盾构出洞水平冻结加固冻土温度场发展规律研究

盾构隧道端头井冻结法加固的重点在于形成稳定封闭的冻结壁。以杭州地铁4号线江北风井盾构出洞工程为例,考虑相变潜热及端头井地下墙与冻土之间的热交换,通过数值模拟与冻结实测数据对比,分析了盾构出洞过程中的冻土温度场发展规律,提出了水平冻结加固风险控制措施。     

城市地铁盾构法隧道软土地段端头地层加固技术

介绍了盾构进出洞端头地层加固原则，加固范围及加固方案。     

液氮冻结法更换盾构尾刷的施工监测分析

 盾构尾刷更换的圆环柱状地层冻结加固施工不同于常规的地铁工程冻结施工。基于杭州庆春路过江隧道工程实例,对承压水地层条件下尾刷更换的液氮冻结法设计和液氮去回路温度、土体温度场、管片温度及解冻后的温度等施工监测数据进行了分析。分析表明,所采用的冻土帷幕符合盾构尾刷安全更换的施工条件,为类似地质条件下的盾构尾刷更换提供了新的思路。     

地层冻结技术在地铁工程中的应用

地铁隧道盾构自工作竖井始发进入隧道首先要解决洞门区域地层封闭加固问题,而传统工法对处理流砂地层难度较大.介绍了我国地铁隧道流砂地层中盾构进洞采用人工地层冻结法的工程实例,该工程中成功地解决了地铁隧 道盾构进洞扰动流砂地层封闭加固难题.同时对该工程中人工地层冻结法的应用效果进行了分析与研究,认为其抗渗性和整体支护效果要优于其他方法.     

水平冻结法在土压平衡盾构进洞工程中的应用

简要介绍了水平冻结法在上海市轨道交通2号线西延工程中山公园站盾构进洞地层加固中的应用情况,重点叙述了冻结设计方案及冻胀与融沉控制措施。     

地铁隧道半覆盖式冻结温度场特性研究

半覆盖式冻结加固方法主要用于软-硬交界地层的承载加固和地层封水。为提高工程效率和节约冷量,需对冻结法冻结过程中的温度场分布特性和发展规律进行深入研究。通过数值计算方法,构建了广州地铁8号线隧道三维数值计算模型,并对其冻结过程中的各位置平均温度、冻结壁厚度发展规律以及冻结孔布置优化方案进行了研究。结果表明:半覆盖式冻结与传统冻结存在明显差异,不同位置的冻结孔间相互作用强弱差别明显;受工作井散热影响,浅部区域冻结壁平均温度达标时间相较深部区域推迟16～27 d;冻结末期,冻结壁内外侧厚度比约为0.82～0.92。基于上述结论,提出了加密侧向冻结孔、增设浅部辅助冻结孔和调整冻结管轴面的优化设计方案。     

液氮冻结土层的理论与实践

介绍我国首次用液氮冻结了上海地铁１号线１５１井以北、隧道与盾构拆卸井贯通工程的软土加固。论述我国液氮冻结的热力学模型、温度场、冻土扩展半径和低温冻土的应力、应变特性的理论研究成果。     

预注浆加固技术在冻结法地铁联络通道施工中的应用

冻结法在地铁区间联络通道中的应用,越来越受到关注。施工中打钻安装冻结管,特别是在地质条件较差的地层中,易发生危险,造成工程事故。上海地铁13号线真北路站~大渡河路站区间联络通道,位于古河道处,盾构推进过程中,造成最大约90mm的地面及管线沉降。基于周边环境安全考虑,在冻结施工前,对地层进行预注浆加固处理,后期打钻安装冻结管顺利,未引发流砂、涌水等现象。     

渗流地层人工冻结温度场和渗流场之数值研究

提出了地层冻结过程的渗流场和温度场的耦合机理和渗透系数的耦合作用，建立了冻土和融土统一的微分方程数学模型，对冻、融土的热参数渗流系数进行了光滑的曲线回归，解决了非线性耦合有限元数值计算难题，实现了渗流地层人工冻结过程的数值仿真技术，数字可视化地研究了在渗流作用下的井筒冻结温度场和渗流场分布和发展规律.     

宁正煤田白垩系岩层冻结温度场实测与数值分析

宁正煤田煤层上覆巨厚白垩系富水岩层,井筒多采用冻结法施工。由于对该岩层冻结温度场扩展特性以及冻结壁受水化热影响范围等缺乏研究,导致冻结设计不合理、冻结壁交圈时间预判不准确等问题。针对上述问题,以宁正煤田新庄煤矿风井为背景,通过现场实测和数值模拟,对该矿井白垩系砂岩地层冻结温度场扩展特性、外井壁混凝土水化热对冻结壁的影响开展了研究。实测结果表明:砂岩地层冻结初期温度快速下降,平均降温速率达0.23℃/d,冻结锋面的发展速率达21.08 mm/d;混凝土水化热对冻结壁温度场的影响大,冻结壁的融化深度范围为440~480mm,距离外井壁50 mm的3#测点温度升高了33.6℃,平均升温速率达到了2.6℃/d。通过对数值模拟与实测结果比较发现:砂岩地层冻结壁扩展速度、井帮温度等参数值基本一致,能很好地预测冻结壁温度场变化规律。     

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。     

单排水平冻结工程温度场数值模拟

该文以广州地铁某客运站折返线暗挖法施工隧道为例,研究了单排水平冻结工程温度场、冻结壁的交圈时间、冻结壁的厚度以及影响冻结效果的因素,包括冻结管数量与间距、原始地温和冻结管外壁温度.研究表明.冻结壁内任意点的温度是各冻结管共同作用的结果,冻结管数量越多,冻结效果越好,但温度主要受临近的3个冻结管影响.按盐水冷媒的通常温度...     

考虑土性参数不确定性的单管冻结温度场分析

针对冻结法应用中的单管冻结相变热传导问题,考虑土性参数空间上的变异性,将土体传热区域的导热系数和体积比热容模拟为随机场,基于随机场局部平均理论,采用Neumann展开Monte-Carlo随机有限元法对单管冻结随机温度场求解进行了分析,给出了有限元节点温度响应的均值与方差计算公式,根据计算流程框图编写了求解单管冻结温度场的Matlab随机有限元计算程序。通过算例,得到了考虑土性参数不确定的单管冻结温度场统计分布规律,并与将各随机参数视为单一随机变量的情况进行了对比。结果表明:随机场及其局部平均理论能合理考虑土性热学参数空间上的不确定性;土性热学参数模拟为随机场和随机变量获得的温度均值分布规律基本相同;模拟为随机变量得到的温度场变异性偏高,采用随机场建模方法显得更加科学合理。     

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.     

直线形单排管冻土帷幕平均温度计算

在人工地层冻结工程中,平均温度是评价冻土帷幕状态,进行冻土帷幕力学性能分析的基本参数,本文研究单排管冻结形成的冻土帷幕的平均温度计算。基于单排管冻结稳态温度场解析解,直接对温度场表达式进行积分运算,运用分部积分法和积分中值定理,得到了单排管冻结平均温度计算公式,根据工程中的实际参数取值进行了公式的简化。考虑到温度场解析解在冻结管区域的不适用,采用相同的积分策略求解冻结管区域对平均温度计算的影响,进行了平均温度计算公式的修正。使用A NSYS进行了单排管冻结的热学稳态数值模拟与平均温度计算公式的结果进行比对,考察管间距l=0. 4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4 m,相对厚度ξ/l=0. 5,0.6,0. 7,0. 8,1.0,1.5共6种冻结发展状态,根据试验报告进行土质参数取值,冻结参数为工程中常用取值。对比计算结果显示,公式计算与数值计算的结果较为吻合。当相对厚度大于0.5时,随着冻土厚度的发展(相对厚度的增大),理论计算结果与数值计算结果的差值迅速减小到0.5以内,当相对厚度大于0.6时,差值小于0.2℃当相对厚度为1及以上时,差值小于0.1℃。通过数值模拟验证了平均温度计算公式的准确性,也说明公式简化和修正的合理性,公式计算的误差满足工程应用的要求。     

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。     

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。     

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。     

冻结器内测温判定冻结壁厚度的研究

根据在冻结法凿井工程中冻结器纵向测温的经验摸索,建立了停冻后的单孔冻土柱升温的数学计算模型,借助现代数学工具Maple6软件,将公式数字化和图形化,从而揭示了在瞬时升温过程中单孔冻土柱温度分布与时间、冻土柱半径之间的关系,为冻结器内测温、监控冻结井筒温度场提供一种理论依据,并给出了一个应用实例．