斜井冻结壁温度场分布规律研究

基于含水流砂地层竖向直排冻结条件下冻结壁的形成和发展过程,将温度场时空分布情况进行了合理简化,根据单孔稳态导热方程和叠加原理,推导了竖向直排三管冻结壁温度分布计算公式,并推广到直排和多排冻结壁温度场分布计算,可计算不同冻结锋面位置时冻结壁内任意区域的温度值和整个冻结壁的平均温度,进而分析冻结壁的温度和强度变化情况。计算结果表明:主面温度值与冻结管中心的距离呈近似线性关系,而轴面温度场呈下凹形抛物线分布,顶点为轴面与主面交汇处;由计算结果可判断内部界面位置的土体强度较弱且发展较慢,应作为预防冻结壁软弱破坏的重点区域;理论计算结果与对应位置的现场实测数据吻合较好。     

直墙式多排管冻结壁温度场和平均温度计算

将稳定温度场下单个冻结器产生的温度效应等效为无限介质平面中一个点冷源产生的温度效应,利用无限介质中点冷源产生温度效应的基本解,经线性叠加,可得到求解复杂布管稳定状态下冻结壁温度场的一般解法,给出了直墙冻结壁温度场有关基本算式,通过一个冻结壁的测温资料验证了基于上述计算方法的所得计算结果的精确性。在此基础上,研究了一排、二排、三排冻结管直墙式冻结壁的温度场、工程开挖面温度、全厚和承载厚度冻结壁的平均温度等冻结壁设计基本参数的推演,给出了便于计算的显式计算式,算例表明所得计算式用于冻结壁设计简便易行。     

深厚表土多圈管冻结温度场演变规律研究

为了得到深厚表土多圈管冻结温度场的演变规律,考虑压力对土体结冰温度的影响,研制了深厚表土冻结壁温度场试验系统.依据相似理论,以赵楼风井井筒冻结工程为原型,进行加载后的多圈管冻结温度场试验研究。结果表明:3圈冻结管冻结锋面交圈时间为50 d,冻结壁厚11.2 m,冻结壁平均温度-22.8℃,拟合得到冻结壁平均温度随时间变化函数T1=-3×10-93τ+2×10-52τ-0.0358τ+2.932,井帮温度随时间变化函数T2=-0.0207τ+10.32.特征面温度场进入拟稳定阶段后,冻结壁厚度基本稳定,冻结壁平均温度、井帮温度满足井筒开挖要求;特征面温度场进入稳定阶段后,冻结管冷负荷主要用于维护冻结壁向内扩展区和向外扩展区的温度.     

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。     

直线双排管冻结壁平均温度的等效抛物弓形模型

在双排管冻结壁温度场的巴霍尔金（Бахолдин）解析解和考虑地层实际冻结温度时该解的修正解的基础上,建立了一种双排管冻结壁的平均温度解析计算模型--等效抛物弓形模型。该模型以冻结壁某一横截面厚度上的等效抛物弓形法计算的平均温度来等效整体冻结壁的平均温度。在实际工程中可能出现的冻结管平面布置参数变化范围内全面考察了冻结壁平均温度等效抛物弓形计算结果与依据巴霍尔金解析解数值积分计算结果的误差以及误差规律。结果表明,等效抛物弓形计算的冻结壁平均温度误差较小,具有足够的工程精度。     

深厚冲积层冻结法凿井工程设计及其应用

针对丁集矿井深厚冲积层的特点,提出了采用三圈孔差异冻结的冻结方式,给出了深厚冲积层中采用冻结法凿井的冻结壁厚度、盐水温度、井帮温度、冻结孔圈径和开孔间距等关键因素的设计参数;通过信息化施工监测,得到了冻结壁的形成速度、温度场分布和冻结壁的变形实测数据;这些数据可为深厚冲积层冻结法凿井工程的设计提供参考依据.     

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。     

地铁换乘通道异型冻结壁交圈情况判定方法研究

采用冻结法施工的上海市轨道交通15号线桂林路站新建换乘通道工程,根据工程“0距离”近接普天信息产业园地下车库结构的特点,采用“u型”冻结壁形式进行冻结加固,异型冻结壁发展状况评判难度较大。在工程施工中,采用测温孔数据进行冻土帷幕计算,结合地下车库结构变形监测、泄压孔压力监测、探孔情况进行冻结壁发展状况综合分析。结果表明:桂林路站换乘通道冻结帷幕厚度及平均温度满足设计要求,泄压孔压力出现有规律上升趋势,结合地下车库结构变形数据判定桂林路站换乘通道冻结壁在开机30 d时交圈。冻结壁交圈的判定有力地指导了冻结施工,确保了工程开挖构筑施工安全,可为类似工程提供借鉴。     

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。     

冻结器内纵向测温判定冻结壁出水位置技术

为了准确判断伊犁一矿副井冻结工程冻结壁出水位置,对主冻结孔的冻结器内纵向进行测温,根据冻结孔停冻后单根冻土柱导热规律,建立了瞬时停冻后冻土圆柱内冻结温度场分布的数学计算模型;通过冻结器内纵向测温数据,获得了新疆伊犁一矿副井主冻结孔各冻结器内纵向温度分布规律,借助Maple数学计算软件对伊犁一矿副井主冻结孔各冻结器内纵向温度数据进行了分析,从而准确判定了冻结壁出水位置,为冻结壁出水事故处理提供了科学依据。     

冻结孔排间距对冻结效果的影响研究

为了解冻结孔布置形式对冻结效果的影响,提高冷量利用效率,并保证工程安全,通过构建二维温度场数值计算模型,对冻结设计参数进行了数值模拟研究。结果表明:(1)冻结孔排距是影响温度场的主要因素;冻结孔间距较小时,对温度场的影响可以忽略不计。(2)冻结孔排间位置温度与冻结孔排距成近似线性关系。同时给出了冻结设计的建议顺序。     

冻结管差异温度强化冻结试验与数值分析

针对立井冻结工程中存在的局部难冻结地层,为对其强化冻结,提出了冻结管差异温度强化冻结方案。为验证差异温度的强化冻结效果,进行了单管冻结试验,同时基于有限体积法(FVM)原理,进行了强化冻结段-35℃、-40℃和-45℃三种条件下的单排管三维数值分析,并研究了冻结管上、下不同温度段的冻结温度场分布规律及冻结壁特征。结果表明:冻结管内可实现差异温度冻结,冻结管强化冻结段可显著增加冻结壁厚度、降低冻结壁平均温度并强化地层的冷能耗散,使局部地层受到强化冻结。     

可视化编程建模技术在地铁联络通道冻结工程中的应用

在地铁联络通道冻结工程中,地下土层的冻结质量直接决定地铁联络通道开挖的安全和进度,而影响地下土层冻结质量的关键因素是钻孔偏斜和冻结壁发展。为了提高实际施工过程中的偏斜控制和冻结分析效率,本文以南京地铁5号线七桥瓮站—小天堂站盾构区间联络通道冻结法施工为背景,以BIM(建筑信息模型)技术为基础,详细说明了可视化编程建模技术在地铁联络通道冻结工程中应用的操作流程,提出了更加有效的偏斜图绘制方法和温度场校核途径,并与以往传统方法对比,分析了其所能带来的经济效益,为同类工程精准有效地控制冻结质量提供依据。     

大断面长距离通道冻结效果分析研究

对于人工冻结工程,冻结壁发育状况的准确评判极为重要,大体积冻结工程的冻结壁发育状况检测与评判尤为困难,经验亦严重匮乏。以广州地铁11号线云台花园站—大金钟站区间2^#横通道冻结工程为例,为了更好地分析该大体积冻结工程的冻结效果,分别采用测温孔观测、基于测温数据的计算法及经验法、图乘法、冻结器内纵向测温、探孔法等手段,对该工程的冻结壁发育状况进行了分析,结果表明:(1)冻结壁厚度、冻结壁平均温度均达到设计要求;(2)拱顶区探孔无水流出,土体坚硬;(3)探孔内与冻结器内纵向测温未发现异常。判断该冻结壁的发育状况良好。后续施工安全顺利,充分证实了该评判结果的准确性。该工程的检测过程可供类似工程参考和借鉴。     

联络通道钻孔偏斜对冻结壁影响分析

为了分析在符合规范要求下的冻结孔偏斜对冻结效果的影响,以北京地铁27号线某联络通道冻结法施工为背景,根据施工方案进行工程数据实测,并利用COMSOL软件对该联络通道的冻结过程进行了数值模拟,对实际成孔位置和设计成孔位置条件下的温度场进行对比分析,进而得出冻结孔偏斜对冻结效果产生的影响。研究表明：即使在冻结孔偏斜满足设计要求,其偏斜对冻结壁有效厚度和平均温度的影响仍无法忽略,计算在考虑冻结孔偏斜情况下,联络通道两侧冻结壁有效厚度下降11%,平均温度上升1.9℃,从而对冻结施工产生不利影响;冻结孔偏斜会导致孔间距增大,从而形成冻结壁的薄弱区。因此想要精准评价冻结效果,必须在数据分析中考虑冻结孔的偏斜问题。     

超埋深地铁联络通道冻结法设计与施工

上海市轨道交通12号线工程复兴岛站—利津路站区间2号联络通道及泵站工程,超埋深,地质条件复杂,设计与施工难度大。施工方案经过充分论证和精细设计,采用水平冻结加固+矿山暗挖法施工,冻结壁受力计算采用有限元和结构力学两种方法,冻结孔采用双向对打的布孔方案,强力水平钻机钻孔,最后进行融沉注浆和管片后注浆。工程安全可靠,效果较好。     

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...     

人工多圈管冻结模型试验研究

通过对室内人工多圈管冻结模型试验的研究,得出了三圈管冻结壁交圈时间约为58 d,并获得了冻结壁温度场形成与发展的规律.在冻结初期,受冻结管冷量影响,径向土体温度差别较大;而在冻结后期,径向土体温度呈良好二次抛物线分布.根据冻结壁应力场的分布规律,得出:实际冻结压力可达3～4 MPa,冻结应力主要积聚于内圈管与中圈管之间.     

非均质厚冻结壁的黏弹性径向分层计算模型

介绍考虑冻结壁径向非均匀的黏弹性分层计算模型,计算结果表明：冻结壁环向应力随着径向温度场变化,在冻结管圈径位置出现突变点,这和均质冻结壁的计算结果明显不同;冻结壁径向应力由内到外非线性增加,并逐渐过渡到水平土压力。考虑径向非均质条件,井帮的径向变形较均质冻结壁小25％～30％,可充分发挥冻结壁的承载和变形性能,有效减小...     

深厚表土层危险层位冻结温度场实测与数值模拟预测分析

介绍了对冻结深度为702 m、表土厚度583.1 m的郭屯煤矿副井危险的深厚粘土层的数值模拟,模拟了冻结壁温度场、平均温度、冻结壁厚度以及井帮温度,结果与实测相符。预测了井筒冻结情况的发展,指导工程的下一步施工。其计算方法和结果为今后类似工程的施工提供了重要的指导作用。