地铁隧道联络通道冻结法施工三维温度场及性状分析

第１２卷第６期　２００６年ｌ２月　上海大学学报（自然科学版）　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＳＨＡＮＧＨＡＩ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮＡＴＵＲＡＬ　ＳＣＩＥＮＣＥ）　Ｖ０１．１２　Ｎｏ．６　Ｄｅｃ．２Ｏ０６　文章编号：１００７—２８６１（２００６）０６　０６４１　０６　地铁隧道联络通道冻结法施工　三维温度场及性状分析　李　磊　，　郭红波　，　丁季华　，　陈有亮　（１．上海大学土木工程系，上海２０００７２；２．上海大华集团，上海２００４４２）　摘要：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．　关键词：联络通道；冻结管；偏斜；温度场；冻结壁　中图分类号：Ｕ　４５５．４９　文献标识码：Ａ　Ｔｈｒｅｅ－Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｆｉｅｌｄ　ａｎｄ　Ｂｅｈａｖｉｏｒ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｆｒｅｅｚｉｎｇ　Ｍｅｔｈｏｄ　Ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ　Ｐａｓｓａｇｅ　ｏｆ　Ｍｅｔｒｏ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｌｌ　Ｌｅｉ　，ＧＵＯ　Ｈｏｎｇ．ｂｏ　，ＤＩＮＧ　ｊｉ　ｈｕａ　，ＣＨＥＮ　Ｙｏｕ　１ｉａｎｇ’　（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００７２，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｄａｈｕａ　Ｇｒｏｕｐ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００４４２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　ｇｒｏｕｎｄ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｔｈａｔ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｕｓｅｄ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ　ａｎｄ　ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ　ｉｎ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　ｉｓ　ａｎ　ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｌｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｄｉｇ　ｍｅｔｒｏ　ｔｕｎｎｅｌｓ　ｉｎ　ｓｏｆｔ　ｓｏｉｌ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｗｉｔｈｏｕｔ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，　ｓｅｒｉｏｕｓ　ａｃｃｉｄｅｎｔｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｉｎｒｕｓｈ　ｉｎ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｓｕｂｗａｙ　Ｌｉｎｅ　４　ｏｃｃｕｒｒｅｄ．Ｉｎ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ，ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ　ｗａｌｌ　ｉｓ　ｏｆ　ｇｒｅａｔ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ．Ｂｙ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ　ｐｉｐｅｓ　ａｎｄ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ＦＥＭ　ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ　ｐａｓｓａｇｅ　ｏｆ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｅａｓｔ　Ｆｕｘｉｎｇ　Ｒｏａｄ　Ｔｕｎｎｅｌ　ｉｓ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆ　ｃｏｌｄ　ｍｅｄｉａ，ｆｒｅｅｚｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｏｆ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ　ｗａｌｌ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｒｅ　ｏｆ　ｖａｌｕｅ　ｔｏ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｐｒｏｊｃｏｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ　ｐａｓｓａｇｅ；ｆｒｅｅｚｉｎｇ　ｐｉｐｅｓ；ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｆｉｅｌｄ；ｆｒｅｅｚｉｎｇ　ｗａｌ１　人工冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的　水冻结成冰，将天然岩土冻结为冻土，增加其强度和　稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结　质以固结地层．随着我国大规模修建地铁和越江隧　道热潮的兴起，人工冻结法应用的重心也逐步由煤　矿凿井向地下工程领域转移．　壁的保护下进行井筒或地下工程掘砌施工的特殊施　工技术…．其实质是利用人工制冷临时改变岩土性　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．在确定冻结壁承载力并进行冻结壁　收稿日期：２００５—１２—０７基金项目：Ｊ二海市教委基金资助项目（０４ＡＢ４４）　通信作者：陈有亮（１９６６～），男，教授，博士（后），研究方向为土木工程计算技术．Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｙｏｕｌｉａｎｇ２００１＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｌｎ．ｃｎ　维普资讯 http://www.cqvip.com

上海大学学报（自然科学版）　第ｌ２卷　厚度和其他参数设计时，温度场分析是一个非常重　要的环节，其中冻结壁平均温度和冻结壁厚度是２　个主要参数　．　目前温度场分析可以采用理论分析、模型试验　和计算机数值模拟３种不同的方法　．但是，由于　温度场的计算十分复杂，难以得到纯理论解答；再　者，模型试验投入的成本较高，测试的数据亦具有不　可预测性，得到的温度可能与实际情况有比较大的　出入．此外，冻结温度场是具有复杂的移动边界、内　热源和相变的Ｓｔｅｆａｎ问题，更增加了求解的难度．而　用数值方法则可以较好地解决这个问题，而且计算　精度符合要求，是目前最便捷和实用的方法．　１温度场控制微分方程　冻结温度场是具有相变的传热问题，其瞬态温　度场的热量平衡控制微分方程为　Ｊ：　在正冻区力，内为　等）＋　等）＋　）：ｃ　；　（１）　在未冻区ｎ　内为　ａｒｏ）＋　３　Ｔ．）＋　等）＝　．　（２）　式中＇ｆ、Ｕ分别表示冻、融状态，　为正冻区力　内岩　土的温度，Ｃ　为正冻区力　内岩土的体积比热，　为　正冻区力　内岩土的导热系数．带有Ｆ标Ｕ的参数表　示未冻区　内的相应物理量．　在移动界面Ｓ（￡）上，必须满足连续性条件和能　量守恒定律，即　Ｔ　（ｓ（￡），ｔ）＝Ｔ　（　（ｃ），Ｙ）：Ｔ　（３）　０　Ｔｒ　ｒ。　一　ｕ　ｌ，　：　Ｌ—　Ｉ＿一，，　　（４）　式中，　为含水岩上的相变潜热，　为冻结锋面温　度，由岩土性质和岩土的含水量确定．　固定边界上的边界条件：　＝　，一　＝口（Ｔ—ｒｏ），　（５）　式中，ａ为常数，　为环境温度．　初始条件：在ｎ　内，此时　为正值，　Ｔ　ｌ　：０＝Ｔ。；　（６）　征ｎ，内，此时７１０为负值，　Ｔ　ｌ　：。＝Ｔ　（７）　假设相变发生在７１　附近的一个温度范围内　（Ｔ　±ＡＴ）．在构造等价热容时还必须计人△　的影　响，构造的热容表达式和导热系数表达式为　Ｃｒ，Ｔ＜（Ｔ　一Ａ　Ｔ）；　Ｌ　Ｃｆ＋Ｃ　＋　一’　Ｃ＝　（Ｔ　～Ａ　Ｔ）≤Ｔ≤（Ｔｍ＋ｂＴ）；　Ｃ　７’＞（Ｔ　＋Ａ　Ｔ），　（８）　ｆ，Ｔ＜（Ｔ　一Ａ　Ｔ）；　＋　［　一（　一△　，　＝　（Ｔ　一△Ｔ）≤Ｔ≤（Ｔ　＋△Ｔ）；　，Ｔ＞（Ｔ　＋△　）．　（９）　由式（８）、（９）可以将式（１）、（２）简化为　（　Ｊ　Ｔ）＋　（　筹）＋　（　筹）＝ｃ筹．　（１Ｏ）　由于土体的比热和导热系数随着温度的变化而　变化，加上两相界面的位置也不固定，因此，界面的　能量守恒条件是非线性的．由于该问题在数学上是　一个强非线性问题，一般无法获得解析解，故通常采　用数值计算方法获得数值解．我们采用有限元法进　行计算．　２　考虑冻结管偏斜下的三维温度场　分析　在一般的冻结温度场有限元计算中，往往对模　型进行比较大的简化，结果导致模型与实际情况之　间存在较大的差异，计算结果的精确性也得不到保　证　虽然有学者针对冻结管偏移下的冻结温度场做　过‘定的研究　，也仅仅只适用于冻结管竖向布置　的情况，而且考虑的是“偏移”而非“偏斜”．而实际　上，在斜向冻结的隧道工程中，冻结管往往与水平面　成不同的仰角，相对模型更加复杂，按照一般方法简　化会造成很大的误差，将无法反映真实情况．针对这　种局面，我们尝试了利用ＡＮＳＹＳ大型有限元分析软　件，将模型局部加密来考虑真实的冻结管布置情况，　计算了冻结法施工的上海市复兴东路越江隧道位于　浦东方向的上层联络通道的三维温度场．　２．１工程背景　本　亡程为上海市复兴东路越江隧道的一部分．　维普资讯 http://www.cqvip.com

第６期　李磊，等：地铁隧道联络通道冻结法施工三维温度场及性状分析　６４３　上海市复兴东路越江隧道分为南线和北线工程，双　线均设置为双层车道，上层通行小型车辆，下层通行　大型车辆，分别在上下两层各设置两条联络通道．下　面分析的即是位于浦东方向的上层联络通道，其南　北线中心距离为　１９．７０３　ｍ，北线中　ｔ２，标高为　一２４．６４１　ｍ，南线中心标高为一２４．６１５　ｍ，联络通道　标高为一２２．３４１　ｍ．冻结管的布置如图１～３所示，　冻结管参数如表１　２所示．　冻结管　图１　联络通道冻结管纵向布置图　Ｆｉｇ．１　Ａｘｉｓ－ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ　ｐｉｐｅｓ　ｏｆ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ　ｐａｓｓａｇｅ　ｌ　Ⅳ２７１ＷＩ　２１ｗ　、　、、　ｒ　（　委　，　——　、　Ｗ５‘　一　苫　、＿　《　）Ｗ２３　，５‘　＞Ｗ６　；　Ｉ８‘　ｌ　口　，１ｓｂｏ　譬　ｒ　ｌ　）６　ｃ　ｗ７　一　夏　、。　（　ｊ２ｃ　）７　（　ＩＷ８　－－５、　一　—　（　）ｗ　／／　／／，Ｉ　　‘　）８　ｃ　Ｗ９　∞　昌　一　●ｆ　Ｗ１０　、ｉ３　１—２　一ＩＩ］０一　’　｝Ｗ１０　８　一　ＷＩ８Ｗ１７ＷＩ６　ＷＩ　５　Ｗ　１４　ＷＩ　３　Ｗ　Ｉ　２　Ｗ１ｌ　一一，、，、——’■一　，　　１＿ｒ　、　’　，　、　●——）　温孔　１　００（Ｊ　９４０　９４０　ＬＩ。ｌ９４ｏ　ｌ　９４０　９４０　ｌ　０００　ｏ——ｊ　结孔　，　６　７００　图２北线冻结开子Ｌ平面布置图　Ｆｉｇ．２　Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ　ｈｏｌｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｏｒｔｈｅｒｎ　ｌｉｎｅ　２．２计算模型　根据设计的冻结管布置方案，考虑了影响范围　和对称，取模型尺寸为１５　ｍ×３０　ｍ×２０　ｍ，用　ＳＯＬＩＤ７０单元模拟土体，用Ｌ１ＮＫ３３单元模拟冻结　管，冻结管直径为１５９　Ｆｉｌｍ．考虑了相变的发生，建立　模型如图４所示．　图３南线冻结开孔平面布置图　Ｆｉｇ．３　Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ　ｈｏｌｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｏｕｔｈｅｒｎ　ｌｉｎｅ　表１冻结管计算参数（北线）　Ｔａｂ．１　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ　ｐｉｐｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｏｒｔｈｅｒｎ　ｌｉｎｅ　冻结孔号　：ｆＬ￣／　角　冻结孔号　孑　深　仰　ｍｍ　（。）　Ｉｎｌｎ　（。）　Ｗｌ　６　５９ｌ　１３．６５　Ｗｌ１一Ｗ１８　３　７９４　０　Ｗ２、Ｗ２７　６　７９２　１０＋ｌ１　ｌ　１９　６０ｏ　５．４２　Ｗ３、Ｗ２６　６　５５５　９．０１　２、２１　１９　５８７　５．４２　Ｗ４、Ｗ２５　６　２３２　６．４０　３、２０　１９　２７９　５．４２　Ｗ５、Ｗ２４　５　８５０　２．０４　４、１９　１５　９２７　２．７９　Ｗ６、Ｗ２３　４　７７９　０　５、１８　１３　６９８　１．９４　Ｗ７、Ｗ２２　４　ｌ３８　０　６、１７　１３　０５９　１．５４　Ｗ８、Ｗ２ｌ　３　７７２　０　７、ｌ６　１２　２８５　０．９４　Ｗ９、Ｗ２０　３　６１７　０　８、１５　１１　４７１—０．６１　Ｗｌ０、Ｗ１９　３　６００　０　９～１４　Ｉｌ　４５０　０　２．３土体热物理计算参数　计算参数按照表３选取．　２．４边界条件　假设冻结管与土体接触面为第一类边界条件，　即已知计算区域内边界的温度等于冷媒人口温度，　冻结时间为１　１５２　ｈ．由于冻结分为积极冻结阶段和　维护冻结阶段，根据实际冷媒去路回路温度值建立　两个温度荷载步如图５所示，从冻结开始到２６４　ｈ为　渐变式积极降温阶段，温度从一ｌ４℃变化到一３０℃；　维普资讯 http://www.cqvip.com

上海大学学报（自然科学版）　第１２卷　表２冻结管计算参数（南线）　Ｔａｂ．２　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ　ｐｉｐｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｏｕｔｈｅｒｎ　ｌｉｎｅ　冻结孔号　孔深　ｍｍ　（。）角　　冻结孔号　孔深　１ｉｎｍ　印（。）　　Ｗ１、Ｗ２８　６　５９１　１３．６５　Ｗ８、Ｗ２１　３　７７２　０　Ｗ２、Ｗ２７　６　７９２　１０．１１　Ｗ９、Ｗ２０　３　６１７　０　Ｗ３、Ｗ２６　６　５５５　９．０１　Ｗ１Ｏ、Ｗ１９　３　６００　０　Ｗ４、Ｗ２５　６　２３２　６．４０　Ｗｌ１一Ｗ１８　３　７９４　０　Ｗ５、Ｗ２４　５　８５０　２．０４　１、６　１９　１５６　６　Ｗ６、Ｗ２３　４　７７９　０　２、５　１９　４８３　５＋５７　Ｗ７、Ｗ２２　４　１３８　０　３、４　１９　６９０　５．４２　、　赠　ｍ　芎：啦　图４有限元模型　Ｆｉｇ．４　ＦＥＭ　Ｍｏｄｅｌ　表３土体热物理参数　Ｔａｂ．３　Ｔｈｅｒｍａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　从第２６４　ｈ到１　１５２　ｈ为维护冻结阶段，温度稳定在　一３０℃．计算区域的外边界为绝热边界，土体的初　始天然地温为２０℃．为了满足计算机计算的需要，　考虑到本计算模型的毕奥数较小，时间步长取２４　ｈ　能够满足收敛的要求，　２．５温度场计算结果和分析　首先我们来观察积极冻结期末（２６４　ｈ）和冻结　结束（１　１５２　ｈ）的等温面图（图６和７）．　图５冷媒温度及拟合的温度荷载　Ｃｏｌｄ　ｍｅｄｉａ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｆｉｔｔｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｌｏａｄｓ　图６冻结２６４　ｈ等温面图　Ｆｉｇ．６　Ｕｎｉｆｏｒｍ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｏｕｒ　ｏｆ２６４　ｈ　图７冻结１　１５２　ｈ等温面图　Ｆｉｇ．７　Ｕｎｉｆｏｒｍ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｏｕｒ　ｏｆ１　１５２　ｈ　从图６和７可以看出，越到冻结后期，温度分布　就越均匀．在冻结初期，基本上是以冻结管为圆心星　维普资讯 http://www.cqvip.com

第６期　李　磊，等：地铁隧道联络通道冻结法施工三维温度场及性状分析　６４５　同心圆分布，但是在双排冻结管共同作用下，冻结管　周围的温度场开始相交，而且不是简单的同心圆相　交，而是呈现复杂的形态．随着冻结时间的增加，冻　结管的共同作用反映在宏观上会形成越来越规则的　冻结壁，有利于开挖阶段的施工．　因为建立模型时考虑了对称性，所以对称面应　该是结果分析的一个特征面，我们选取对称面上　＝１０　ｍ处沿垂直方向建立路径并绘制曲线如图８　所示．　１９．９９９　１５　０９４　ｌ１．７５５　７．５７６　ｕ　３．５５７　一ｏ，５９１　蛹一４．６５０　—８　７５９　一ｌ２　０５０　一ｌ６．９７７　—２１．ｏ０６　图８冻结１　１５２　ｈ温度曲线　Ｆｉｇ．８　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｕｒｖｅ　ｏｆ　１　１５２　ｈ　按照一般情况考虑，土体在０℃开始冻结，因此　我们可以将图８中０　ｃｃ水平线和曲线的交点之间的　线段长度大致看作冻结壁厚度．用这种方法可以估　算出冻结完成后对称面上的冻结壁厚度大致为３　ｍ　左右，在拱顶部分甚至可以超过３．５　ｍ，完全能满足　施工的要求．　从冻结管的布置看出，在联络通道中段的侧部，　由于外排冻结管是从两端向中间推进的，冻结管并　没有贯通，所以考虑其为冻结后的一个薄弱面．选取　＝１４．３６８　ｍ附近中段沿联络通道纵向的节点建立　路径考察冻结后的温度分布情况，结果如图９所示．　图９冻结１　１５２　ｈ温度曲线　Ｆｉｇ．９　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｕｒＶｅ　ｏｆ　ｌ　ｉ５２　ｈ　由图９可以发现此处的冻结效果没有拱顶和底　边处完善，１　１５２　ｈ时冻结壁厚度大概在２．４　ｍ左右．　原因就是由于此处既是冻结管未贯通的联络通道侧　边中段，又位于两根冻结管之间的薄弱处．　在冻结施工时往往要开钻若干的测温孔以随时　掌握冻结温度的变化情况并评价冻结的效果．以北　线Ｃ３号冻结孔为例，考察实测值和计算值的偏差　（见图ｌ０和１１）．　２０　１０　０　诧　赠一１０　—２０　—３Ｏ　０　２００　４００　６００　８００　１　０００　１　２０ｏ　时问／ｈ　图ｌ０深度３　ｎｌ和５　ｎｌ处实测值与计算值　Ｆｉｇ．１０　Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｖａｌｕｅｓ　ｏｆ　３　ｍ　ａｎｄ　５　ｍ　ｉ：　：ｉ　口ｕ　５　蠹一：　－　一１；　一２０　—２５　Ｏ　２００　４００　６００　８００　１　００（）１　２００　时问／ｈ　图ｌ１　深度７　和９　ｉｎ处温度实测值与计算值　Ｆｉｇ．１　１　Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｖａｌｕｅｓ　ｏｆ　７　ｍ　ａｎｄ　９　ｍ　由图ｌＯ和ｌ　１可以发现，实测值和计算值能较　好地吻合．这说明计算方法、计算模型、计算参数都　基本正确，较好地符合了真实情况．　２．６冷媒温度、冻结时间与冻结壁厚度的关系　为了体现分析的代表性，取图８所采用的路径　来计算冻结壁的厚度．冷媒温度分别取一４Ｏ、一３５、　一３Ｏ、一２５℃．计算结果如图ｌ２和１３所示．　冻结时问和冷媒温度是冻结施工中两个重要的　参数．如果冻结时间过长、温度过低，形成的冻结壁　厚度超过实际需要，将会造成巨大的资源浪费，不利　于成杰和工期的控制；如果冻结时间过短、温度过　商　耋占壁厚度就这不到要求，将引起难以预料的结　维普资讯 http://www.cqvip.com

上海大学学报（自然科学版）　第１２卷　果．所以两者的变化对冻结壁厚度的影响是非常重　要的研究内容，具有深远的实践意义．由图１２和ｌ３　分析可知，冷媒温度、冻结时间对冻结壁厚度的影响　非常大．随着冻结管温度的下降，冻结壁的厚度明显　增加．在一３Ｏ　ａ【＝时就达到１．９　ｍ，能满足实际工程的　需要，到一４０　ａ【＝时甚至达到了２．３　ｍ．这说明在冻结　设计时冷媒温度取一３Ｏ℃是合理的，既有一定的安　全储备，又不会造成较大的浪费．冻结时间对冻结壁　厚度的影响更是显而易见，冻结初期基本上没有形　成冻结壁，到４００　ｈ以后冻结壁厚度显著地增加，６００　～７５０　ｈ的时间段内冻结壁厚度迅速发展，到７５０　ｈ　后又趋向于平稳发展．所以冻结中期的冻结质量一　定要得到保证．　图１２冷媒温度－冻结壁厚度关系曲线　Ｆｉｇ．１２　Ｃｏｌｄ　ｍｅｄｉａ－ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｏｆ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ　ｗａｌｌ　ｃｕｒｖｅ　图１３冻结时间．冻结壁厚度影响曲线　Ｆｉｇ．１３　Ｔｉｍｅ・ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｏｆ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ　ｗａｌｌ　ｃｕｒｖｅ　３　结　语　我们通过对上海市复兴东路越江隧道联络通道　冻结施工过程中温度场的三维有限元及性状分析，　可以得到如下结论：　（１）本工作用网格加密的办法，较好地解决了　冻结管偏斜布置的建模问题．通过对比测温孑Ｌ的测　量值和计算值，发现计算误差较小，符合计算要求的　精度．这也说明了计算方法、计算模型、计算参数的　正确性．我们提出的建模方法值得采用斜向冻结法　施工的同类工程参考．　（２）冻结壁厚度是我们考察冻结法施工质量的　一个重要指标．通过计算表明，冻结１　１５２　ｈ后，冻结　壁厚度最大的拱顶处达到３．５　ｍ，比冻结壁最小的　侧边中点处的２．４　ｍ大了近５０％．　（３）在冻结施工过程中，不同的参数选择对温　度场和冻结效果的影响还是很大的，在实际施工过　程中应得到足够的重视．　（４）合理的冻结时间、冷媒温度和布管方式既　可以保证冻结效果，又可以避免不必要的浪费，是冻　结施工中需要重点关注的问题．　参考文献：　［１］翁家杰＋特殊凿井［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，１９８１．　［２］林樟樟，杨俊杰．３排冻结管冻结壁温度场分析［Ｊ］．建　井技术，２００３，２４（３）：２１—２４．　［３］陈建余，朱岳明，张建斌．考虑渗流场影响的混凝土坝　温度场分析［Ｊ］．河海大学学报：自然科学版，２００３，３１　（２）：１１９．１２３．　［４］　金永军，杨维好，姜武军．直线形冻土墙动态温度场的　试验研究［Ｊ］．ｊ工宁工程技术大学学报，２００２，２１（６）：　７３０．７３３．　［５］汪仁和，李晓军．冻结温度场的叠加计算与计算机方　法［Ｊ］．安徽理工大学学报：自然科学版，２００３，２３（１）：　２５．２８．　［６］张学寓，苏新民，赖远明，等．寒区隧道三维温度场非　线性分析［Ｊ］．土木ｊ二程学报，２００４，３７（２）：４７．５３．　［７］　汪仁和，王伟．冻结孔偏斜下冻结壁温度场的形成特　征与分析［Ｊ］．岩土工程学报，２００３，２５（６）：６５８．６６１．　（编辑：赵　宇）