地铁隧道联络通道冻结法施工三维温度场及性状分析

人工冻结施工技术是软土中地铁隧道开挖的一种经济可靠的方法,在上海地区得到了多次成功应用.然而,由于计算理论的不完善,也出现过诸如“上海地铁四号线透水”的重大工程事故.在冻结法施工过程中,如何控制冻结壁的厚度是一个非常重要的环节.考虑了冻结管偏斜布置的情况,利用有限元方法对上海市复兴东路隧道联络通道进行了三维温度场模拟.此外,还分析了冷媒温度、冻结时间和冻结壁厚度的关系.论文的成果可供同类工程参考.     

高流速卵石地层地铁联络通道人工冻结温度场研究

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59d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2 495.2mm,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。     

天津地铁联络通道冻结施工的数值分析

采用通用有限元程序ANSYS,建立联络通道三维模型,对冻结施工过程进行三维数值分析,研究了冻土墙在设计冻结温度和厚度情况下的受力性能以及分步开挖对冻土墙和地面沉降的影响.结果表明,冻结法施工所采用的设计参数是安全的;分步开挖对地面沉降影响较小,对冻土墙底板、冻土壁和拱顶变形影响较大,其中冻土墙底板为开挖施工中结构的最不利部位,施工时应加强支护.     

地铁联络通道冻结法施工关键技术

本文以天津地铁2号线某区间联络通道的施工为例,介绍“隧道内水平冻结加固土体和矿山法开挖构筑”法在复杂地质条件下的联络通道施工中的应用,对冻结加固设计、施工技术及融沉控制等进行了论述。该工程设计与施工的成功经验对同类工程具有一定的参考价值,可供类似工程参考。     

上海长江隧道联络通道冻土帷幕温度场动态演化机理分析

研究了上海长江隧道联络通道冻土帷幕温度动态演化过程.运用ANSYS有限元软件建立了较为符合实际工程的三维实体模型,考虑了管片散热、冷排管等影响,用比焓值随温度的变化来反应相变潜热的动态变化过程.研究和总结了冻土帷幕温度动态演化机理,包括冻土帷幕发展规律、交圈规律、平均温度发展规律及冻土帷幕有效厚度发展规律.研究结果表明,冻土帷幕温度场的形成是一个有规律可循的连续性发展过程.有限元分析的冻土帷幕交圈时间、平均温度和冻土帷幕有效厚度与工程实测数据比较吻合.     

越江隧道联络通道冻结法施工力学模拟

采用大型有限差分软件FLAC^3D,对上海越江隧道联络通道的开挖过程进行了数值模拟．从数值分析的角度对冻土帷幕的应力与变形进行了分析和安全评价,详细研究了冻土帷幕中应力与位移的分布情况,确定了冻土帷幕的厚度设计值,并指出了容易产生应力集中的位置为冻土帷幕与隧道接触部位．由于该部位在冻结过程中散热快,冻结效果差,所以施工中应该注意,同时也为今后的联络通道数值模拟与人工冻结法施工提供了参考．     

地铁联络通道冻结法施工研究现状

人工冻结法因其安全可靠性好、能够隔绝地下水、适用范围广等特点被应用于地下空间的施工之中。结合冻结法的特点,对目前冻结法在地铁联络通道中的应用与研究现状,施工对土体力学性质、周围环境的影响,以及近年来冻结法的优化设计几个方面展开介绍。总结了目前人工冻结法在研究中的不足与施工过程中出现的问题,并给出了自己的观点看法。     

富水砂卵石地层地铁联络通道冻结试验研究

联络通道是地铁区间的重要结构,冻结法凭借封水性好和适应性强等优势成为复杂环境条件下建造联络通道的核心工法。依托北京地铁19号线草桥站~右安门站区间3#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情况,以保证联络通道冻结施工顺利推进。结果表明,盐水去回路温度和测温孔温度均经历快速降温、缓慢降温和持续降温三个阶段,冻结壁外侧温度高于内侧,迎水面侧温度高于背水面侧,应重点关注迎水面冻结壁外侧的交圈情况。泄压孔压力经历保持平稳、压力增长和压力释放三个阶段,冻结28d后,泄压孔压力增长趋缓,冻结壁交圈良好。冻结37d后,测温孔的平均温度均低于-10℃,泄压孔压力降为0MPa,冻结壁已基本不再发展。     

冷媒温度对联络通道冻结效果影响分析

通过温度场数值分析研究了冷媒温度对联络通道冻结效果的影响.分析结果显示:实测与数值模拟得出的温度曲线走向相同,降温速率相近,数值模拟具有较高的可信性;使用新型冷媒冻结时,各侧冻结壁厚度达到设计要求的时间较使用传统冷媒冻结时缩短了3～20 d,平均温度达到设计要求的时间较使用传统冷媒冻结时缩短了5～13 d.     

地铁联络通道冻结加固法施工浅析

在地铁联络通道施工前,对其周围的土体进行加固是必要工作。冻结法是加固土体行之有效的一种方法,在目前各地的地铁建筑工程中应用很广泛,它以其特有的优势在城市交通轨道建设中发挥了重大作用。本文对冻结加固法进行了简单介绍,指出了在地铁联络通道冻结加固施工过程中容易出现的问题,并且提出了几点自己的解决建议。     

联络通道BIM 4D施工模拟与冻结温度场数值分析

为进一步加快冻结施工信息化应用,以北京地铁17号线区间联络通道冻结工程为背景,通过建筑信息模型（Building Information Modeling, BIM）技术对联络通道进行三维可视化设计,建立4D施工进度模型进行实时模拟施工与输出工艺动画;利用有限元软件ABAQUS对冻结温度场进行数值模拟,与现场实测温度对比分析温度场变化规律。结果表明：BIM 4D模拟可以对施工全过程进行动态控制,实现进度计划三维可视化;冻结壁厚度达到设计值以上,验证BIM技术冻结质量控制的可靠性;数值模拟计算温度结果与现场实测温度数据值基于一致,证明数值模拟分析冻结温度场的可行性。     

绝热边界作用下人工冻结温度场解析解

隧道地下工程采用冻结法施工时经常遇到地连墙等构筑物影响冻土帷幕发展的问题,给冻结方案设计和封水效果评估带来困难,危及后续开挖作业安全。为探明地连墙等绝热边界作用下冻结温度场的分布状态,掌握冻结壁局部受限时的发展规律,建立了半无限平面内包含直线绝热边界的温度场数学模型。通过热势函数叠加结合镜像法求解了单根、2根以及3根冻结管的温度场解析解,并采用数值模拟验证了其准确性和适用性。结果表明：解析解与稳态数值解吻合较好,与瞬态数值解的误差随冻结时间延长而减小,冻结第50天3种模型的误差分别为0.39℃、0.17℃和0.06℃,均能控制在0.5℃以内;等温线在绝热边界处与边界垂直,只存在平行于边界的热流而没有法向热流,绝热边界对于其与冻结管之间区域的温度降低更加有利;随着绝热边界与冻结管距离d的增加,对冷量传递的阻断作用降低,冻结模型逐渐向无限大平面模型转化,实际工程应根据冻结壁设计厚度,合理匹配管间距l和边界距离d的取值。     

城市地下工程中人工冻结法的防冻胀优化设计研究

人工冻结法作为矿区地下井筒工程中一种成熟的支护方法，近年来已开始逐步被应用于城市地下工程开挖和支护过程中，而人工冻结法施工中因水分迁移引起的冻胀融沉是危害环境的主要因素。通过分析冻胀发生的机理，结合物理学和力学原理，提出从含水量、反作用力和热学计算三方面抑制冻胀的优化设计思路和方法。     

井地电法的三维正反演研究

通过简化井地电法模型为垂直有限长线电流源作用下的三维地下介质模型,利用三维有限元法实现了垂直有限长线电流源作用下的三维地下介质电场的正演计算。应用非线性阻尼最小二乘迭代算法实现了地表电位数据的地下目标层电阻率反演,通过简化模型对相应计算程序进行了检验,证实了程序的可靠性。用给定模型正演得到的地表"理论合成数据"来反演地下异常体,并对数据测量范围和干扰水平对反演的影响进行了讨论。该研究可为提高井地电法反演质量提供部分理论指导依据。     

井地电法的三维正反演研究

通过简化井地电法模型为垂直有限长线电流源作用下的三维地下介质模型,利用三维有限元法实现了垂直有限长线电流源作用下的三维地下介质电场的正演计算。应用非线性阻尼最小二乘迭代算法实现了地表电位数据的地下目标层电阻率反演,通过简化模型对相应计算程序进行了检验,证实了程序的可靠性。用给定模型正演得到的地表“理论合成数据”来反演地下异常体,并对数据测量范围和干扰水平对反演的影响进行了讨论。该研究可为提高井地电法反演质量提供部分理论指导依据。     

盾构始发端垂直冻结温度场数值分析与现场实测

太原地铁双塔西街站-大南门站区间盾构始发端采用垂直冻结法加固技术。由于盾构始发的特殊性,冻结帷幕的有效厚度能不能保证,是关系到土体加固是否安全的前提。通过建立三维数值模型对该工程冻结帷幕温度场随时间的发展规律展开研究,动态模拟冻结帷幕的演化过程,并且现场实时监测记录了冻结帷幕的温度变化和盐水温度随时间的变化情况,分析了在同一深度处各测温孔测点温度随时间的变化规律,计算了冻结帷幕厚度与冻结帷幕平均温度,验证了盾构是否具备始发的条件。结果表明:实测温度值和数值计算温度值总体趋势基本一致;采用垂直冻结方式、三排冻结管冻结施工的方案是合理的;用数值模型来模拟冻结帷幕温度场的变化过程是可行的。     

小方坯结晶器温度场的有限元分析

建立了小方坯结晶器二维非稳态传热的数学模型,着重分析了有限元在研究小方坯结晶器温度场中的应用,如连续区域的离散化、温度插值函数的选取、单元变分计算、组集总体合成方程的推导以及程序的设计等;经现场实测温度的验证表明,本模型的建立、边界条件的处理及求解过程合理