岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (9): 2667-2678.doi: 10.16285/j.rsm.2022.1670

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

地下水流速对地铁联络通道冻结壁形成过程影响的模型试验

刘欣1,沈宇鹏1,刘志坚2,王炳禄2,刘越1,韩昀希1   

  1. 1. 北京交通大学 土木建筑工程学院,北京 100044;2. 中铁十四局集团 隧道工程有限公司,山东 济南 250101
  • 收稿日期:2022-10-25 接受日期:2022-12-13 出版日期:2023-09-11 发布日期:2023-09-02
  • 通讯作者: 沈宇鹏,男,1977年生,博士,教授,主要从事寒区岩土工程方面的研究和教学工作。E-mail: ypshen@bjtu.edu.cn E-mail:xinliu_15@bjtu.edu.cn
  • 作者简介:刘欣,男,1993年生,博士研究生,主要从事人工冻结理论与技术方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.42172291)

Model test on the influence of groundwater seepage velocity on formation of frozen wall in subway cross passage

LIU Xin1, SHEN Yu-peng1, LIU Zhi-jian2, WANG Bing-lu2, LIU Yue1, HAN Yun-xi1   

  1. 1. School of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China; 2. China Railway 14th Bureau Group Tunnel Engineering Co., Ltd., Jinan, Shandong 250101, China
  • Received:2022-10-25 Accepted:2022-12-13 Online:2023-09-11 Published:2023-09-02
  • Supported by:
    This work was supported by the Natural Science Foundation of China (42172291).

摘要: 人工地层冻结技术具有封水可靠、对环境影响小、适用性强等优势,是城市地铁建设中暗挖工程达到无水施工环境行之有效的工法之一。地下水流动加速了对流传热,导致冻结壁交圈困难,厚度不及预期。依托北京地铁19号线草桥站―景风门站区间联络通道冻结工程,基于相似理论开展实际工程地下水流速分别为0、5、10、15 m/d的联络通道冻结模型试验,研究渗流对冻结壁形成过程的影响效应,讨论制冷功率在冻结进程中的变化规律。研究表明:渗流条件下,联络通道底板和顶板先交圈,其次是下游侧墙,上游侧墙受对流传热影响显著,是冻结工程的薄弱环节。地下水流速为0、5、10 m/d时,联络通道冻结壁的交圈时间分别为60、114、444 min;流速为15 m/d时,冻结壁不能实现交圈。地下水流速越大,制冷功率越高,流速为5、10、15 m/d时的有效能耗较静水条件分别增长67.0%、88.5%和120.1%。研究成果可为渗流条件下联络通道冻结工程的设计和施工提供依据。

关键词: 联络通道, 人工地层冻结, 地下水流速, 模型试验, 冻结壁

Abstract: Artificial ground freezing technology has the advantages of reliable water sealing, low environmental impact and strong applicability. It is one of the effective methods for underground excavation in urban subway to achieve the waterless construction. The cooling power is continuously depleted by groundwater flow, resulting in the delay of closure of frozen wall and the thickness less than expected. A physical model test with groundwater seepage velocities of 0, 5, 10 and 15 m/d was conducted based on the freezing project of a subway cross passage in Beijing Subway Line. The influence of groundwater seepage velocities on the formation of frozen wall was investigated, and the variation of cooling power in the freezing process was discussed. The results show that under seepage condition, the bottom and top plates of the cross passage intersect first, followed by the downstream sidewall, and finally the upstream sidewall, which is the weak part. At the groundwater seepage velocities of 0, 5 and 10 m/d, the closure times of the frozen wall are 60, 114 and 444 minites, respectively, while it is impossible to form continuous frozen bodies at 15 m/d. The cooling power increases with the groundwater seepage velocities. The energy consumption at the groundwater seepage velocities of 5, 10 and 15 m/d increases by 67.0%, 88.5% and 120.1%, respectively compared with no-seepage condition. The results can provide a basis for the design and construction of cross passage freezing under seepage conditions.

Key words: cross passage, artificial ground freezing, groundwater seepage velocity, model test, frozen wall

中图分类号: 

  • TU472
[1] 王斌, 李洁涛, 王佳俊, 陈鹏林, . 强降雨诱发堆积体滑坡模型试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(增刊): 234-248.
[2] 杨凯丞, 吴曙光, 廖海成, 张辉, . 双锚杆受力机制分析及模型试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(增刊): 495-503.
[3] 银吉超, 白晓宇, 张亚妹, 闫楠, 王永洪, 张明义, . 一种模拟原状泥岩动力打桩与静载试验 装置的研制及应用[J]. 岩土力学, 2023, 44(增刊): 698-710.
[4] 邹维列, 樊科伟, 张攀, 韩仲, . 土工泡沫减压膨胀土挡墙侧向压力及影响因素分析[J]. 岩土力学, 2023, 44(9): 2537-2544.
[5] 谢康, 苏谦, 陈晓斌, 刘宝, 王武斌, 王迅, 邓志兴, . 无砟轨道聚氨酯碎石防水联结层单元模型试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(8): 2308-2317.
[6] 卢钦武, 关振长, 林林, 吴淑婧, 宋德杰. 基于静力推覆试验的山岭隧道衬砌-地层相互作用机制研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(8): 2318-2326.
[7] 张院生, 雷云超, 强小俊, 吴东东, 王东坡, 王计华, . 多排微型桩框架结构加固边坡离心模型试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(7): 1983-1994.
[8] 季雨坤, 王钦科, 赵国良, 张健, 马建林, . 斜坡上嵌岩抗拔桩竖向承载变形特性模型试验及数值模拟[J]. 岩土力学, 2023, 44(6): 1604-1614.
[9] 马鹏杰, 芮瑞, 曹先振, 夏荣基, 王曦, 丁锐恒, 孙天健, . 微型桩加固长大缓倾裂隙土边坡模型试验[J]. 岩土力学, 2023, 44(6): 1695-1707.
[10] 彭文明, 张雪东, 夏勇, . 软弱覆盖层上土石坝动力离心模型试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(6): 1771-1778.
[11] 冷先伦, 王川, 盛谦, 宋文军, 陈健, 张占荣, 陈菲, . 基于透明相似模型试验的主控裂隙边坡变形破坏演化机制研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(5): 1283-1294.
[12] 宋洋, 王宏帅, 李昂, 王鑫, 肖作明, 苑强, . 富水粉细砂层盾尾同步注浆浆液渗透-压密扩散机制研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(5): 1319-1329.
[13] 王力, 南芳芸, 王世梅, 陈勇, 李小伟, 范志宏, 陈玙珊, . 三峡库区降雨型滑坡入渗特征及变形机制——基于一维和二维模型试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(5): 1363-1374.
[14] 刘勇, 周怡晟, 索晓明, 樊浩博, 曹毅泽, 杜志田, . 盾构下穿高铁路基变形规律模型试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(4): 941-951.
[15] 刘新荣, 郭雪岩, 许彬, 周小涵, 曾夕, 谢应坤, 王䶮, . 含消落带劣化岩体的危岩边坡动力累积损伤机制研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(3): 637-648.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 姚仰平,侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[3] 向天兵,冯夏庭,陈炳瑞,江 权,张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[4] 石玉玲,门玉明,彭建兵,黄强兵,刘洪佳. 地裂缝对不同结构形式桥梁桥面的破坏试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2917 -2922 .
[5] 夏栋舟,何益斌,刘建华. 土-结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析[J]. , 2009, 30(10): 2923 -2928 .
[6] 徐速超,冯夏庭,陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[7] 张力霆,齐清兰,魏静,霍倩,周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[8] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[9] 易 俊,姜永东,鲜学福,罗 云,张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[10] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .