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隧道建设(中英文) ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (2): 268-283.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2025.02.003
荣传新, 屠卓, 龙伟*, 张润泽
Spatio-Temporal Evolution Pattern and Sensitivity Analysis of Freezing Temperature Field of Shaft in Water-Rich Sand Layer With Groundwater Seepage
RONG Chuanxin, TU Zhuo, LONG Wei*, ZHANG Runze
(School of Civil Engineering and Architecture, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, Anhui, China)
摘要: 为研究冻结竖井施工中地下水渗流对冻结温度场时空演化规律的影响,以淮北煤田临涣矿区袁店二矿为工程背景,根据现场实测数据及水热耦合数值模拟计算结果分析现场砂土渗透地层温度场的时空演化规律; 通过控制变量法,研究流速、冻结管间距、冻结管直径及盐水温度对温度场的影响; 结合灰色关联度理论对冻结温度场进行敏感性分析。研究结果表明: 1)冻结竖井施工中,开挖及筑壁带来的施工热扰动对井帮处冻结壁的形成有削弱作用,地下水渗流使得冻结管布置圈径外侧上下游温度相差2~4 ℃。2)通过数值计算结果与现场实测数据的对比验证,证实将SFCC(soil freezing characteristic curve)离散试验数据公式化并嵌入数值计算软件中,能够可靠地模拟埋深135 m富水砂层的温度场演化过程。3)富水砂层在冻结30 d时冻结壁交圈,冻结100 d时冻结壁有效厚度可达5 m以上,且渗流方向上的冻结温度场分布和上下游冻结壁温度变化具有明显差异。4)单因素作用下,冻结管直径与盐水温度的变化对上游冻结壁厚度及非对称系数的影响较小,变化幅度均不超过10%; 而冻结管间距的改变对交圈时间影响显著,变化幅度超过60%。5)流速小于5 m/d时,交圈时间对盐水温度最为敏感,上游冻结壁厚度和冻结壁非对称系数对冻结管间距最为敏感; 流速大于5 m/d时,交圈时间和冻结壁非对称系数受流速影响最为显著,上游冻结壁厚度受冻结管间距影响最为显著。