冻结管水平间距对温度场变化规律的影响分析

为探究冻结管水平间距对温度场发展规律的影响,文章结合洛阳市轨道交通1号线史家湾站—杨湾站盾构区间联络通道的冻结法施工实例,通过数值模拟研究了冻结管的水平间距在0.6~1.5 m变化时冻结管周围的温度场变化规律,分析结果表明:(1)越靠近冻结管,土体温度降低越明显,故加固区的降温梯度以冻结管为中心呈扩散状,冻结管间距越小,则交圈区域土体的温度越低。(2)在冻结前期,冻结壁厚度随冻结管间距的增加逐渐减小,故冻结管间距对冻结范围的影响较大,在冻结后期,各间距下冻结壁平均厚度相差不大,最大差值为0.16 m。(3)其它条件相同时,积极冻结时间大致随冻结管水平间距的增大而增加,当冻结管间距在0.9~1.1 m时,冻结壁交圈速度较为理想,且冻结壁厚度满足施工要求。

地铁隧道水平冻结法施工冻结壁温度场影响参数分析

以地铁隧道水平冻结法施工中最常见的粉质粘土为例,应用大型数值分析软件ANSYS系统研究冻结管直径、冻结管间距、盐水温度、土层含水量4大因素对冻结法施工中温度场的影响,提出各因素对冻结壁厚度和冻结时间的灵敏度公式;在各影响因素下通过灵敏度对比分析,得出各因素对冻结壁厚度灵敏度影响规律,该影响规律由大到小依次为:盐水温度、冻结管间距、冻结管直径、土层含水量.

水平冻结法施工杯型冻土壁温度场影响参数分析

依托于某地铁车站盾构出洞水平冻结加固工程,利用经验证的模型和计算方法,研究了盐水温度、冻结管间距、冻结管直径和不同土层4大因素对杯型冻土壁温度场的影响。得出了各因素对杯型冻土壁温度场的影响规律:冻结管间距大小对冻结的影响,主要表现为第一阶段相邻冻结管交圈时间的快慢,进而影响整个冻土壁达到设计厚度所需的冻结时间;砂质粉土的温度下降速率比粉质黏土要快,在冻结中前期下降的速率更加明显,后期影响并不显著;单从冻结时间考虑,冻结管内盐水温度越低越好;冻结管直径的增大在冻结前期对土体温度下降速率的影响尤其明显。

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%。

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。

渗流地层人工冻结壁交圈时间计算方法

为解决目前相关设计规范中尚无渗流地层人工冻结壁设计及计算方法的问题,利用COMSOL Multiphysics有限元软件实现渗透地层温度-渗流场耦合计算,并通过室内试验对计算结果进行验证。通过数值计算研究温度场随渗流速度、冻结管间距、冷媒温度变化的发展规律。结果表明:当地下水渗流速度大于临界渗流速度时,冻结壁不交圈,临界渗流速度与冻结温度梯度之间存在具有良好的线性关系;通过对二者关系进行拟合,提出临界渗流速度的计算方法。借鉴固结理论的思想,提出无量纲化的交圈因数,利用成长函数曲线较好地拟合不同冻结管间距和冷媒温度条件下的交圈因数-渗流速度曲线。在此基础上,建立渗流条件下人工冻结交圈时间计算方法。研究成果可为渗流地层中人工冻结施工设计及计算提供借鉴和参考。