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。     

地铁隧道联络通道冻结帷幕形成分析

结合上海地铁某旁通道冻结工程,根据人工冻土温度场的基本理论和工程实测数据,提出了工程实用的冻结帷幕形成分析方法,包括冻土帷幕的厚度、平均温度、界面宽度、卸压孔压力变化规律和探孔检查情况,通过实测的卸压孔压力上涨规律,判断冻土帷幕交圈时间,最后,通过探孔检查和工程开挖验证了理论分析的可靠性。本文为确定旁通道冻结工程适宜的开挖时机提供有效的分析方法,对类似冻结工程具有指导意义。     

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。     

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。     

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。     

液氮冻结在隧道工作井二次封堵水中的应用

介绍了为封堵工作井异常涌水涌砂缝隙,以某隧道新工作井液氮二次冻结封堵水工程为背景,基于液氮气化时剧烈吸热的原理,提出采用液氮土层冻结技术快速冻结封堵涌水的解决思路。初期盐水冻结壁有缺陷情况下运用原有冻结管和新增冻结管液氮封水冻结,以及冻结帷幕的形成和冻结孔布置参数的设计、施工流程与冻结效果。     

单排管冻土帷幕平均温度非定等效截面计算方法

冻土帷幕平均温度,直接反映冻土帷幕强度等指标。巴霍尔金单排管冻结温度场公式很好地吻合了交圈之后的冻土帷幕温度场。基于该解析解导出的冻土帷幕平均温度计算方法有巴霍尔金等效三角形法及其修正方法(等效梯形法和等效三角形法),这些方法都是用某一固定横截面上的平均温度等效整体冻土帷幕平均温度,在一定程度上忽略了不同工况下各参数的差异,存在一定误差。文中通过对单排管冻土帷幕平均温度积分公式进行数学理论分析,采用非固定等效截面的平均温度等效整体冻土帷幕平均温度,得出了适应冻土帷幕各种可能的参数变化并误差更小的平均温度计算方法。     

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。     

使用塑料冻结管的液氮冻结温度场试验研究

温度场分析是判断冻结土体性状进而反映冻结效果的重要手段,而盾构出洞液氮冻结加固中使用塑料冻结管对温度场的分布有较大影响。为获得使用塑料冻结管液氮冻结温度场的分布规律,以相似理论为基础,使用塑料冻结管进行上海淤泥质黏土的液氮冻结物理模拟试验,得出结论如下:沿塑料冻结管长度方向,冻结管壁的温度差别较大,造成不同位置冻结壁的发展范围不均匀,在冻结循环的末端管壁温度最高,冻结效果相对较差。冻结形成冻结区内的温度分布曲线较陡直,而在冷却区的温度分布曲线较平缓,其温度梯度较使用钢管的液氮冻结时小。在土层性质确定的情况下,液氮灌注状况、冻结管间距、冻结时间是影响液氮冻结效果的主要因素。冻结过程中,采用较小的冻结管间距,可以加快冻结速度,缩短冻结时间,发挥液氮冻结优势。研究结果表明,塑料冻结管可以应用于液氮冻结加固施工,研究成果可以为液氮冻结的工程应用提供有益的参考。     

人工地层冻结技术在上海长江隧道工程的应用

在上海长江隧道双管之间8条连接通道的施工中,采用了人工冻结法作为临时的土体加固措施。本文简要介绍其冻结设计理念、施工计划以及风险控制方案。在施工过程中,为了掌握盐水和土体温度的变化情况,采用了一线总线数据采集记录系统,能够实现温度场分析和可视化,并根据得到的数据计算冻土帷幕厚度,从而对其安全状态做出评估以指导开挖。实测结果显示,冻结45d后冻土帷幕厚度达到2.4m,平均温度-15℃,满足设计要求。进一步分析发现,隧道管片散热会导致距离管片较远的冻土发展快于靠近管片的冻土。总体而言,冻结法技术形成的筒形冻土帷幕的强度足以满足施工要求。     

隧道冻结法施工三维有限元温度场及性状分析

人工冻结法是一种经济可靠的隧道联络通道开挖方法.冻结壁厚度是否达到设计要求是安全施工的重要保证.考虑实际施工过程中冻结管偏斜布置的情况,利用三维有限元方法对上海复兴东路越江隧道联络通道进行温度场模拟.针对冻结壁最薄弱的地方,分别在冻结壁底部、中部和顶部建立路径,并绘制每条路径不同时间点的温度分布曲线,最后分别分析了盐水温度、导热系数、焓三个因素对温度场分布的影响,得出有意义的结论,对联络通道安全施工有重要参考价值.     

深基坑排桩冻结温度场的数值模拟

为了研究基坑冻结排桩温度场的分布规律,基于传热学理论建立了基坑周围土体的热扩散数学模型,结合边界条件采用MATLAB对其进行了数值求解,获得了其温度场分布。研究结果表明:冻结墙的形成始于中间的冻结孔,而后冻结向两侧冻结孔周围扩展。在冻结孔间土体冻结圈形成的过程中,已冻结墙体周围的温度变化不大。当冻结孔之间的土体冻结完毕,冻土墙初步形成以后,低温开始向冻土墙的两侧蔓延,表现为冻土墙的厚度增加。在基坑的转角处的外侧冻结厚度最小,最大冻结厚度位于冻结墙的中部,而最大负温区出现在冻结墙转角的内侧。     

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。     

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。     

上海市复兴东路隧道联络通道冻结法施工温度场分析

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。但是,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,冻结壁的厚度控制是非常重要的环节。为此,在考虑冻结管偏斜条件下对上海某隧道联络通道冻结法施工过程中的温度场进行了有限元分析。结果有助于进一步了解冻结施工过程中温度变化和分布的规律,对此工法的安全性和经济性控制亦有裨益。     

高承压含水层中更换盾尾刷长距离液氮冻结技术

以杭州庆春路过江隧道为例,论述了长距离液氮冻结需要解决的关键技术,介绍了该工程的冻结参数设计、施工工艺以及测温系统布设与冻土帷幕判断、盾尾刷更换应具备的条件、强制解冻设计及盾构重新推进条件判断等.结果表明,长距离液氮冻结在封水应用中有着显著成效,与注浆法和盐水冻结法相比技术可靠、安全性好、节约工期,解决了承压含水层中封水更换盾尾刷的难题.