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。     

人工冻结法单管冻结引起周围土体温度场变化的研究

为了研究人工冻结法单管冻结引起周围土体温度场的瞬态变化,文章根据冻结峰面将土体分为冻结区及降温区,并构建了相应的人工冻结相变温度场模型;采用变量代换的方法求解了单管冻结相变热传导控制方程,得出了用指数积分函数表示的冻结管周围土体温度瞬态变化的解析表达式;将指数积分函数级数展开式取有限项,计算得出了冻结管周围土体冻结区及降温区温度场分布的解析表达式;结合一工程算例探讨了土体冻结温差、冻结管吸热系数、单位体积土体的结冰潜热等因素变化对人工冻结温度场的影响。研究结果表明:土体冻结温差越大,冻结峰面半径发展速度越慢;冻结管吸热系数越大,土体冻结锋面半径的发展速度越快;土体的结冰潜热越小,其冻结峰面半径发展速度越快。并且,这三个影响因素与冻结峰面半径的发展近似呈线性关系。     

冻结土体的水分迁移和固结作用

文章就冻结过程发生的粘性土水分向冻结锋面迁移和集聚现象，论述了正冻土水分迁移现象及其原因。     

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。     

格宾石笼挡土墙—水热力三场耦合数值模拟研究

青藏高原是世界上最大的高海拔多年冻土区域,具有气候复杂多变、工程地质条件差、生态环境脆弱、冻土环境不稳定的区域特点。寒区公路建设常常引发边坡失稳病害,边坡支护是解决问题的关键。基于COMSOL软件中的(PDE)模块建立方程,进行二次开发,建立周期为10d的冻结模型,通过软件的二次开发,以青海省祁连山中段的冻土为例,建立冻结过程中格宾石笼挡土墙的位移场、水分场、温度场多场耦合的研究,得到格宾石笼挡土墙在高寒地区的冻结特性。基于格宾石笼挡土墙在高寒地区海拔高、低温低等气候特点,结合COMSOL数值模拟软件,建立格宾石笼挡土墙和土层的多场耦合,得到冻结过程中结冻深度为1.2m,结冻区温度为-4—-1℃,分析了冻土路堑中温度场与水分场和位移场的分布和变化规律、最大位移等数据,为高寒地区道路役性能提供了数据支撑和建议。     

地铁区间盾构与联络通道冻结加固同步施工技术方案及应用分析

以北京地铁7号线东延工程为例，为确保线路开通运营工期节点，车站机电安装与装修、区间盾构掘进及冻结法联络通道施工需同步进行。基于此，现场施工综合考虑工期、场地条件（地面、车站内及区间隧道内）、冻结效果及成本，提出2个联络通道冻结共用1个冻结站，即将冻结站设在已贯通隧道的2个联络通道中间位置的施工技术方案，通过优化冻结站机组选型、冻结管路布置、管片预加固支架体系等技术措施，实现区间盾构及冻结加固同步施工。根据施工过程监测及数据分析，总结冻结壁发展规律及通道安全开挖条件，同时对现场冷却水温度、环境温度升高等问题提出应对措施。通过实践证明该施工方案及相关技术措施安全、有效、可行。     

人工冻结法在圆砾地层地铁联络通道施工中的应用

南宁地铁3号线金琅区间联络通道所处地层主要为圆砾,其自稳能力差,易发生涌水冒砂、围岩扰动过大而使隧道变形的情况,设计采用人工冻结法施工。文章详细介绍了冻结过程中冻结孔布设、冻结参数选取以及土体在自然解冻后的融沉控制注浆参数优化等工艺。在积极冻结施工过程着重对盐水去回路温度、土体温度、泄压孔孔压进行分析,总结出土体温度变化、冻结壁形成的规律,准确判断通道开挖的时机,并针对联络通道冻结施工存在的问题提出了具体的对策措施。人工冻结法在该区间隧道富水圆砾层中的成功应用,可为其它类似工程提供参考。     

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。     

人工冻土蠕变试验及损伤经验模型分析

在冻结法施工中,掌握冻土的蠕变特性对评价冻结壁的稳定性至关重要。文章通过对山西某矿粘土层进行不同冻结温度下单轴抗压及蠕变试验,得到蠕变随冻结温度、加载应力变化的规律。在分析Kachanov损伤理论模型及人工冻土蠕变经验模型特性的基础上,建立人工冻土理论-经验蠕变模型。通过对比分析建立模型计算值与人工冻结粘土蠕变试验结果,模型计算曲线与试验数据曲线拟合度较高,两者均反映了初始弹性变形、应变加速度逐渐减小至加速度为零的过程;若试样发生破坏,曲线则会在应变加速度为零的基础上继续加速上升。该模型能够反映深部人工冻土的各阶段蠕变特性,能为指导冻结法施工提供科学依据。     

广佛线盾构隧道管片处理中冻结法封水的监测分析

珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段普君北路站—朝安站区间在管片处理冻结封水工程施工中,对冻结盐水温度、冻土温度、冻胀压力等方面进行了跟踪监测。通过对监测结果进行分析研究,获得了冻结盐水温度、冻土温度、冻胀压力的变化规律,在此基础上对冻结施工过程提出了建议。     

地铁隧道长距离水平冻结全断面开挖冻土帷幕优化设计

广州轨道交通3号线天河客运站折返线及风道采用全断面水平冻结、矿山法开挖及构筑施工。为了确定合理的冻结方案,采用有限元法计算对冻土帷幕多种厚度和温度下的受力及变形状况进行分析。结果表明:冻结帷幕厚度2.0 m,平均温度-10℃时,冻土帷幕参数最为合理。在此基础上,对冻结帷幕安全状态进行计算,得到冻结帷幕的优化设计方案。     

富水砂层联络通道冻结法施工温度及位移场实测分析

针对富水砂层联络通道冻结法施工冻结效果较难判断及易发生地层融沉的问题,依托南通地铁1号线07标联络通道工程案例,通过对冻结盐水温度、冻土温度、泄压孔压力及地表变形等方面的监控量测分析来研究联络通道冻结法的冻结效果及地面融沉,在此基础上提出了联络通道冻结施工冻融的控制措施。研究表明：（1）以去回路盐水温度、土体温度、泄压孔压力及地表变形为判定依据的综合判定方法,能够有效、准确地对联络通道冻结效果进行判断,确保施工安全。（2）通过采取快速冻结、在土体内预埋管、结构层后充填注浆等冻胀、融沉控制措施,地表受冻胀和融沉的影响最终累计沉降3.8mm,满足累计变形报警值要求。     

冻土扩展的热平衡与流水速度对冻结的影响

本文从冻土园柱热交换和冻土扩展热平衡的角度，探讨了土层冻结过程所需制冷量的构成。文章介绍了根据相似理论建立的流水冻结试验模型和一系列大流水速度的土层冻结模拟试验。揭示了动水条件下的土层液氮冻结冻土扩展半径与冻结时间的试验计算和工程应用公式。     

隧道内流水对联络通道冻结效果影响分析

为分析地铁联络通道冻结过程中隧道内流水对联络通道冻结效果的影响,文章以广州地铁某联络通道冻结施工为例,通过工程实测与数值模拟,分析了隧道内流水对管片与土体交界处温度及土体温度的影响。结果表明:当隧道内有流水时,对上部管片与土体交界处的温度影响不大,下部管片与土体交界处的温度会明显升高,且越靠近隧道底部,平均温度相差越大;相同深度流水上游管片与土体交界处平均温度明显高于下游;当隧道内流水流速度变大时,管片与土体交界处平均温度升高,且流水速度对下游平均温度的影响明显大于上游;冻结过程中,隧道内流水对管片壁后2 m深度内的土体温度产生影响。     

武汉地区富含水地层联络通道冻结法施工数值计算分析

文章以武汉地区范虎站—汉口火车站区间联络通道为工程背景,重点研究了采用冻结法在武汉富含水地层中修建联络通道的关键施工技术。借助ANSYS通用有限元软件,通过建立三维模型,分析了承压水条件下联络通道冻结过程中冻胀对冻土体的影响,以及暗挖隧道和泵站开挖对冻土帷幕的影响。分析结果表明:本工程无论是在冻结施工过程还是开挖过程中,冻结帷幕的受力都处于安全状态。     

多供液管供液下液氮冻结优越性分析

传统供液方式下的液氮冻结存在温度场分布不均匀、冻土发展较为不均衡的问题,而供液管开孔的供液形式虽然能够在一定层度上改善冻结的均匀性,但也存在供液分配不易控制的缺点。在液氮原型试验的基础上,文章分析了采用多供液管的供液形式在液氮冻结系统控制以及冻结效果均匀性提高方面的优越性。结果表明:多供液管的供液形式不但提高了冻结管管内温度、管壁温度、土体温度以及冻土轮廓沿冻结管纵向分布的均匀性,同时克服了供液管开孔的供液形式不易控制液氮供给在各供液孔的分配问题,保证了冻结管管内温度的稳定性。     

群也冻结温度场特征：上海延安东路隧道南线冻结工程温度监测研究

通过近年来上海若干地下工程的人工土层冻结，特别是延安东路隧道南线线复土段和盾构进行洞冻结加固的温度监测、分析，提出了群孔冻结温度场的特征及冻结设计和施工的一些重要参数。     

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.     

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。     

冻结裂隙砂岩的力学特性研究

为得出围压、裂隙倾角、冻结温度等因素对砂岩力学性能的影响规律,采用三轴压缩试验方法和理论分析方法,研究了不同围压下,无裂隙0°,15°,30°和45°倾角裂隙砂岩在-5℃,-10℃和-15℃冻结时的强度、内摩擦角和粘聚力变化特征.结果表明:无裂隙和有裂隙砂岩的强度,随冻结温度的降低而非线性增强,随围压的降低而近线性降低...