温区温度场的计算方法 ,并能利用推导出的计算方法解决实际问题 ,计算精度满足了工程实际的需要     

基于分布式光纤传感技术的冻结温度场监测系统

分析冻结法凿井施工采用分布式光纤温度传感器进行温度场监测的可行性,给出了基于分布式光纤温度传感器的冻结温度场监测系统的组成、原理和光缆布设方案.通过与传统的单总线温度传感系统数据对比,其具有测量温度值准确,数据量大,系统稳定性高,布设更加方便等优点.     

人工冻土温度场的支持向量机法预测

 在冻结法凿井施工中,及时掌握人工冻土温度场发展,对于优化冻结方案、处理紧急情况有重要的意义。针对新建矿井实测样本较少的特点,利用基于结构风险最小化原理与小样本学习方法-支持向量机算法,建立了人工冻土温度场发展的支持向量机计算模型。采用不同的核函数的支持向量机对人工冻土温度场发展进行对比分析,确定了适合于人工冻土温度场发展计算的核函数。人工冻土温度场支持向量机模型计算结果表明,该方法是一种有效的方法,为人工冻土温度场的计算提供了一条新途径。     

西部地区淹水井筒冻结法施工监测分析

为了在西部地区某矿淹水井筒冻结法施工过程中,准确掌握冻土发展情况和冻土压力对上部已有井壁影响情况,对盐水温度、冻土温度以及冻土压力进行了实时监测;通过对监测数据的整理和分析,得出了淹水井筒在冻结过程中盐水温度、冻土温度和冻土压力的变化规律。分析结果表明,测温孔和泄压孔内外测温数据的结合,能更好地掌握冻土的发展规律,井筒周围的泄压孔对冻胀压力的减小有一定的效果,淹水井筒冻土帷幕形成后,通过提高盐水温度等措施,控制了冻土过快发展,冻土压力下降并趋于平缓,指导了井筒顺利排水和开挖,并保证了上部井壁的安全。     

深厚冲积层多圈孔冻结壁温度场发展研究

冻结壁温度场发展是人工冻结法施工在井筒建设过程中最重要的组成部分,对井筒开挖和安全施工有重要的影响。因在地下进行大面积、长时间冻结,土体会发生复杂变化,无法进行相似模拟实验,数值模拟软件成为最直接的辅助工具。本文通过合理的多圈孔布孔方式,考虑钻孔偏斜、冻结过程中水的相变潜热、不同温度下导热系数及热容等影响因素,结合实测数据,运用数值模拟软件COMSOL Multiphysics 建立多物理场耦合对温度场发展进行研究。以某矿西风井深厚冲积层为研究对象,针对91 d冻结壁温度场发展进行模拟。模拟交圈时间为44 d,冻结壁平均发展速度为25.36 mm/d,与实测交圈时间50 d、冻结壁平均发展速度22.72 mm/d相比有微小的误差,模拟结果与实际情况符合程度良好,并推论出以最外圈为主冻结孔对冻结壁发展速度的影响及利弊。综合前人模拟结果,此模拟方法更具有理论意义及工程指导价值。     

斜井冻结和解冻全过程温度场演化规律研究

针对斜井冻结中存在的井壁浇筑水化热释放、局部冻结方式等问题,采用数值模拟和现场实测方法对袁大滩煤矿副斜井冻结和解冻全过程温度场的发展演化规律进行了研究,对斜井支护方式、停止冻结时间和局部冻结结构形式进行了探讨。结果表明,局部冻结时在非冻结段采用小尺寸冻结管或聚氨酯发泡方式的局部冻结效果并不理想,建议将局部冻结管做成双层套管,两层冻结管之间设置保温层,以维持聚氨酯材料的保温性能、减少冻土体积、减少制冷量的额外消耗|井壁水泥水化热的释放会造成井壁内部温度较高和周围的冻土融化,建议在外层井壁和冻土之间设置木背板或泡沫板等隔热材料,防止井壁内外温差过大而产生温度裂缝|根据井壁强度增长情况,确定合理的停止冻结时机。     

基于冻结器内纵向测温的冻结壁薄弱点精准定位技术

人工地层冻结温度场研究是掌握冻结壁发育状况的必要手段,通常以测温孔的实测数据来推算冻土圆柱的有效冻结半径,进而预测冻结壁交圈时间,但该方法易出现局部冻结壁监测盲区。为准确判断冻结壁整体闭合情况,通过对冻结器进行纵向测温,建立了短时停冻后的单孔冻土柱瞬态数学计算模型,借助Maple数学计算软件将复杂公式数字化,揭示了冻土柱半径与回路盐水温度、停冻时间的关系。最后以中国东庞矿西庞风井作为工程案例,通过对各个冻结器内纵向温度数据的计算分析,确定了冻结壁的薄弱位置,为冻结壁“窗口”出水事故的处理提供了理论依据。     

基于有限元法的冻结温度场反演分析及预测

介绍了基于平面有限元模型的冻结温度场数值反演及模拟方法,考虑冻结孔实际偏斜和测温孔实测温度数据,进行冻结温度场反演和预测研究。得到模拟计算结果与冻结工程中测温孔温度实测值有较好的一致性,说明冻结计算温度场分布规律有较高的精度。     

冻结管差异温度强化冻结试验与数值分析

针对立井冻结工程中存在的局部难冻结地层,为对其强化冻结,提出了冻结管差异温度强化冻结方案。为验证差异温度的强化冻结效果,进行了单管冻结试验,同时基于有限体积法(FVM)原理,进行了强化冻结段-35℃、-40℃和-45℃三种条件下的单排管三维数值分析,并研究了冻结管上、下不同温度段的冻结温度场分布规律及冻结壁特征。结果表明:冻结管内可实现差异温度冻结,冻结管强化冻结段可显著增加冻结壁厚度、降低冻结壁平均温度并强化地层的冷能耗散,使局部地层受到强化冻结。     

盾构进出洞地层冻结理论研究现状与展望

地层冻结加固法是盾构隧道进出洞工程中的重要工法。对盾构进出洞地层冻结加固法涉及到的冻结加固体设计计算方法、垂直冻结温度场和水平冻结温度场理论及其在冻土帷幕厚度和平均温度计算方面的应用研究现状进行了回顾与总结,分析了目前研究的不足之处,并对盾构进出洞地层冻结法研究提出了建议。     

管内盐水流动状态对单管冻结温度场影响规律分析

为获得冻结工程中冻结管内盐水流动状态对温度场的影响规律,分析了冻结管内盐水流动特点与流动状态;基于相似理论,导出了考虑管内盐水流动时单管冻结温度场无量纲数学模型及相应的准则表达式,将众多影响因素简化为5个无量纲准则,大大降低了研究的难度;利用综合数值计算与模拟试验,研究并获得了无量纲盐水温度Ty、雷诺准则Re、傅里叶准则Fo、普朗特准则Pr和格拉晓夫准则Gr对温度场的影响规律,分析获得了冻结壁形成厚度b和冻结管热流密度q与以上5个准则的对应关系;得出管内盐水的流动状态变化对冻结壁的厚度b及热流密度q的影响范围可达30%以上。根据不同冻结阶段温度场的发展特点,提出冻结工程中雷诺准则数Re的推荐值。     

无限大区域内少量冻结管稳态温度场解析解

在人工地层冻结法施工中,为满足一些特殊的工况需求,常采用布置两管或三管等少量冻结管的形式,虽然现在已有2根冻结管排列与3根冻结管以等间距直线排列时的稳态温度场解析解,但是遇到三管以其它形式排列的情况时,这些解已经不能满足需求。采用势函数叠加理论推导了3根冻结管以任意形式排列时的稳态温度场解析解。在此基础上得出了3根冻结管以等间距和不等间距直线、等腰三角形及直角三角形等排列形式下的温度场特定解。采用热学数值模拟方法对解析解进行了验证。结果表明,解析解计算结果与数值模拟结果较吻合,解析解正确。同时验证了采用势函数叠加法推导出的两管排列与三管等间距直线排列时的稳态温度场解析解与已有解完全相同。