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富水卵石地层中冻结法施工温度场的研究

李天东  
【摘要】:本文对富水卵石地层地铁联络通道冻结法施工的温度场进行了相关研究,由于富水卵石地层的各项物理系数与黏土层等其他土层并不相同,而现阶段有关富水卵石地层的冻结法施工研究较少。套用黏土层等其他土层的冻结法的施工方案往往会出现较大差异,所以本文对富水卵石地层的冻结法施工进行了相关的研究。首先,对富水卵石地层的相关各项热物理参数进行了实验研究和理论推导。通过实验的方式研究并推导出富水卵石地层有关导热系数和比热的公式,测量了该土层不同含水率下的导热系数。并且通过查阅文献的方式推导出该地层不同温度下对应的未冻水含量公式,以此为中间变量导出了温度与潜热和焓的关系式。其次,通过ANSYS数值模拟的分析方法,通过将焓和潜热引入到计算模型中的方式,建立了地铁联络通道冻结法所对应的温度场。在计算模型中,我们考虑了已建成隧道与冻结区的热交换,隧道对应地表对冻结区的影响。并且将模型尺寸设置为远大于联络通道冻结范围,降低其他因素对计算模型的影响。最终得出了该冻结模式下不同时间该冻结区的冻结壁厚度、交圈时间、冻结区平均温度等物理量。在基于设计要求和节约成本的考虑下,通过减少冻结管的数量的方式,优化了冻结方案,优化后的冻结方案依旧满足设计冻结要求。并且获得了在富水卵石地层中地铁联络通道冻结法施工的冻结管布置方案,可作为对未来相关的设计和施工的参考。


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