地下水渗流对砾石地层人工冻结过程的影响

采用室内模型试验,研究地下工程中水渗流对砾石地层人工冻结过程的影响,分析砾石地层的温度场分布特征及冻结壁的形成过程、交圈时间和厚度演化机制。结果表明:人工冻结管的冷量扩散与地下水渗流之间存在显著的耦合效应;无渗流时,人工冻结过程中砾石地层上下游温度场呈现对称分布特征,且冻土圆柱和冻结壁厚度均匀一致;地下水渗流导致砾石地层上下游温度场呈现显著的不对称性,且渗流速率越大,不对称性越明显;冻结壁交圈时间随地下水渗流速率的增加而近似线性增长,渗流速率达到5.00 m·d^-1时为无渗流时的3.2倍;由于地下水渗流的"冲蚀"作用,上游冻结壁厚度随渗流速度线性减小,下游冻结壁厚度则线性增大,冻结壁呈现"马鞍"形状。     

超长地铁联络通道水平冻结温度场变化规律分析

掌握了超长地铁联络通道冻结温度场的变化规律,就能够预测分析地层冻结温度场,可提前判断冻结壁发展状况。以福州地铁2号线某区间超长联络通道冻结施工为例,建立三维有限元数值计算模型,通过对比分析冻结阶段的数值模拟分析结果与实测数据,验证了计算模型的准确性。基于该数值计算模型,研究了初始地温、导热系数、比热容对该温度场影响的规律。结果表明:冻结温度场变化主要分为温度快速下降与相变阶段、温度下降、土体温度稳定3个阶段;冻结壁交圈时间与初始地温、比热容近似呈线性递增关系,初始地温每升高5℃,交圈时间延长2d,交圈时间随比热容增加而延长;冻结壁交圈时间与导热系数呈负相关,导热系数每增高10%,交圈时间缩短1d。     

联络通道冻结施工近隧道端土体温度场分布及管片保温措施优化

为了研究人工冻结法施工联络通道中近隧道端土体温度场的分布规律以及管片散热对土体温度场的影响,采用现场实测和数值计算的方法,对土体温度场分布、冻结壁厚度和管片保温措施进行分析。结果表明:土体温度、冻结壁扩展厚度均随深度的增加呈指数型变化,当深度大于2.2 m时冻结壁厚度和冻土温度场基本稳定;联络通道的冻结壁沿长度方向可划分为2侧交界面段与正常冻结段;冻结管间距是影响交界面段冻结壁厚度的重要因素之一,因此辅助冻结面冻结壁是联络通道施工中的主要风险点之一;管片散热对土体影响范围与冻结时间呈对数关系,随着冻结时间的延长,影响范围将逐步扩大;为保证交界面区域的冻结效果,可在钢管片内部靠近土体一侧增设5 cm夹心保温层或改良管片壁后注浆材料2种管片保温,优化后交界面靠近管片位置冻结壁厚度可提升约24%。     

盾构隧道端头垂直冻结加固不同冻结管直径的温度场数值分析

结合南京地铁10号线过江隧道盾构始发工程,运用有限元分析软件,在其它影响因素不变的情况下,冻结管直径分别取为127,146,159和168 mm,以研究不同冻结管直径对垂直冻土壁温度场发展的影响。数值模拟结果表明:实测温度值和数值计算温度值总体变化趋势基本一致,用数值模型来模拟垂直冻土壁温度场的变化过程是可行的。冻结管直径每增加1 cm,冻结壁交圈时间减小约12 h;随着冻结管直径的增大,冻结壁交圈时间呈线性减小。冻结30 d后,不同冻结管直径所形成的垂直冻土壁厚度均可1.6 m。所得结果为今后类似工程设计提供了理论依据。     

地铁联络通道三维冻结温度场有限元分析

人工冻结法在地铁隧道联络通道施工中的应用已相当广泛。地层冻结温度场的预测分析可提前判断冻结壁的发展状况和评定冻结方案的合理性。地铁隧道联络通道冻结法施工中的冻结管群一般设计为倾斜放射状,现行对联络通道冻结温度场的分析大都是简化为平面问题来处理,难以反映实际情况。为此,以上海地铁13号线某区间联络通道冻结法施工为工程背景,综合考虑地层温度、地表对流等各类初始和边界条件以及土体的相变潜热过程,建立三维有限元数值计算模型,对该联络通道积极冻结期的地层三维冻结温度场分布规律进行系统分析,并与现场实测结果相比较,验证了有限元数值分析的可靠性。     

冻结法在富水砂层暗挖施工中的应用

以采用冻结法作为联络通道暗挖辅助工法的西安地区某地铁联络通道工程为研究对象,基于实测数据及数值模拟,进行湿陷性黄土地区富水砂层冻结法暗挖施工的土体温度场、应力场及冻胀融沉规律研究。结果表明:积极冻结期,越靠近冻土帷幕内侧、周围布置冻结管越多,冻结壁的发展速率越快;积极冻结期土体降温梯度随径向深度增加而增大;泄压孔对冻土帷幕的冻胀力释放及冻胀位移控制具有显著作用,其压力突变可作为冻土帷幕交圈闭合的判别依据;以冻土最慢发展速率计算得出的积极冻结期偏于保守,同时"成冰公式法"可用于湿陷性黄土地区富水砂层冻结法施工中冻土帷幕平均温度的估算;土体开挖后,冻土帷幕在联络通道内壁上会发生向联络通道内侧的位移;土体开挖后联络通道内壁冻胀位移的有限元计算结果存在3类误差,即度量范围误差、地应力平衡误差和开挖尺寸误差,前2类误差可通过调整有限元计算结果的度量范围进行减小。     

某地铁工程长距离联络通道水平冻结法加固设计与有限元分析

以武汉轨道交通机场线盘龙城站—宏图大道站区间的长距离联络通道为工程背景,采用水平冻结法加固地层的施工方法,对其进行冻结设计。采用COMSOL Multiphysics有限元软件对联络通道进行温度场分析,得到控制截面冻结壁的有效厚度及有效温度,均满足设计要求。分别采用结构力学方法和有限元方法对冻结壁厚度、强度及稳定性进行分析计算,结果表明,上述指标均满足设计要求,证明了冻结工艺设计的合理性。水平冻结法施工时,机场线联络通道采用双侧布置冻结孔和防偏技术,并严格控制温度变化,有效保证了工程安全顺利进行。     

地铁联络通道冻结法施工冻融全过程温度场发展特性及影响因素分析

以福州地铁金山站—金祥站区间联络通道冻结法施工为工程背景,通过现场实测与有限元数值计算相结合方法,开展冻结温度场冻融全过程发展特性及影响因素分析研究。研究结果表明：冻结管内侧土体降温速率为外侧土体降温速率的1.26倍;受冻结管布置影响,喇叭口处冻结壁呈马蹄形,而通道处冻结壁呈类矩形状;正常通道段积极冻结阶段末期,冻结壁有效厚度平均值为2.62 m,平均温度为-11.3℃;维护冻结阶段结束时,冻结壁有效厚度增加0.23 m,平均温度降低0.2℃,自然解冻阶段的外侧土体温度回升速率明显高于内侧土体温度回升速率;联络通道冻结温度场发展受不同因素影响较大,在积极冻结阶段早期主要受地层初始地温度影响,积极冻结阶段后期主要受土层导热系数影响。     

地铁联络横通道水平冻结施工的热固耦合分析

基于考虑相变的热固耦合理论,采用GEO-SLOPE软件模拟地铁联络横通道水平冻结和开挖施工过程,分析地层温度场和位移场的变化规律。结果表明:隧道冻结帷幕交圈的时间约为26d,但需积极冻结到40d,冻结帷幕平均厚度达到120cm,再经过36d的维护冻结期才可实施开挖;在维护冻结期采用比积极冻结期略高的盐水温度,防止了冻土范围继续扩大,避免了隧道开挖过程中遭遇强度较高的冻土;在进行具体的冻结设计时,应结合地层和隧道轮廓线的特点,设定冻结盐水温度、冻结时间、冻结管间距和冻结管数量等参数;对比分析不同冻结帷幕保护下隧道开挖的地层位移场,结果证明冻结对抑制地层变形具有良好的效果,但需要足够的冻结时间方可将地表变形限制在可接受的范围内。     

复杂地质条件下地铁联络通道冻结工程冻土温度场变化规律

目的：揭示冻土形成与发展的过程可以为复杂地质条件下的冻结法施工提供科学依据，因此需研究冻结过程中冻土温度场的变化规律。方法：以福州地铁某江底联络通道冻结工程为例，开展土体热物理参数试验及冻结温度场试验。通过试验获得土体的导热系数、比热容、冻结温度等重要热物理参数值，以及冻结温度分别为-5℃、-10℃、-15℃和-20℃时，冻土温度场的变化规律。利用ANSYS有限元计算软件开展了冻土温度场数值计算分析，获得了不同冻结时间下，冻结温度场计算分布图、沿路径A—B的温度分布情况、有效厚度范围内冻土的平均温度等计算结果，并与工程实际测量值进行了对比分析。结果及结论：冻结温度越低，土体温度的变化速率越快；当冻结温度为-5℃、-10℃、-15℃及-20℃时，距离冷源最远处的测温孔测量得到的冻结温度稳定值分别为0.75℃、-3.00℃、-4.00℃及-7.50℃,稳定温度与相应冻结温度之间的差值分别为5.75℃、7.00℃、9.00℃以及12.50℃;该冻结工程冻土交圈时间为30 d,积极冻结时间为45 d,冻土平均温度达到了-14.80℃;计算结果与实测数据基本吻合，误差在工程允许范围之内，验证了所...     

大埋深富水砂岩隧道垂直冻结法施工应用研究

考虑水分迁移和冰-水相变潜热对岩体冻结的影响,建立了大埋深富水砂岩隧道冻结法施工有限元模型,分析了隧道垂直冻结过程中交圈形成过程和冻结孔布设对冻结效果的影响。结果表明;垂直冻结117 d后冻结壁厚度及冻结体强度已经满足设计要求,可以进行隧道开挖施工;冻结孔的布置方式和间距对冻结体的冻结效果影响很大,应结合隧道结构、冻结壁的厚度、冻结体的平均温度、盐水温度、工期以及地质资料综合确定。     

北京地铁联络通道三维冻结温度场数值模拟

以北京地铁7号线一区间联络通道兼泵房冻结法施工为背景,分析联络通道冻结温度场.根据倾斜放射状布置的冻结管群建立三维计算模型,利用有限差分软件FLAC 3D对冻结温度场进行数值模拟,并与现场实测温度作对比.结果表明:冻结管放射状布置时,沿联络通道不同横截面温度场分布不尽相同,冻结管越密集,温度场发展得越快,所形成的冻结壁...     

邻近水库富水断层破碎带隧道注浆圈参数研究

隧道穿越富水断层破碎带施工风险较大,常采取超前全断面预注浆进行处理.本文依托皖南一工点通过建立渗流数值模型分析了注浆圈不同厚度、渗透系数下隧道周边地下水渗流规律.结果表明:未支护条件下开挖,渗流达到稳定状态后地下水压力呈漏斗状分布;隧道涌水量随着注浆圈厚度增加而减小,注浆圈厚度宜控制在5～8m;减小注浆圈的渗透系数可有...     

地铁双线隧道冻结施工期地表冻胀解析预测方法

隧道人工冻结施工期地层的冻胀现象会对工程周边环境产生不良影响,合理的地表冻胀预测方法对隧道冻结设计和施工具有重要意义。为此,针对地铁双线隧道冻结施工期地表冻胀问题,考虑土体结冰温度,同时假设冻结管管壁温度恒定,采用单管冻结理论与平板冻结理论求解冻结锋面半径解析解。进而基于随机介质理论,考虑冻结壁发展过程,分别建立地铁双线隧道冻结壁交圈前后地表冻胀的历时预测模型,并采用Maple数学软件编制相应的数值计算程序,结合工程案例开展准确性分析,通过对比验证该预测模型的准确性,同时说明地表冻胀位移分析中考虑土体结冰温度及冻结壁平均温度的必要性。最后,采用因素分析法,分析3种隧道埋深(6,12,18 m)和4种隧道净距(0.25D,1.0D,2.0D,3.0D)条件下地表冻胀位移的演化规律。结果表明,随着隧道净距的增加,冻土层中产生的冻胀叠加效应逐渐减弱,双线隧道中心线处地表冻胀位移最大值逐渐减小,其形态存在由“双峰”型向“单峰”型转换的过程;当隧道净距恒定时,随着隧道埋深的增加,地表冻胀位移整体呈下降趋势,隆起形态由“单峰”型转为“双峰”型,且隧道埋深对于地表隆起形态的影响程度大于隧道净距。研究...     

第三系富水粉细砂岩地层基坑冻结加固研究

第三系富水粉细砂岩地层,遇水软化稳定性差,极易产生流砂现象.以兰州地铁某地下四层深大车站基坑支护局部冻结工程为例,从冻结单管温度场分析富水粉细砂岩地层冻结法的适用性,并结合设计方案,研究设计参数的取值范围;根据局部冻结区域的测温管监测数据,研究测温管温度随时间的发展规律与不同时间点的地层竖向温度分布规律;结合冻结施工过...     

各向异性渗流深埋隧洞衬砌外水压力解析研究

基于渗流力学基本理论，进行各向异性深埋隧洞渗流场解析研究。由稳定渗流场基本微分方程结合深埋隧道渗流场边界条件，利用坐标变换法将地层从各向异性转换为等效各向同性，运用保角变换将渗流方程转化为Laplace方程；将围岩渗流区域进行分区计算，得到围岩的渗流量计算公式；考虑衬砌为各向同性渗流，根据围岩与衬砌分界面上的渗流量相等得到衬砌外水压力的解析表达式，在此基础上考虑注浆圈及其对衬砌外水压分布的作用，得到了带注浆圈隧道衬砌水头和渗流量的解析解；通过与各向同性解析解和数值算例的计算结果对比，验证了公式的正确性。分析围岩水平与竖向渗透系数、注浆圈参数、衬砌参数、作用水头高度和隧道半径等因素对衬砌外水压力的影响，并考虑了各向异性渗流情况下衬砌外水压力与隧道渗流量的关系曲线。     

富水砂卵石地层联络通道人工冻结温度场分析

为研究冻结法在富水砂卵石地层条件下的适应性以及冻结设计方案的合理性,对成都地铁10号线区间联络通道冻结加固过程进行了数值模拟分析。分析结果表明:积极冻结过程中盐水循环温度、测温孔以及卸压孔各项数据正常;冻结开始后10～35 d是冻结壁成型的主要时期,40 d时冻结壁厚度达到设计要求;各测温孔温度在0～5 d时下降速度快,之后降速减缓,在40 d时各测温孔平均温度降至-10℃。数值模拟结果与现场监测数据吻合较好,表明采用数值模拟方法研究冻结温度场可行,现场的冻结设计方案合理。     

地下工程冻结法施工的温度应力解答

在地下工程施工中，为强化软弱地层，近年来常采用冻结施工法。在开挖后，由于井壁周围发生应力集中，其弹性应力区首先进行应力重分布，而后随着地应力的增大，冻结井壁进入塑性区。故衬砌和“围岩”承受巨大的温度应力和地应力。本文充分考虑了冻结壁的物理力学非均匀特性并按拉表－屈雷斯加和胡勃－米赛斯屈服条件分别导出了冻结井壁在联合荷载作用下的弹塑性区应力和位移公式，这有助于分析冻结管断裂的原因和计算井壁厚度，并对     

北京地铁区间联络通道冻结法施工技术

北京地铁一区间联络通道兼泵房采取冻结法施工,冻土帷幕是冻结法施工的关键所在。施工前对盐水温度、冻土温度、泄压孔压力进行现场监测,分析冻土帷幕发展规律,判定冻土帷幕各参数是否达到施工指标。通道开挖时获得冻土帷幕信息,以此来验证监测数据的准确性。结果表明:温度随着时间的变化先是急剧下降,之后缓慢下降趋于稳定;冻结壁交圈发生在泄压孔压力开始增大时,泄压孔压力稳定表明冻土帷幕基本形成。开挖施工获得的冻土帷幕信息证实了监测数据的准确性。     

地铁隧道半断面水平冻结施工的水热力耦合特性研究

地层冻结是一个水、热、力三场耦合问题,基于考虑相变的水热力耦合理论,分析地层温度场、水分场随时间的变化规律,对比冻结前后隧道开挖的位移场分布特点。研究表明:随着冻结时间的增加,冻结管周边土体的温度将逐渐降低并发生冻结,出现冻结区域扩大、交圈、冻结帷幕增厚等变化过程;冻结帷幕内的冻土存在未冻结水,随着冻结时间的增加,大多数位置的未冻结水体积含量出现先增大后减小的变化趋势;建议在冻结帷幕两侧下方追加冻结管以保证实际的冻结帷幕达到设计范围,并对冻结管距开挖轮廓线的距离进行差异化设定。