盾构进洞杯形冻结温度场现场实测研究

基于天津站盾构进洞水平冻结加固工程,通过对杯形冻结温度场发展的现场实测,分析研究盐水温度变化及不同主面、界面冻结温度场发展规律。监测结果表明:在微承压性富水粉砂层地质工况下利用冻结法加固岩土体可行;杯体主面、界面岩土体冻结温度发展规律基本相同;杯底范围岩土体受杯体冻结壁的影响,冻结发展速度更快,基本呈线性发展;土体与地连墙交界面冻结温度发展速度较内部土体快;冻结30 d,杯体主面、界面冻结平均温度分别可达-14.22℃和-10.30℃,杯底冻结平均温度可达到-25℃。     

钢管冻土协同结构冻结壁边界发展过程的模型试验

钢管冻土协同结构是有效控制冻胀融沉影响的新冻结模式,冻结过程中控制冻结壁边界的发展是抑制冻胀融沉环境影响的关键。以上海地铁18号线江浦路站冻结加固工程为背景,基于相似理论设计进行了钢管冻土协同结构冻结壁边界发展过程的模型试验,分析钢管和循环水对协同结构冻结壁边界发展过程的影响规律,获得以下结论：冻结壁边界位置的钢管不仅可以抑制冻土向外发展,而且会明显增大冻结壁边界位置的温度梯度,使形成的冻结壁更均匀,冻结32d时单排和双排钢管内、外侧温差分别可达到11.2℃和7.6℃,而钢管外侧冻土的温度较冻结管下部对应位置偏高6.7℃和10.7℃。冻土边界位置4℃的循环水可有效控制冻土边界向外扩展,进一步提升冻结壁的均匀性,冻结32d时冻土边界位置钢管内外侧温差达到18.3℃,钢管外侧冻土的温度较冻结管下部对应位置偏高16.9℃。研究结果表明,冻结壁边界位置布设的钢管或4℃的循环水均可有效控制冻土边界的扩展,提高形成冻结壁的均匀性,显著削弱冻结过程中冻胀对周围环境的影响,而边界位置4℃循环水的控制效果更好。     

广州地铁隧道冻结工程冻土力学特性试验研究

人工冻结工程中,天然岩土变为冻岩土,其物理力学性质会发生显著变化,而隧道冻结工程的冻土力学参数,是冻结壁设计和隧道开挖的依据.据此展开室内试验,研究结果表明,在相同的土质条件下,温度越低,冻土的单轴抗压强度越高;当蠕变应力小于冻土长期强度时,可用方程ε=AσBtC描述冻土的蠕变过程;而当蠕变应力较大时,上述蠕变方程不适用;在加载应力作用初期,冻土的强度衰减很快,在设计中必须考虑冻土的长期强度,而不能用瞬时强度代替长期强度;在有补给水源的情况下,粉质粘土的冻胀率及融沉系数最大,分别可达26.88%和17.19%.     

人工地层水平冻结法在上海地铁修复中的应用

结合上海地铁四号线修复工程,采用基于"一线总线"的冻结法温度监测系统进行现场实时监测,并依据监测数据,判别了冻结管是否漏盐水以及完好隧道段冻土壁的封水效果,得出了冻土壁温度场形成规律和积极冻结期结束时间,并分析了各施工工序对冻结壁的温度影响。     

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。     

冻土力学性能与声波参数相关性试验研究

冻土力学性能与声波参数相关性试验研究杨平李强（淮南矿业学院土木工程系，２３２００１）１引言冻土强度直接影响到冻结参数选取及冻结法施工成败，因此，在冻结施工中，冻结壁强度现场快速检测成为技术关键之一。冻土声学特性与冻土温度、含水量、密度、冻土中裂隙情...     

含盐地层中隧道涌水冻结法施工修复技术

人工地层冻结技术在国内矿井建设和内陆岩土工程中已得到广泛应用,但在海底含盐地层中应用还未见文献报道过.以汕头跨海电缆隧道的冻结法修复工程为案例,介绍冻土帷幕的设计、冻结供冷系统设计、冻土帷幕数字化智能监测系统和监测结果的分析计算.揭示了在沙性含盐地层中使用人工地层冻结技术修复海底隧道过程中,冻土帷幕温度变化的规律.     

非均质多圈管冻结壁三场耦合数值模拟研究

本文主要应用冻土耦合基本理论以及考虑冻土的流变性和非均质性,采用ADINA非线性有限元软件,根据模型试验的条件建立数值计算模型并设立计算边界条件,分析了非均质冻结壁冻结温度场、水分场和冻结应力场的发展特性,结果表明:①各圈管不同位置冻结主面温度呈现不同的分布形式;②温度梯度是影响水分迁移的主要因素;③冻土的冻结应力在冻结管处最大,在冻结管的两侧呈抛物线形状衰减趋势。     

深冻结壁时空设计理论

关系到冻结法成败的冻结壁设计理论和公式，经历了由弹性、弹塑性到流变体假设过程，相对应，经历了无限长厚壁圆筒静态理论、动态理论和有限长厚壁圆筒准动态理论。事实证明无限长厚壁圆筒静、动态理论（包括弹性体、弹塑体和流变体）不符实际情况，是深冻结井中事故发生的主要原因之一。而有限长厚壁圆筒准动态理论虽比较符合实际情况，但其中温度和时间因素没有分离而作为一个变量在公式中，也没考虑冻结管变形因素。本文以我国近２０年冻结施工及冻土力学研究成果为基础，提出了以冻结壁（冻结管）变形极限为准则的各变量分离的深冻结壁时空设计理论及公式，它有别于传统的设计理论及观念，其合理性在实践中被证实。     

塑料冻结管冻土温度形成规律

为了获得PVC、PPR塑料冻结管在盐水冻结的温度场分布情况,采用物理模拟实验和理论求解相结合的研究方法,研究了PVC管、PPR管和钢管的单管冻结问题,分析了3种不同材质冻结管的冻结情况,获得了冻土区温度分布规律,掌握了PVC、PPR管作为冻结管冻土的发展速率,在同种情况下PPR冻结管的速度最慢,PVC管冻结的冻土帷幕平均发展速度约为钢管冻结发展速度的0.8倍。为采用PVC管作为冻结管,确定盐水冻结时间和计算冻结壁厚度,解决盾构进出洞免拔管问题提供基本参数。     

Double-ice-plug freezing using liquid nitrogen for water pipe repairs

Accidentally a new method of water pipe repairs using liquid nitrogen freezing was discovered in 2008. Freezing water creates an ice plug to stop water flow. The new method uses double-ice-plug freezing instead of the world widely used single-ice-plug freezing. We have investigated the static sliding (shear) friction between the water pipe and the frozen ice-plug(s). The proposed method significantly increases water pressure in order to stop water flow. The experimented result shows that the ice adhesive strength of double-ice-plug freezing is roughly four times higher than that of single-ice-plug freezing. The unfrozen part of the water pipe plays a key role for achieving the high ice adhesive strength by taking advantage of water expansion upon freezing. The brief results were published in Science Advances. Further results are detailed in this note.     

保温层厚度对局部保温单管冻结温度场的影响

采用数值计算方法研究了保温层厚度对局部保温条件下单管冻结温度场的影响,获取了保温层厚度对局部保温条件下单管冻结温度场的影响规律,研究获取的保温层厚度对局部保温条件下单管冻结温度场影响结果,可为单排、多排、单圈、多圈及其他布置形式的局部冻结工程提供参考。     

红砂岩地层联络通道冻结法施工温度场分布研究

随着我国城市轨道交通技术的发展与交通需求的日益提高,国内大中型城市对地铁建设的呼声愈来愈高,而联络通道作为地铁区间的必要结构,其修建难度与区间地质关系密切,一般需要配合冻结法等地层加固技术进行施工。红砂岩地层遇水后工程性质极差,采用冻结法修建联络通道时理论及经验尚不成熟。以兰州轨道交通1号线为例,对红砂岩地层内单管冻结温度场问题进行了研究,提出了改进的单管稳态冻结温度场计算公式,并结合数值模拟结果探讨了红砂岩地层单管冻结瞬态温度场计算公式和稳态温度场计算公式的适用性。结果表明：随着时间的增加,瞬态温度场逐渐接近与其具有相同冻结锋面半径的稳态温度场,当时间取某一极大值时,两场的分布形式将一致。瞬态温度场计算公式具有较高的可靠性,因此在研究某些简单的实际工程时可采用此公式进行数值求解。稳态温度场计算公式可以看作瞬态温度场公式的特殊形式,可以配合冻结壁厚度的经验取值,实际的可靠度也较高。     

原状土冻融过程中水分迁移试验研究

为了量化原状土中水分在冻融过程中的迁移,试验采取在其他试验条件相同的条件下,改变初始含水率或温度模式的方法,研究了单个因素对水分迁移的影响。经冻结并融化到设定位置后,从试验中观察到试样未融化部分存在有横向和竖向的裂缝现象、明显的冻融分界线、水分积聚层和融化锋面并不在同一个层面内、土中水的冻结温度各不相同、冻结后含冰不均匀现象等结果,进而对冻融过程中进行温度场分析以及冻融前后含水率的变化分析,用具体试验数据得出如下结论:控制不同顶板温度时,不同含水率的试样中各点处温度的变化趋势基本相同;在顶板控温相同的情况下,初始含水率大的试样,水分迁移量大,水分积聚多;不同冻结温度和融化温度对试样中水分的迁移影响非常明显,顶板冻结时温度越高,水分积聚层位置处的含水率越大,水分积聚越多等。     

正冻粉质粘土与介质间冰膜形成机理的试验研究

为研究冻结过程中粉质粘土与不同介质间的冰膜特性及冰膜的形成机理,本文采用单向冻结试验仪及低温试验箱,对混凝土-土、铝-土、不锈钢-土进行了室内单向冻结试验。试验进行考虑了不同冻结温度差、初始含水量、干密度、冻结时间等因素下的15组试验工作,测试了试验在封闭系统中单向冻结条件下的冰膜、温度分布及水分迁移特性。试验结果表明,不同材料与土接触处有冰膜产生,冰膜的实测厚度在0.30~3.40 mm之间,由实测冰膜质量计算得到的冰膜密度小于纯冰的密度,约为0.35~0.45 g/cm³。初始含水量、冻结温度差、冻结时间的增大均有助于冰膜厚度的增大,也可促使水分迁移量的增大。干密度对水分迁移具有一定的抑制作用。     

盾构进洞加固PVC冻结管力学性能试验研究

基于盾构进洞地基冻结法加固免拔管的需要,选取PVC塑料管作为盐水冻结管,开展了PVC管(接头)在冻结过程中的抗弯强度和挠度、拉伸剪切强度、水密耐压、温度应力试验研究,得出PVC管(接头)抗弯强度随冻结温度降低而增大,挠度随冻结温度降低而减小的结论。-30 ℃低温冻结比常温下抗弯强度平均增加了9.4%,挠度平均减小了74%;PVC管接头拉伸抗剪强度大于2.48 MPa。运用数值模拟方法,分析得出盾构进洞水平冻结加固工况下PVC冻结管最大弯曲应力、剪应力和位移值,与试验得出的PVC管强度和挠度值进行了安全度校核,现场试验也验证了PVC冻结管的水密性和可切割性。因此,PVC冻结管在盾构进洞盐水水平冻结工程中应用具有可行性。     

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。     

大尺寸富水卵砾石样冻结状态下的力学特性

为了探究大尺寸富水卵砾石样冻结状态下单轴抗压强度与冻结温度的关系,以南宁市地铁1号线民族大学—青川站区间联络通道富水卵砾石样为研究对象,自研大尺寸模具制备试样,通过GCTS试验平台对试样进行单轴抗压试验,探究试样强度与冻结温度的相互作用关系。试验结果表明:试样抗压强度随着冻结温度的降低不断增加,试样承载能力不断增强,由2.18 MPa增长到3.1 MPa,试验轴应变随着冻结温度的降低不断减小;冻结状态下,卵砾石试样强度主要受冰的强度、冰卵砾石连接强度以及试样中未冻水含量的影响,在一定范围内,降低冻结温度冰强度增强、冰卵砾石连接强度增强、未冻水含量减小,黏聚力提高,内摩擦角略微增大,造成卵砾石试样随着冻结温度的降低强度不断增强;卵砾石试样达到最大抗压强度时轴应变随着冻结温度的降低不断减小,由7.4%降低到3.2%,表明试样随着冻结温度的降低,脆性增强延性减弱,试样破坏趋向于脆性破坏。     

高寒地区公路隧道渗漏水治理技术

针对高寒地区季节性冻融公路隧道环接缝处的渗漏水治理情况,提出在一般隧道渗漏水处理的基础上,采用低温自限温型电热带供热防止排水管冻结,治理高寒地区公路隧道环接缝渗漏水方法,解决了排水管内水的冻结问题,值得推广应用。