文章编号:16735196(200903012106地铁隧道水平冻结法施工冻结壁温度场影响参数分析毕贵权1,2,程形燕1,石磊2,马希金1(1.兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050;2.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室,甘肃兰州730000摘要: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.关键词:冻结壁;温度场;冻结管直径;冻结管间距;盐水温度;土层含水量中图分类号:TU445文献标识码:AAnalysisofinfluencingparametersoftemperaturefieldwithinfreezingwallofsubwaytunnelconstructionwithhorizontalgroundfreezingBIGuiquan1,2,CHENGXingyan1,SHILei2,MAXijin1(1.CollegeofEnergyandPowerEngineering,LanzhouUniv.ofTech.,Lanzhou730050,China;2.StateKeyLaboratoryofFrozenSoilEngineering,CAREERI,CAS,LanzhouGansu730000,ChinaAbstract:Takingthemostcommonsiltyclayusedinsubwaytunnelconstructionwithhorizontalfreezingmethodasanexample,theeffectsofbrinetemperature,diameteroffrozenpipes,intervaloffrozenpipes,andmoisturecontentofsoillayeronthetemperaturefieldwithinfrozenwallforthefreeingconstructionweresystematicallyinvestigatedwithlargescalenumericalsoftwareANSYS.Theformulasofsensitivityofeveryabovementionedfactortothethicknessofthefrozenwallandfreezingtimewerepresented.Byanalyzingandcontrastingthesensitivitytoeveryfactor,thepatternofinfluenceofeveryfactoronthesensitivityoffrozenwallthicknessresultshowedthatindecreasingorder,thebrinetemperature,intervaloffrozenpipes,diameteroffrozenpipes,andmoisturecontentofsoillayerinfluencedthesensitivity.Keywords:frozenwall;temperaturefield;diameteroffrozenpipes;intervaloffrozenpipes;brinetemperature;moisturecontentofsoillayer地层人工冻结技术是利用人工制冷的方法,降低土体的温度使含水地层形成冻结体,以达到维护开挖面周围土体稳定、抵抗周围水土压力、防止地下水侵入的目的.近年来,人工冻结技术被越来越多的应用到复杂条件下的矿山、港口工程及水工工程中,特别是沿海城市的地铁隧道及其联络通道施工中.地铁隧道目前广泛采用的水平冻结法施工形成的冻结壁是抵御水土压力的临时地下结构物[1],要确定收稿日期:20080925基金项目:科学院知识创新工程重大项目(KZCX1SW04作者简介:毕贵权(1979,男,吉林九台人,讲师.冻结壁承载力并进行冻结壁厚度和其它参数设计,必须要对温度场进行分析.冻结壁温度场是一个相变、移动边界和有内热源、边界条件复杂的不稳定导热问题,其求解极其困难,至今还没有完善的理论解.通常采用的研究方法有半解析法、数值模拟法、物理模型试验法等.由于物理模型试验法具有费用高、耗时长等缺点,因此,采用计算机进行数值模拟具有非常好的经济价值和使用价值.数值法则在近年来又有了新的进展,尤其表现在相变的处理技术上.目前相变处理主要有显热容法和焓法[2],国内外许多的研究人员对该问题采用数值方法进行了研第35卷第3期2009年6月兰州理工大学学报JournalofLanzhouUniversityofTechnologyVol.35No.3Jun.2009究,并取得了一定的成果.徐士良介绍了利用ANSYS有限元软件对冻结壁温度场分布进行数值模拟的基本过程,包括模型的建立,问题的求解及结果分析等[3].丁德文等,任松保采用有限差分方法对人工冻结温度场进行分析[45].李磊等考虑了冻结管偏斜布置情况,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分析.汪仁和等根据冻结壁温度场物理模型试验的结果,建立非线性多维导热系数反分析的数学模型,采用选择法和有限元法,反分析冻结壁整体导热系数[6].汪东波通过模型试验及其有限元方法,对双排管冻结温度场分...