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
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