北京砂卵石地层渗流条件下多排管局部冻结水平板成形规律研究

地铁暗挖车站盆形冻结由盆壁和盆底两部分组成闭合的止水空间,其中盆底可采用多排管局部冻结(板梳冻结)的方式。基于物理模型试验建立了板梳冻结的数值模型,所建模型能够有效反映物理模型试验的结果并再现冻结形态发展,二者共同揭示了渗流条件下板梳冻结的成形和温度场时空发展规律。研究发现:(1)渗流条件下,板梳冻结成型经历3个阶段,初始阶段冻土柱沿顺水流方向发展;第2阶段背水面最后一排冻结管冻土柱在垂直水流方向交圈;最后阶段冻结区域由背水面向迎水面逆向发展形成水平冻结板。渗流条件下的迎水面绕流造成前两排冻结管端部出现冻结凹槽,使得冻结板有效厚度有所损失。(2)在达到冻结稳定状态时,主体冻结区域的温度场在顺水流竖向剖面上的表现为水滴形态,低温部分以中部冻结管为中心呈对称分布;垂直水流竖向剖面上以中间行冻结管为中心对称分布,温度自核心低温区域向四周逐步升高;在冻结板厚度方向上中部温度比端部温度低。