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浅埋地铁车站冻结工程冻胀系统控制技术及应用
1
作者 李方政 丁航 +4 位作者 高伟 刘威 姜浩亮 叶玉西 方亮文 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第7期1353-1360,共8页
为解决城市浅埋地铁车站冻结工程冻胀效应突出问题,提出冻胀效应全周期系统控制技术。在冻结设计阶段,通过原状土水泥改良设计和“冻土+钢管”复合结构联合承载设计等冻结壁安全减量设计方法,在保证冻结壁承载强度的前提下优化其厚度;... 为解决城市浅埋地铁车站冻结工程冻胀效应突出问题,提出冻胀效应全周期系统控制技术。在冻结设计阶段,通过原状土水泥改良设计和“冻土+钢管”复合结构联合承载设计等冻结壁安全减量设计方法,在保证冻结壁承载强度的前提下优化其厚度;在冻结施工阶段,采用基于时空效应的冻胀综合抑制技术。在时间维度上,通过错峰冻结精准控制单阶段冻土体量,减少冻胀叠加效应的时空累积;在空间维度上,配合采用间歇冻结和取土泄压等措施实现对冻结壁发展速度及边界的精细化控制。以保障冻结壁功能安全为前提,通过全周期优化控制冻结壁厚度及边界,抑制冻胀效应对邻近结构物的位移扰动。以上海地铁18号线江浦路车站冻结工程为依托进行试验,结果表明:1)当水泥掺入比例达12.5%时,灰色黏土的冻胀率较原始状态降低53.5%。2)与纯冻土结构相比,采用冻土钢管复合结构的冻结壁厚度减小约42.53%。3)施工阶段应用基于时空效应的综合抑制技术后,监测点竖向位移变化速率最高降幅达150.71%,该技术能够有效控制浅埋地铁车站冻结工程的冻胀效应。 展开更多
关键词 浅埋地铁车站 冻结 冻胀 系统控制技术
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浅覆土下大直径盾构始发冻结地层的冻胀实测
2
作者 石荣剑 龙彩红 +1 位作者 洪泽群 钱烨雷 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期234-245,共12页
为了掌握大直径盾构始发段地层冻结过程中的冻胀变形规律及其对周围环境的影响特征,对上海上中路越江隧道盾构始发冻结工程地层温度、冻胀力及冻胀变形进行现场监测,获得了冻结施工过程中地层内部温度和冻胀力的演变特征,分析了地层及... 为了掌握大直径盾构始发段地层冻结过程中的冻胀变形规律及其对周围环境的影响特征,对上海上中路越江隧道盾构始发冻结工程地层温度、冻胀力及冻胀变形进行现场监测,获得了冻结施工过程中地层内部温度和冻胀力的演变特征,分析了地层及结构物的冻胀变形影响规律。研究结果表明:冻结范围地层全部形成冻土后才会引起地层出现明显变形,积极冻结期间以地层水平方向变形为主,而稳定冻结阶段主要表现为竖向变形;地层内部竖向变形随着埋深增加而线性增大,冻结45 d时深度为16 m处地层竖向最大变形达到88.2 mm,而对应位置地表抬升位移仅为55.4 mm;地层水平变形沿深度方向呈拱形分布,埋深为8 m位置的水平变形最大,冻结45 d时最大变形量为88.3 mm;在冻结过程中,冻结范围两侧最大地表位移达到102.6 mm,而对应位置行车轨道基础位移仅为25.9 mm,约是相应位置地表位移的1/4。地层温度变化及压缩作用会明显影响地层内部冻胀变形过程,而地层变形也会抑制冻结帷幕内部冻胀力的增长幅度。 展开更多
关键词 人工冻结 大直径盾构始发 竖直冻结 冻胀变形
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渗流条件下地铁联络通道冻结温度场扩展规律分析
3
作者 韩昀希 冯利华 +3 位作者 任全军 沈宇鹏 刘欣 张莹晨 《铁道标准设计》 北大核心 2025年第7期147-155,191,共10页
地层人工冻结法是地铁联络通道开挖施工中常用的一种能够隔绝地下水并提高地层强度的工法,现场监测数据分析表明地下水渗流是影响地层冻结效果的重要因素。为进一步探究渗流条件下地铁联络通道冻结温度场的发展规律,优化冻结设计方案,... 地层人工冻结法是地铁联络通道开挖施工中常用的一种能够隔绝地下水并提高地层强度的工法,现场监测数据分析表明地下水渗流是影响地层冻结效果的重要因素。为进一步探究渗流条件下地铁联络通道冻结温度场的发展规律,优化冻结设计方案,依托实际工程现场监测数据,分析渗流对地层温度分布的影响,通过理论推导建立流-热耦合分析方法并与特征断面的监测数据进行对比验证,借助数值仿真预测不同渗流速度、盐水温度、季节进行冻结施工的效果,最后对冻结管布设位置进行优化设计。结果表明:所建立的计算分析模型与监测数据相比,地层的温度变化趋势相同,降温曲线数值接近,最终误差在2℃以内,能够较准确地预测渗流作用下冻结温度场分布。当地层渗流速度大于13.5 m/d时,按照现有设备的工作效率及冻结管布置方案,冻结壁将无法完全交圈。降低盐水温度以及选择冬季施工能够有效提高冻结壁的发展速度,对于冻结壁迎水面,盐水温度为-36℃和冬季施工最多可将冻结锋面的扩展速度分别提高3倍和1.5倍,冻结壁背水面也可分别提高96.4%和41.5%。在不改变冻结管总数的原则下,将背水面外侧冻结管移动至迎水面外侧,加强上游的冻结,仅21 d冻结壁厚度便达到设计要求,此冻结管布置优化方案能够大大提高面对高流速渗流时的冻结效率。 展开更多
关键词 地铁 联络通道 人工地层冻结法 渗流地层 流-热耦合 冻结壁厚度 冻结管布置优化
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富水粉细砂层环形排布冻结管冻结温度场及“群管效应”
4
作者 丁明睿 梁荣柱 +6 位作者 李忠超 吴文兵 白天麒 肖铭钊 汪亦显 黄栋 刘海锐 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第5期1944-1956,共13页
为研究富粉细砂层人工冻结规律,基于相似准则,设计和开展环形冻结管片排布水平人工冻结试验,探究了冻结过程中的温度场和冻胀力发展规律,分析了“群管效应”对冻结过程的影响。研究结果表明:环形排布冻结过程可以分为初期冻结、冻结壁... 为研究富粉细砂层人工冻结规律,基于相似准则,设计和开展环形冻结管片排布水平人工冻结试验,探究了冻结过程中的温度场和冻胀力发展规律,分析了“群管效应”对冻结过程的影响。研究结果表明:环形排布冻结过程可以分为初期冻结、冻结壁交圈、“群管效应”冻结和环内土体完全冻结4个典型阶段。在冻结壁完成交圈后,受“群管效应”的影响,冻结管冷量不断向环内土体叠加,加速冷锋面朝环内土体迅速拓展,冻结管圈内土体冻结温度明显低于管圈外部土体的温度;相比之下,环底和环内土体受到“群管效应”并不明显,而冻结管间距增大会削弱该效应;环底冻结壁完成交圈时间约为环顶的2.2倍,环底冻结壁的平均温度和管圈内土体最终冻结温度分别比环顶高6.1℃和6.6℃;冻结管周围土体冻胀力随冻结时间增加而增大;距离冻结管越近,土体冻胀力越大,冻胀力关于冻结管圈圆心对称分布;管间冻胀力在管圈冻结壁形成过程中迅速增大,管间冻胀力大于管圈外土体冻胀力。 展开更多
关键词 人工地层冻结法 模型试验 冻结温度场 群管效应 富水粉细砂层 冻胀力
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双线隧道地层顺次冻结流热耦合分析
5
作者 胥明 陈星 +3 位作者 张慧鹏 夏明 张康健 张志强 《人民长江》 北大核心 2025年第1期164-172,共9页
人工冻结法具有隔水性能好、冻结地层强度高、施工地层适应性强等特点,被广泛运用到富水地层施工中,而地下水流动会对冻结温度场产生重要影响。依托一并行隧道顺序冻结工程,开展了冻结温度场现场监测。同时建立流热耦合数值模型,研究地... 人工冻结法具有隔水性能好、冻结地层强度高、施工地层适应性强等特点,被广泛运用到富水地层施工中,而地下水流动会对冻结温度场产生重要影响。依托一并行隧道顺序冻结工程,开展了冻结温度场现场监测。同时建立流热耦合数值模型,研究地下水渗流速度对近距离并行隧道顺序冻结温度场发展的影响。结果表明:(1)各测温孔监测数据与数值模型模拟结果一致,数值模型具有一定可靠性。(2)处于渗流区上游的冻结管会降低地下水温度,冷量随水流动被携带至下游地层。上游左线冻结壁的形成会降低下游右线地层的地下水流速。(3)单线冻结管圈首先于上侧、下侧和处于下游的右侧形成局部冻结体,局部冻结体逐渐扩展,最后于左侧管圈处实现完全交圈。(4)当地下水渗流速度大于1.0 m/d后,左右两线交圈时间差随渗流速度的增加而增加。(5)在有地下水渗流的地层中进行顺序冻结法施工,应优先进行上游处冻结施工,可有效提高施工效率。 展开更多
关键词 地层冻结 人工冻结法 流热耦合数值模型 冻结温度场 渗流速度 地下水
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泥水平衡盾构仓内水平冻结温度场的模型试验
6
作者 石湛 章铁军 +3 位作者 李美香 陶司记 伯音 李云波 《岩土力学》 北大核心 2025年第5期1534-1544,共11页
为了获得盾构解困冻结过程中泥水仓内温度场的演变规律,以南京市江宁区新济洲供水管线过江廊道盾构解困工程为原型,依据相似理论进行了盾构内部水平冻结温度场的模型试验,研究大孔距冻结过程中泥水仓内温度场演变过程及分布特征,获得如... 为了获得盾构解困冻结过程中泥水仓内温度场的演变规律,以南京市江宁区新济洲供水管线过江廊道盾构解困工程为原型,依据相似理论进行了盾构内部水平冻结温度场的模型试验,研究大孔距冻结过程中泥水仓内温度场演变过程及分布特征,获得如下结论:通过盾构超前地质探孔和注浆孔布置的20根冻结管,在冻结管最大间距为3.12 m条件下,75 d时可将直径为6480 mm的盾构泥水仓内冻实,而冻结施工至135 d后泥水仓内冻土平均温度达到-13℃,纵向温差约为4.4℃,整体冻结效果较均匀,满足盾构开仓时的封水和承载要求。冻结施工中临时停冻会导致泥水仓内冻土冷量重新分布,停冻10 h时整体冻结壁温度升高至-14~-10℃,而重新冻结20 h后冻结壁即可恢复到停冻前状态。冻结结束45 d后盾构泥水仓内冻土平均温度升高至-4℃,满足盾构复推施工要求,而冻结管位置冻土温度回升至0℃还需要约20 d,并在0℃附近维持约125d。施工中可采取强制解冻或循环泥浆等辅助措施来加快盾构泥水仓内冻土的解冻速度,洞内水平冻结方法是构建盾构仓内常压检修环境的有效地层改良手段。 展开更多
关键词 人工冻结 泥水平衡盾构 盾构解困 泥水仓内冻结 模型试验
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多冷媒非均质人工冻结壁弹塑性应力分析 被引量：1
7
作者 王彬 梁秀玲 +2 位作者 张子浩 蔡海兵 荣传新 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期106-120,共15页
【目的】受制冷媒介温度差异以及被冻地层与冻结管距离差异的影响,多冷媒联合双排管冻结壁的非均匀性较为显著,为了合理评价该类冻结壁的安全性,需开展考虑非均质性的多冷媒人工冻结壁弹塑性应力分析。【方法】选取距离1/4管距处的冻结... 【目的】受制冷媒介温度差异以及被冻地层与冻结管距离差异的影响,多冷媒联合双排管冻结壁的非均匀性较为显著,为了合理评价该类冻结壁的安全性,需开展考虑非均质性的多冷媒人工冻结壁弹塑性应力分析。【方法】选取距离1/4管距处的冻结壁作为特征截面,将该截面上的温度分布曲线等效成三段一次函数形式,并将冻结壁视为随温度成线性变化的非均质材料,分别基于4种冻土屈服准则,推导得出多冷媒联合双排管非均质冻结壁弹塑性应力解析表达式。基于该解析表达式,对多冷媒冻结壁的受力特性进行计算,并将该计算结果与均质冻结壁计算得出的结果进行对比。【结果和结论】研究发现:(1)在盐水-二氧化碳联合双排管冻结壁中,径向应力随着相对半径r的增加而上升,环向应力在不同冻结区间(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)表现出不同的变化趋势。(2)基于均质冻结壁计算理论,弹性极限状态的冻结壁的环向应力最大值出现在冻结壁内侧,弹塑性状态的冻结壁的环向应力最大值出现在弹塑性分界面处,塑性极限状态的冻结壁的环向应力最大值出现在冻结壁最外侧;而基于非均质冻结壁计算理论,冻结壁环向应力最大值始终出现在冻结壁分区界线(r=2)处。(3)在考虑非均质特性后,冻结壁的弹性极限承载力降低1.8%,而塑性极限承载力提高8.1%。在弹塑性状态下,对应相同塑性区相对半径,非均质冻结壁具有更高的承载力,且这种现象随着塑性区相对半径的增大而愈发明显。研究成果对富水地层多冷媒联合冻结帷幕的设计具有重要的参考价值。 展开更多
关键词 人工地层冻结法 双排管冻结壁 多冷媒联合冻结帷幕 非均质 屈服准则 弹塑性分析
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渗流地层地铁联络通道冻结壁形成过程及其影响因素分析 被引量：6
8
作者 刘欣 冯利华 +4 位作者 任全军 沈宇鹏 韩昀希 刘越 韩风雷 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1463-1476,共14页
冻结法凭借封水性好、适应性强和环境影响小等优势成为地铁联络通道施工的主要工法之一,而地下水渗流易引起冻结壁交圈时间延后、厚度和平均温度不及预期,对冻结工程的推进具有不利影响。本文采用频域反射法获取饱和砂砾石未冻水体积分... 冻结法凭借封水性好、适应性强和环境影响小等优势成为地铁联络通道施工的主要工法之一,而地下水渗流易引起冻结壁交圈时间延后、厚度和平均温度不及预期,对冻结工程的推进具有不利影响。本文采用频域反射法获取饱和砂砾石未冻水体积分数和温度的函数关系式,基于多孔介质传热和渗流理论,建立考虑相变的饱和地层渗流冻结流热耦合数学模型,利用联络通道冻结模型试验结果验证流热耦合模型的有效性。在此基础上,研究渗流速度、冷媒温度、冻结管直径和渗流温度对联络通道冻结壁形成过程和交圈时间的影响规律。最后,采用正交试验方法对冻结壁形成过程影响因素的显著性进行分析,提出考虑多因素影响的冻结壁交圈时间和标厚时间预测方法。研究结果表明:无渗流时,联络通道冻结温度场呈W型对称分布;当渗流速度为51.2 m/d时,地层温度场不再呈对称分布,上游区域温度高于下游区域温度。渗流速度是影响联络通道冻结壁形成的首要因素,冻结管直径和冷媒温度次之,渗流温度对交圈时间的影响较小。上游侧墙是渗流地层冻结壁扩展的薄弱环节,应加强该区域温度场的监测,跟踪冻结壁的形成过程。 展开更多
关键词 联络通道 人工地层冻结 冻结壁 渗流 温度场
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人工冻土冻胀引发上覆地层与结构变形计算方法研究 被引量：1
9
作者 王磊 陈湘生 +1 位作者 伍军 刘志强 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期134-146,共13页
人工冻结法在地下特殊施工中的冻胀风险引发广泛关注,上覆地表变形可能造成城市道路、建筑结构变形,继而引发破坏,需要对地表及结构变形进行预测。瞄准冻胀的实质是冻土中水分迁移引起的宏观表现,基于Peck公式计算思路,对冻胀引起的上... 人工冻结法在地下特殊施工中的冻胀风险引发广泛关注,上覆地表变形可能造成城市道路、建筑结构变形,继而引发破坏,需要对地表及结构变形进行预测。瞄准冻胀的实质是冻土中水分迁移引起的宏观表现,基于Peck公式计算思路,对冻胀引起的上覆地层变形进行公式推导和参数取值,得出适合计算冻胀变形的冻隆公式,以求解冻结过程中上覆地层产生的冻胀量。通过水分迁移试验测定冻结水分迁移速度,推导和归纳冻结外锋面半径经验计算方法,得出冻土体积增加量计算公式。以郑州某冻结工程实测数据,计算土体冻结过程中的水分体积增加率,冻隆公式计算值与实测值接近,满足施工过程中安全评价分析的需求。研究成果可为人工冻结技术在高风险地下工程领域的技术研究应用提供理论基础和计算参考。 展开更多
关键词 人工冻结法 冻土体积增加量 水分迁移 冻胀 冻隆公式
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基坑免降水开挖的组合式冻结法支护工艺研究 被引量：1
10
作者 张松 岳祖润 +5 位作者 卢相忠 张庆武 孙铁成 胡田飞 亓源水 张俊洋 《铁道标准设计》 北大核心 2024年第2期143-149,共7页
近年来,随着地下水资源保护力度的不断增大,对基坑工程进行免降水开挖的需求愈加紧迫。为解决富水地层基坑工程施工中的免降水问题,提出一种新的基坑支护方法:传统悬挂式止水帷幕与水平冻土止水帷幕相结合的“组合式冻结法”。根据以往... 近年来,随着地下水资源保护力度的不断增大,对基坑工程进行免降水开挖的需求愈加紧迫。为解决富水地层基坑工程施工中的免降水问题,提出一种新的基坑支护方法:传统悬挂式止水帷幕与水平冻土止水帷幕相结合的“组合式冻结法”。根据以往市政工程中的冻结法施工经验,总结组合式冻结法的施工流程,提出泄压孔、温度限位孔和局部冻结技术相结合的冻胀控制措施,以及利用冻结管嵌入地连墙的界面区强化措施。通过模型试验对组合式冻结法的可行性进行验证,试验结果表明,组合式冻结法可以有效实现基底的支护,在冻结薄弱环节临时竖井、地连墙附近冻结壁承载能力满足设计要求;观测发现地层冻结对地连墙强度和变形无明显影响。 展开更多
关键词 组合式冻结法 基坑工程 免降水开挖 模型试验 冻土止水帷幕
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高流速卵石地层地铁联络通道人工冻结温度场研究 被引量：2
11
作者 韩昀希 冯利华 +2 位作者 任全军 沈宇鹏 刘欣 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第12期5134-5142,共9页
地铁联络通道的开挖经常受到地下水干扰,人工地层冻结法凭借其优秀的封水性和适应性成为富水地层联络通道施工的首选工法。依托北京地铁12号线苏州桥站~人民大学站区间1#联络通道冻结工程,通过现场实测研究地层温度场和泄压孔压力的发... 地铁联络通道的开挖经常受到地下水干扰,人工地层冻结法凭借其优秀的封水性和适应性成为富水地层联络通道施工的首选工法。依托北京地铁12号线苏州桥站~人民大学站区间1#联络通道冻结工程,通过现场实测研究地层温度场和泄压孔压力的发展规律,分析冻结帷幕的交圈特征,确定高流速地层冻结壁薄弱位置。结果表明:盐水去回路温度在冻结初期迅速下降,而后降速减缓并最终稳定在-28℃以下;测温孔中土体与管片交界处的温度高于土体内部,渗流上游冻结壁温度高于下游,这些区域应当重点监测;冻结至59 d时,利用基于实际降温速率的分阶段冻结壁厚度计算方法求得不同截面位置处的冻结壁最小厚度为2495.2 mm,同时泄压孔压力已全部释放并保持稳定,冻结壁不再发展,满足联络通道开挖要求。研究成果能为高流速地层的人工冻结参数选取和监测提供理论支持。 展开更多
关键词 联络通道 人工地层冻结法 温度场 冻结壁厚度 冻胀力
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人工冻结水泥改良软黏土冻融及强度特性研究 被引量：1
12
作者 王升福 张祥荣 +2 位作者 周彪 吕亮 嵇晓雷 《东华理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第4期370-380,共11页
为探究人工冻结水泥改良软黏土冻胀融沉特性及冻融前后强度变化规律,通过室内冻胀融沉试验和单轴抗压强度试验,揭示不同冻融状态、不同影响因素等条件下水泥改良软黏土冻胀融沉及强度特性。研究结果表明,软黏土冻胀率和融沉系数随冻结... 为探究人工冻结水泥改良软黏土冻胀融沉特性及冻融前后强度变化规律,通过室内冻胀融沉试验和单轴抗压强度试验,揭示不同冻融状态、不同影响因素等条件下水泥改良软黏土冻胀融沉及强度特性。研究结果表明,软黏土冻胀率和融沉系数随冻结冷端温度降低而减小,且融沉系数大于冻胀率;掺入水泥后融沉系数均小于冻胀率,且随水泥掺量增加而降低,当水泥掺量超过5%时,融沉系数小于2%。水泥土起始冻结温度随水泥掺量增加而降低,当水泥掺量为9%时,起始冻结温度最低达到-1.53℃;冻融过程沿试样不同高度温度场变化分为积极冻结、维护冻结和融化三个阶段;冻融后水泥改良软黏土强度降低,25组试样平均降低56%,冻融后强度折减最大达76%。研究指出,改良土强度分别随水泥掺量增加而增大,随含水率增大而减小,随龄期增长而增大。 展开更多
关键词 人工地层冻结法 水泥改良土 冻胀融沉 冻结温度场 强度
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基于冻结器温升公式的单排管温度场求解方法 被引量：2
13
作者 张松 周晓敏 +4 位作者 张基伟 孙钦帅 刘勇 马文著 徐宏毅 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1102-1113,共12页
为了解决传统地铁联络通道冻结法施工中对于全加固区域温度场求解精度不足的问题,实现以冻结器自身温度信号进行所形成温度场求解,达到对冻结温度场全域进行精准求解的目的。从单根冻结管停冻后冷媒温度回升速率与冻结壁厚度的相互关系... 为了解决传统地铁联络通道冻结法施工中对于全加固区域温度场求解精度不足的问题,实现以冻结器自身温度信号进行所形成温度场求解,达到对冻结温度场全域进行精准求解的目的。从单根冻结管停冻后冷媒温度回升速率与冻结壁厚度的相互关系出发,建立更加符合地铁联络通道冻结工程特点的单排冻结孔温度场计算模型,提出了5个关键参数:冷媒温升速率V、冻结壁厚度计算系数ηA和ηB以及冻结壁厚度修订系数n1和n2的确定方法。并指出冷媒温升速率宜采用停冻后4 h的冷媒温度平均回升速率,冻结壁计算系数和厚度修订系数应采用数值计算或经验数据进行确定。进而提出了新温度场求解方法的适用范围、求解流程。后续利用北京某联络通道冻结工程开展新温度场求解方法的可靠性验证。通过将该联络通道侧墙区域温度场的求解结果和实测地层数据进行对比可知,新的温度场求解方法所得温度与测温孔实测温度差值分别为0.43℃和0.52℃,远低于控制指标1.0℃。同时,新求解方法所得冻结壁厚度与开挖后实测冻结壁厚度误差为8~10 cm,误差精度约为6%,符合工程精度要求。此外基于计算结果和现场分析,指出了计算误差主要是由于地层热物理参数测试精度不足、钻孔偏斜以及冻结管自身结构简化三方面造成的。同时根据既有研究成果,给出了我国多个城市(如上海、常州、苏州)典型地层的冻结壁厚度计算系数。本研究为新型温度场计算方法的落地实施和开展基于冻结器自身温度数据进行全域温度场求解提供了理论支撑,同时避免了传统“以点带面”式求解方法带来的非测温孔区域温度误差。 展开更多
关键词 人工冻结法 全域温度场 精准求解 计算流程 联络通道
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地铁冻结工程按需供冷运行模式研究
14
作者 张松 岳祖润 +4 位作者 卢相忠 张庆武 龚振全 臧梦晨 李晓星 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期45-52,共8页
地铁人工冻结工程中存在冻结系统供冷模式单一、缺乏动态变化的问题,在施工中会造成极大的能量浪费。为此,基于单管冻结吸冷量计算模型,通过引入冻结器内盐水换热效率计算方法和群孔等效计算模型,建立适用于群孔冻结的按需供冷运行模式... 地铁人工冻结工程中存在冻结系统供冷模式单一、缺乏动态变化的问题,在施工中会造成极大的能量浪费。为此,基于单管冻结吸冷量计算模型,通过引入冻结器内盐水换热效率计算方法和群孔等效计算模型,建立适用于群孔冻结的按需供冷运行模式,实现对冻结系统制冷能力的定量求解,并通过模型试验对按需供冷运行模式进行验证。结果表明:按需供冷计算方法可有效反映冻结制冷系统运转需求的动态变化过程,且计算精度满足工程需求;冻结壁形态、土体导热系数、盐水温度等参数是影响地层吸冷量和冻结制冷系统制冷量的关键,而对于某一具体工程,冻结壁形态则是决定地层吸冷量和冻结制冷系统制冷量的关键;不同冻结孔所形成的冻结壁并不一致,如精准、合理计算整个冻结系统的按需制冷量,则应利用纵向温度求解方法或纵向测温技术对各冻结器或其各层位进行精准求解,进而利用等效代换方式进行所需制冷量的求解,试验结果显示计算误差为1.7%,满足工程精度需求。相关研究成果将为各类地铁冻结工程的冻结系统高效、低碳运转提供技术依据。 展开更多
关键词 地铁 人工冻结法 按需供冷 运行模式 地层吸冷量 群孔冻结 模型试验
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富水砂层斜井明挖段三维冻结温度场时空演化规律研究 被引量：1
15
作者 荣隽锋 王彬 梁沈伟 《煤炭工程》 北大核心 2024年第8期204-212,共9页
为解决冻结斜井明挖段施工过程中,斜井冻结温度场难以准确预测导致开挖时间及速度无法确定的工程难题,以升富煤矿冻结斜井明挖段为研究对象,基于实测地层特性及冻结孔布置参数,采用COMSOL Multiphysics有限元软件,构建三维冻结温度场数... 为解决冻结斜井明挖段施工过程中,斜井冻结温度场难以准确预测导致开挖时间及速度无法确定的工程难题,以升富煤矿冻结斜井明挖段为研究对象,基于实测地层特性及冻结孔布置参数,采用COMSOL Multiphysics有限元软件,构建三维冻结温度场数值计算模型,对冻结斜井明挖段施工期间温度场的时空演化规律进行数值计算预测分析。计算结果表明:在相同冻结时间条件下,细砂层冻结壁平均温度比中砂层低0.28~2.39℃,细砂层冻结壁有效厚度比中砂层厚0.36~0.59 m。在持续冻结88 d后,明挖段冻结壁平均温度低于-12℃,且不同层位的侧帮冻结壁厚度均能达到4 m以上,底板处的冻结壁厚度均达到5 m以上,满足设计开挖需求。在开挖期间,井帮位置暴露的土体存在“热流侵蚀”现象,但在快速开挖施工的条件下,冻结壁的有效厚度并未减小且冻结壁平均温度仍处于-10℃以下,因此开挖过程中不会发生大范围的冻结壁“软化”现象。基于预测结果,制定了现场开挖方案,由现场实测数据可知,在开挖过程中测点及井帮温度出现轻微波动,但整体温度发展趋势较为稳定,表明施工期间冻结壁是安全稳定的。研究成果可为斜井冻结法凿井的安全施工及优化设计提供参考。 展开更多
关键词 人工地层冻结法 斜井 明挖段 冻结温度场 三维数值模型
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越江隧道联络通道冻结法数值计算 被引量：25
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作者 岳丰田 仇培云 +2 位作者 杨国祥 丁光莹 张勇 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第6期710-714,共5页
建立了越江隧道、冻结体及周边土体相互影响的有限元计算模型.对联络通道冻土体的受力、变形及冻土壁对隧道衬砌的影响进行了综合分析,为冻结壁的设计、控制冻结对周围环境的影响等提供定量依据,验证了冻结施工方案的可靠性.通过现场实... 建立了越江隧道、冻结体及周边土体相互影响的有限元计算模型.对联络通道冻土体的受力、变形及冻土壁对隧道衬砌的影响进行了综合分析,为冻结壁的设计、控制冻结对周围环境的影响等提供定量依据,验证了冻结施工方案的可靠性.通过现场实测冻土冻胀应力、隧道变形,验证了数值模拟的计算结果. 展开更多
关键词 联络通道 人工冻结 冻土墙 数值模拟 监测
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北京地铁隧道水平冻结和暗挖施工模型试验与实测研究 被引量：62
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作者 周晓敏 王梦恕 +1 位作者 陶龙光 杨松山 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第6期676-679,共4页
将人工地层冻结模型试验研究应用于工程实施中,针对我国隧道内首例长距离水平地层冻结和暗挖工程,在冻土壁温度场、地层应力、位移场等方面进行了测试,取得了和工程实测一致的规律和定量结果。说明解决复杂条件下的地下工程施工难题,模... 将人工地层冻结模型试验研究应用于工程实施中,针对我国隧道内首例长距离水平地层冻结和暗挖工程,在冻土壁温度场、地层应力、位移场等方面进行了测试,取得了和工程实测一致的规律和定量结果。说明解决复杂条件下的地下工程施工难题,模型试验研究是一种有效的技术辅助手段。 展开更多
关键词 北京 地铁隧道 人工地层冻结 地下工程 暗挖施工 模型试验 地层应力
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盾构地中对接冻结加固模型试验(Ⅰ)——冻结过程中地层冻结温度场的分布特征 被引量：24
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作者 石荣剑 岳丰田 +1 位作者 张勇 陆路 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期368-376,共9页
针对软土地层中盾构地中对接冻结加固施工边界条件复杂、形成冻结壁体积小且形状不规则的特点,以上海地区某盾构对接冻结加固工程为原型,按照相似理论设计进行了冻结加固模型试验,分析了冻结过程中地层温度场的分布规律,获得以下结论:... 针对软土地层中盾构地中对接冻结加固施工边界条件复杂、形成冻结壁体积小且形状不规则的特点,以上海地区某盾构对接冻结加固工程为原型,按照相似理论设计进行了冻结加固模型试验,分析了冻结过程中地层温度场的分布规律,获得以下结论:在盾构壳体内表面保温的条件下,冻结管内部冻土的平均发展速度是冻结管外部的1.5倍左右;冻结28 h后,冻结管内部冻结壁的温度分布基本稳定,盾构壳体与土体交接面的温度均处于-20℃左右,内部冻结壁的平均温度约为外部的1.9倍。在同圈冻结管的叠加作用下,冻结过程中冻结壁主面和界面的温度变化规律基本一致,仅在冻结初期有少许差别。在外圈冻结管的低温屏蔽作用下,内圈冻结管对外部土体基本不发挥冻结作用,在不同冻结管排间距及多根冻结管交叉冻结的情况下,冻结管外部的冻土扩展规律基本相同,仅两排冻结管之间的土体温度分布存在差别。研究结果表明,盾构地中对接冻结加固形成的冻结壁形状与外圈冻结管的布置形式相似,形成的冻结壁厚度及平均温度在冻结28 h后基本稳定。 展开更多
关键词 人工冻结 冻结壁 温度场 盾构对接 模型试验
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直线双排管冻结壁平均温度的等效抛物弓形模型 被引量：32
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作者 胡向东 赵飞 +1 位作者 佘思源 舒畅 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期28-32,共5页
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... 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。 展开更多
关键词 双排管冻结 冻结壁 平均温度 等效抛物弓形法 巴霍尔金解 冻结法
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定向渗流诱导的非对称冻结帷幕稳态温度场解析解 被引量：10
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作者 王彬 荣传新 程桦 《工程科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期76-87,共12页
受水流对流传热及冻结管热传导叠加影响,渗流场作用下人工冻结帷幕的形状具有明显的非对称性。为解决冻结帷幕形状不规则给冻结温度场计算带来的困难,以直线排布的3管冻结温度场为研究对象,采用分段等效的方法,对该类冻结帷幕的形状进... 受水流对流传热及冻结管热传导叠加影响,渗流场作用下人工冻结帷幕的形状具有明显的非对称性。为解决冻结帷幕形状不规则给冻结温度场计算带来的困难,以直线排布的3管冻结温度场为研究对象,采用分段等效的方法,对该类冻结帷幕的形状进行简化;基于稳态温度场的求解理论,推导得出定向渗流作用下非对称冻结帷幕稳态温度场解析解,以及冻结帷幕厚度、平均温度的计算公式;自主构建水热耦合物理模型试验系统,并开展不同流速条件下3管冻结温度场演化规律的模型试验,对公式的合理性进行验证。结果表明:关键轴线上冻结温度的计算值与试验结果吻合程度较高,解析解的合理性得到模型试验的验证;冻结帷幕的交圈时间及非对称系数随着流速的增加急剧增大;当地层中存在渗流场时,冻结温度场变化过程较为复杂,但冻结帷幕的平均温度整体仍然表现出随冻结帷幕厚度的增加而降低的规律。本文得出的解析解能够对渗流场作用下人工冻结温度场进行较为准确的数学描述,为大流速渗透地层人工冻结温度场的计算提供参考。 展开更多
关键词 人工地层冻结 渗流 冻结温度场 解析解 相似模型试验
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