无充填裂隙岩体渗流地层冻结温度场演化规律研究

渗流作用下冻结温度场的求解是一个移动边界、相变、内热源、温度场和渗流场相互影响的多场耦合问题。文章建立了无充填裂隙岩体含相变的渗流场及温度场耦合模型,采用单因素法研究了冻结管间距对渗流作用下无充填裂隙岩体冻结壁演化规律的影响。结果表明:冻结管间距对冻结壁交圈时间的影响规律符合指数函数特征,冻结管间距越大,冻结壁交圈时间越长,且增幅越大;冻结管间距越大,形成同样界面冻结壁厚度所需的冻结时间越长;冻结管间距存在一个临界值,大于该值后,界面冻结壁扩展成相同厚度所需的冻结时间随冻结管间距的增大而急剧增加;冻结管间距越大,冻结壁平均温度下降到设计温度所需冻结时间越长。     

隧道冷板冻结温度场数值模型构建及分析

冻结法施工中,在混凝土结构表面外敷冷板是提高隧道冻结效果的常用方法。文章以广州地铁广佛线某区间冻结封水工程施工为背景,在现有理论研究成果的基础上,采用Ansys软件建立了隧道冷板冻结温度场数值计算模型,分析了影响冻结温度场的各个因素,结果表明:1)冻结主面、界面上温度随深度的分布曲线为对数曲线形式,冻结初期主界面上温差很大,随冻结时间的延长,主界面温度相差不大;2)管片与土体交界面上的温度分布曲线在冷源附近为抛物线形,远处逐渐过渡为平缓曲线;3)在冷板间距较小的情况下,由于双冷板叠加作用,冻结10 d后界面上温度明显低于主面上温度,界面上冻结效果优于主面。冻结40 d后,降温速度明显变缓,冻结范围增长较小;4)在其它参数不变的情况下,存在一个最优冷板布置间距,使界面上冻土壁厚度达到最大。     

南京纬三路过江通道液氮冻结盾尾刷更换技术及温度实测研究

文章结合南京纬三路过江通道长距离盾构掘进盾尾刷严重渗漏、涌砂冒水工程实例,给出了液氮冻结止水及盾尾刷更换方案,分析了高水压下液氮冻结止水总去及各分支回路中的温度变化规律,以及不同土层、不同深度的土体温度变化规律。结果表明:初期冻结管进出口处液氮温差大,6 d后基本稳定在35℃;卵石层降温速度最快,砾砂层次之,粉细砂层降温速度最慢,在距离冻结管600 mm范围内,卵石层、砾砂层、粉细砂层的冻土锋面平均推进速度分别为15.5 cm/d、12.5 cm/d、8.3 cm/d;因受隧道内空气对流换热影响,管片与土交界处温度高于土层内温度。液氮冻结13 d即已形成完整的冻结壁,开始进行盾尾刷更换,从开始冻结到完成更换总需时22 d。     

人工冻结法进行地铁隧道修复施工的数值分析

文章依托京沪铁路某段铁路桥隧道修复工程实例,根据热力数值分析基本理论,利用最小势能原理建立有限元方程,分析了隧道人工冻结施工过程中的温度场分布规律,并确定了开挖时的人工冻结壁厚度。最后,对冻结壁和其周围土体进行施工过程的力学模拟。结果表明,采用人工冻结法作为一种辅助的施工方法,完全能满足施工过程中结构的强度要求。     

卸载状态下冻结壁外载的统一解

文章基于统一强度理论,考虑中间主应力的影响,采用卸载状态下冻结壁-周围土体共同作用的冻结壁力学模型,推导得到冻结壁弹性区和塑性区的应力场、位移场,并分别建立了冻结壁弹性极限外载、塑性极限外载、弹塑性外载的统一解,分析了冻结壁的应力场、位移场随半径、强度理论参数的变化规律,讨论了半径比、强度理论参数及冻结壁计算深度对各个统一解的影响。结果表明,半径和强度理论参数对冻结壁的应力场、位移场均有一定程度的影响,考虑中间主应力的影响可得到更精确的计算结果;冻结壁的弹性极限外载、塑性极限外载均随半径比和强度理论参数的增大而增大;弹塑性状态下冻结壁的外载随冻结深度的增大而减小,随强度理论参数的增大而增大;冻结壁的外载比原始水平应力低,是由卸载状态下冻结壁与周围土体共同作用决定的。该结果可为冻结壁的设计及工程应用提供一定的参考。     

开、闭条件下冻结温度场的差异性研究

人工冻结法主要应用于地铁联络通道施工及盾构接收过程中。冻结帷幕的形成及性状受冷源、地质条件等诸多因素影响,冻结土层的工程性质及结构状态均可由温度的分布及演变来反映。文章搭建低温换热试验台,通过加设补水装置,对开放、闭合两种环境系统下土的冻结温度、湿度场变化特性进行试验,分析有无补水条件下两场的差异性。结果表明,计算冻结区域的平均温度需考虑沿管长度方向的积分值;补水条件下温度场的发展过程略快于无补水情况,冻结锋面随时间均呈指数变化,且有水补给时锋面移动速度较快。     

盾构始发水泥土加固后水平冻结温度实测研究

依托于苏州地铁二号线火车站东风井2#洞门盾构始发水平冻结加固工程,通过实时监测杯型冻土壁温度场,分析了不同阶段的盐水温度规律,以及在不同深度、不同土质和不同冻结区域的土体温度发展特征;并计算了不同土质冻土壁厚度、交圈时间和发展速度.监测结果分析表明,在整个冻结期间,任意时间都是板块体加固区测温孔温度低于圆柱体加固区测温孔温度;同一测温孔中,冻结前期水平入土越深温度越高,冻结后期水平入土越深温度越低;在相同冻结能量和冻结时间内,水泥土加固粉砂土比粉质粘土温度要低;水泥土加固粉质粘土释放潜热的天数是水泥土加固粉砂土的2倍;在冻结效果方面,包括冻土壁交圈时间、冻结壁厚度、冻结壁平均发展速度、冻结壁平均温度,水泥土加固粉砂土比水泥土加固粉质粘土更好.