单排管冻土帷幕平均温度控制参数敏感性分析

在冻土帷幕平均温度计算中,控制参数的变化直接影响到计算结果。以单排管冻土帷幕温度场的巴霍尔金解析解为基础,使用近似积分和有限元模拟方法计算直线形单排管冻土帷幕的整体平均温度。针对基于巴霍尔金模型的平均温度计算公式中的冻结管外表面温度、冻结管间距及冻土帷幕边界到冻结管中心的距离与冻结管间距的比值3个参数对冻土帷幕整体平均温度影响的敏感性进行分析。得到以下结论:(1)冻土帷幕整体平均温度与冻结管外表面温度成正比;(2)在相同的偏差下,冻结管间距越小,对整体平均温度影响越大;(3)随着冻结发展,冻土帷幕厚度逐渐增大,其误差对整体平均温度计算的影响逐渐降低。     

单排管冻土帷幕平均温度计算方法分析

以基于巴霍尔金温度场理论的冻土帷幕平均温度计算方法为基础,考虑了冻结管间距和冻土半径,得到了平均温度简化公式。同时,用Matlab软件拟合简化公式,得到了简化公式的两个参数。结果表明,采用简化公式计算的平均温度比较接近精确值。     

冻土帷幕平均温度“成冰”公式的适应性研究

“成冰”公式广泛应用于人工地层冻结法的冻土帷幕平均温度的计算，为了确定“成冰”公式的适应性，本文以基于巴霍尔金温度场理论的冻土帷幕平均温度计算方法为基础，考虑了影响人工冻土冻结温度的定量、定性因素，运用数学理论，分析了“成冰”公式在人工地层冻结中计算平均温度的适应性。结果表明，“成冰”公式不适合用于冻土帷幕平均温度的计算。     

双排管冻结土帷幕厚度的测点位置敏感度分析

冻土帷幕厚度是冻结法施工过程中人为进行冻结控制的重要参考因素。施工中常采用巴霍尔金公式根据现场实测的测温点温度数据,结合温度场公式来反算冻土帷幕厚度。本文基于双排管巴霍尔金公式,对测温点位置的变化对冻土帷幕厚度的影响进行敏感度分析。理论分析结果表明,测温点布置在主面上靠近冻土帷幕边缘和双排管之间的中心附近位置时能得到比较准确计算结果(本文仅从理论上对测温点位置变化对帷幕厚度影响进行分析,工程实际一般不在双排管之间布置测温点);界面上与主面上的误差变化规律基本相同,且误差相对主面来说更小。故根据本文的计算结果,将测温点布置在界面上靠近冻土帷幕边缘和双排管之间的中心位置,能够使测温点位置对冻土帷幕厚度的推算误差影响最小,有利于保证工程施工质量和安全。     

人工冻结温度场巴霍尔金模型准确性研究

人工冻结温度场巴霍尔金模型已被较为广泛地应用于人工地层冻结法的监测数据分析和冻土帷幕性状的评估中。为了全面评判巴霍尔金模型描述实际温度场的准确性,以温度场数值模拟结果为基础,对单排管和双排管冻结条件下的温度场进行全面的数值分析与巴霍尔金理论的对比性研究。结果表明,对于工程实际应用来说,巴氏模型足够精确,能够较为全面真实地反映人工冻结温度场情况。     

多排管冻土帷幕平均温度特征与计算方法

通过数值模拟方法分别研究三、四排管直线冻土帷幕平均温度与冻土帷幕厚度、管排间距、冻结管排列形式以及冻结管排数之间的关系。并且通过分析多排管直线冻土帷幕温度场特征,运用温度场拼接和等效方法提出了一种多排管直线冻土帷幕平均温度的计算方法。通过公式计算结果与数值模拟结果的比较发现,该计算方法具有较好的适用性和较高的准确性。     

软土地层单排管冻土帷幕温度场分析

人工冻结法施工技术是软土地区隧道施工的一种经济可靠的方法,在上海地区得到了多次成功应用。不过,由于计算理论的不完善,也出现过诸如上海地铁四号线透水的重大工程事故。在冻结法施工过程中,冻土帷幕的温度场分析是非常重要的环节。作者对冻土的物理和力学性质作了相关的定性分析。通过相关的研究资料和实验数据总结了具有实用意义的单孔和单排孔温度场温度计算理论公式,并运用Ansys有限元软件,结合上海长江隧道工程冻结法施工的相关施工数据,建立了单排冻结孔数值计算模型。通过理论计算值、数值计算值和实际监测信息的比较,得出了单排孔冻结帷幕温度场发展变化的相关规律。     

含盐地层冻土帷幕安全状态判断方法的工程应用

冻结法施工广泛运用隧道联络通道,而在含盐较高的土层中运用冻结法施工与普通土层则有所不同。本文依托上海长江隧道2#联络通道冻结工程,考虑到含盐土层的影响,对双排管冻结公式进行了修正,得出在高含盐地区的冻土帷幕温度场的形成规律,并计算出冻土帷幕厚度及平均温度等指标,进而指导并确保在这种复杂工程中冻结施工的安全。     

地连墙影响下多排管冻结壁平均温度计算方法

地铁隧道盾构始发接收端头常使用垂直冻结法加固,冻结壁平均温度是评价其地铁隧道端头冻结加固效果的重要指标。基于南京地铁盾构端头垂直冻结法加固工程,考虑地连墙热辐射作用,给出了积极冻结期结束时直线双排管和多排管冻结壁平均温度计算经验公式。采用数值模拟的方法,拟合得到平均温度计算经验公式,发现靠近地下连续墙一侧冻结壁温度比土体内侧高0.8 ℃,故已有平均温度公式计算结果偏于危险。将推导的双排管平均温度经验公式的计算值与巴霍尔金解析解比较,结果表明两者相对误差小于2.8％;在此基础上,把双排管计算公式分段组合,得到了适合多排管的平均温度计算公式,经验证该公式与数值模拟结果的相对误差小于1.7％,两个公式均具有足够的精度,满足工程应用要求。     

多排管局部冻结冻土壁温度场特性

上海地铁一区间隧道因施工联络通道发生工程事故导致隧道坍塌,修复工程中部分采用四排局部垂直冻结形成冻土墙,用于抵挡水土压力和嵌固完好隧道。针对冻结深度深以及冻结土层为扰动的粉质黏土、砂质粉土并承受较高承压水头这些特点,工程中对冻结壁温度场发展进行实时监测。从冻结深度、厚度方向上分析多排局部冻结排内和排外温度发展特征,并分析计算出积极冻结期排内冻土壁交圈时间、发展速度。鉴于目前计算冻土帷幕厚度公式并不适用于计算多排管冻结,引入双排管计算公式,并利用作图法推导出平均温度计算公式。利用这2个公式,分析多排局部冻结冻土壁特征,计算出积极冻结期结束时冻土壁厚度和平均温度,以及整个冻结期排外冻土壁单侧发展厚度和发展速度。     

斜井液氮补强冻结温度场分布特征

 针对地下有流水时盐水帷幕冻结方法无法形成封闭冻结壁的情况,采用液氮低温快速冻结的方式对未封闭区域进行补强冻结,对施工过程中土体的温度场分布进行监测和分析,得出以下基本结论：冻结管出口氮气温度低于－100 ℃时,冻结管内处于氮气和液氮的混合状态,可以有效发挥液氮快速冻结的优势,而供液管上开孔的结构,会影响冻结管内不同位置液氮量的分布,从而影响冻结效果。由于地下水流动会带走部分冷量,冻结区域封闭前后,土体降温速度差别较大,并且地下水的流动会影响冻结壁温度场的分布规律。由于液氮气化温度低,所以冻结形成的冻结壁温度梯度大,均匀性较差;停止冻结后,冻结孔位置土体温度升高迅速,而远离冻结孔的土体升温缓慢,这样缩小了冻结壁内的温度梯度。研究结果表明,利用液氮快速冻结的特点,进行盐水帷幕冻结下的补强冻结,可以有效封堵地下流水,解决盐水冻结不能形成封闭冻结帷幕的难题。     

冻结孔偏斜下冻结壁温度场的形成特征与分析

冻结法工程中的造孔总存在一定的偏斜,以工程实际参数为基础,考虑了土层中水的相态变化和冻结温度随冻结时间变化等因素,利用大型有限元软件,对冻结孔随机偏斜和无偏斜条件下冻结壁的形成及其温度场特征进行详细地分析,得出了冻结管偏斜下,冻结孔交圈时间、冻结壁厚度、冻结壁平均温度等主要技术参数,提出了偏斜条件下冻结壁平均温度的计算公式,对深井冻结设计和多排冻结管温度场的研究有重要的参考价值。     

竖井冻结壁形成过程的光滑粒子法模拟

土体在冻结管作用下的冻结过程会涉及到相变潜热释放问题,准确描述冻结管周边的温度分布特征及冻结锋面移动规律对确定冻结壁的厚度和安全合理设计有重要意义。光滑粒子算法作为一种拉格朗日型无网格粒子方法以其独特的优势,已成功地应用于多种类型工程科学问题的求解。基于光滑粒子法编写了相应的计算程序并尝试着求解相变导热问题,通过一个简单的具有解析解的算例验证了其实用性和可靠性,从而给出求解此类问题的一种新的求解思路,并拓展了光滑粒子法的应用范围。最后针对煤矿井筒建设中冻结壁成形过程进行数值分析,计算了单圈等间距设置冻结管时的温度场的分布演化特征,比较了热物理性质不同的两种土体介质在相同冻结条件下的冻结效果,重点分析了采用不同交错布孔方案对冻结壁成形过程的影响,从而为工程设计提供一定的依据。     

琼州海峡隧道盾构对接冻土帷幕温度场数值分析

盾构对接冻结法加固时,确定冻结方案、掌握冻土帷幕温度场发展与分布规律等是需要解决的关键问题。依托琼州海峡隧道盾构对接工程,运用有限元软件建立直管冻结和半圆环形冻结两种数值模型,对冻土帷幕温度场的发展规律进行研究,主要得出:两种模型冻土帷幕在各个切片上都能满足设计要求,故在琼州海峡隧道盾构对接时采用冻结法加固是可行的;随冻结时间的增加,两种模型的冻结壁都是以冻结管为中心开始生成并慢慢相交,最后形成封闭的冻土帷幕以达到止水支护效果;直管冻结的冻土帷幕生成时间更短且最终生成的冻土帷幕厚度更厚。所得结果可为今后类似工程设计提供了参考依据。