濱海軟土凍結(jié)溫度場發(fā)展規(guī)律

陳軍浩，莊 言，陳筆尖，趙振偉，王啟云

(1.福建工程學(xué)院 土木工程學(xué)院，福建 福州 350118；2.地下工程福建省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350118)

凍結(jié)法是指利用冷源將地層凍結(jié)，形成一定厚度的凍結(jié)帷幕，進(jìn)而隔絕地下水和保護(hù)工程的特殊工法[1-4]。凍結(jié)法在巖土地下工程中的應(yīng)用發(fā)展已經(jīng)成熟，特別是運(yùn)用于地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工[3-9]，相較于注漿法，具有適用地層種類多且對地層污染小的優(yōu)勢，因此，濱海軟土地區(qū)開挖聯(lián)絡(luò)通道前常采用凍結(jié)法對周圍土體進(jìn)行加固處理。

不少學(xué)者對凍結(jié)法施工聯(lián)絡(luò)通道已有研究，楊太華[10]、江洪[11]、李慶禹等[12]通過對聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工的設(shè)備安裝風(fēng)險(xiǎn)、操作風(fēng)險(xiǎn)及凍結(jié)狀態(tài)的維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，提出施工過程的防范措施；王志良等[13]提出在聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)過程中混凝土管片和鋼管比土層散熱速度快；楊超等[14]、李偉平等[15]采用數(shù)值模擬的方法結(jié)合聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)實(shí)測數(shù)據(jù)分析，提出改進(jìn)凍結(jié)孔布孔方式，提高凍結(jié)效率；孫立強(qiáng)等[16]通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)得出導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度場變化的規(guī)律，提出熱-力耦合的數(shù)值計(jì)算方法，為本文數(shù)值模擬提供指導(dǎo)；多名學(xué)者[17-20]通過建立三維數(shù)值模型，經(jīng)過實(shí)測數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)分析比較，驗(yàn)證了數(shù)值模擬方法的可行性。

綜上所述，前人對凍結(jié)溫度場的實(shí)測分析、數(shù)值模擬均取得不少成果，得到不同管片、布孔方式、熱物理參數(shù)對凍結(jié)的影響，并對施工過程的質(zhì)量控制方法和提高凍結(jié)效率進(jìn)行總結(jié)。但以往考慮多地層對凍結(jié)溫度場影響的數(shù)值模擬較少，對聯(lián)絡(luò)通道中不同斷面，如喇叭口位置，凍結(jié)發(fā)展規(guī)律有待進(jìn)一步深入分析。本文以上海市軌道交通15 號線聯(lián)絡(luò)通道為背景，用現(xiàn)場實(shí)測的泄壓孔壓力值、土體溫度、鹽水溫度等數(shù)據(jù)對凍結(jié)過程進(jìn)行深入分析，獲得不同斷面的凍結(jié)帷幕厚度及凍土發(fā)展速度，并通過ANSYS 平臺建立多地層的三維數(shù)值模型，結(jié)合獲得的模擬數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)作對比，討論濱海軟土對聯(lián)絡(luò)通道溫度場發(fā)展規(guī)律的影響，為今后上海聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)工程提供參考。

1 工程概況

上海市軌道交通15 號線羅秀路站—百色路站聯(lián)絡(luò)通道工程位于老滬閔路上中西路下方，上行線隧道中心標(biāo)高-16.58 m，地面標(biāo)高+4.22 m，下行線隧道中心標(biāo)高-16.61 m，地面標(biāo)高+4.38 m，聯(lián)絡(luò)通道線間距13.57 m，隧道所處地層為粉質(zhì)黏土夾粉土層，層厚2.8 m；灰色粉土層，層厚5.2 m，如圖1所示。凍結(jié)管總長度409.11 m，分東西2 段施工，東段(上行線)凍結(jié)長度345.93 m，西段(下行線)凍結(jié)長度63.23 m。

圖1 聯(lián)絡(luò)通道剖面Fig.1 Cross section of connected aisle

2 凍結(jié)加固方案設(shè)計(jì)

2.1 凍結(jié)加固方案

根據(jù)地層資料并結(jié)合以往上海聯(lián)絡(luò)通道施工經(jīng)驗(yàn)，采用“水平凍結(jié)加固土體+礦山法開挖”的施工方案。

聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)孔按上仰、水平、下俯3 種角度布置，拱頂及喇叭口處凍結(jié)效果較差區(qū)域采用雙排孔布置方式，共布置凍結(jié)孔68 個(gè)(上行線40 個(gè)，下行線 28 個(gè))，其中 4 個(gè)為對穿凍結(jié)孔，孔號為D5—D8；測溫孔共16 個(gè)，孔號為C1—C16；上、下行線各布置2 個(gè)泄壓孔，孔號為X1—X4，凍結(jié)孔及泄壓孔布置如圖2 所示。

2.2 監(jiān)測目的和內(nèi)容

通過對現(xiàn)場地層溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，分析凍結(jié)過程凍結(jié)效果，及時(shí)對凍結(jié)薄弱部位進(jìn)行加強(qiáng)凍結(jié)，保證凍結(jié)施工安全可靠。

a.去回路鹽水溫度監(jiān)測 每日進(jìn)行去回路鹽水溫度監(jiān)測并獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)節(jié)鹽水壓力閥門，通過放鹽水方式排除管中殘余空氣，保證地層凍結(jié)良好。

b.不同地層溫度監(jiān)測 聯(lián)絡(luò)通道共布設(shè)16 個(gè)測溫孔，通過測溫?cái)?shù)據(jù)計(jì)算凍結(jié)帷幕發(fā)展速度和厚度，判斷土層是否滿足開挖條件。

c.隧道管片與土體交界面溫度監(jiān)測 判斷該處土層凍結(jié)情況，保證通道安全。

圖2 聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)孔布置Fig.2 Layout of freezing holes in connected aisle

d.泄壓孔壓力監(jiān)測 在上、下行線隧道的聯(lián)絡(luò)通道處分別設(shè)置2 個(gè)泄壓孔，每日記錄并分析泄壓孔壓力值，及時(shí)了解凍結(jié)帷幕發(fā)展?fàn)顩r，通過釋放地層中凍脹壓力保證管片不受到破壞。

2.3 凍結(jié)設(shè)計(jì)參數(shù)

依據(jù)以往聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)工程的經(jīng)驗(yàn)，確定凍結(jié)設(shè)計(jì)參數(shù)，見表1。

表1 凍結(jié)設(shè)計(jì)參數(shù)Table 1 Frozen design parameters

2.4 測溫孔布置

聯(lián)絡(luò)通道共布置16 個(gè)測溫孔，其中上、下行線分別布置4、12 個(gè)測溫孔，為研究不同地層對聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)過程影響，在粉質(zhì)黏土夾粉土層布設(shè)3 個(gè)測溫孔C11—C13，其余測溫孔布設(shè)在灰色粉土層。因管片與地層交界處為凍結(jié)薄弱環(huán)節(jié)，各測孔第一個(gè)測點(diǎn)均布設(shè)在入土深度0.5 m 處，其余測點(diǎn)均沿孔深分布，詳細(xì)布置如圖3 所示，圖中i=[1,16]，表示測溫孔序號。

圖3 測孔內(nèi)測溫點(diǎn)布置Fig.3 Layout of measuring points in temperature monitoring

3 現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)分析

3.1 鹽水溫度

凍結(jié)初期冷凍機(jī)處于調(diào)試狀態(tài)，鹽水去回路溫度下降規(guī)律不明顯，溫差最高5.13℃；隨著時(shí)間推移，當(dāng)鹽水去路溫度降至-15℃時(shí)，此時(shí)冷凍機(jī)溫度保持在-27℃～-30℃，鹽水去回路溫差穩(wěn)定在1.7℃；當(dāng)鹽水溫度降至-29℃左右時(shí)基本保持不變，此時(shí)土層熱交換已達(dá)到平衡。

3.2 泄壓孔壓力

根據(jù)泄壓孔實(shí)測數(shù)據(jù)可知，凍結(jié)初期由于地層原有的固有壓力，各泄壓孔均有一定的初始壓力；凍結(jié)28 d 左右，各泄壓孔均開始漲壓，這說明凍結(jié)孔已經(jīng)交圈；凍結(jié)36 d 左右，4 個(gè)泄壓孔的壓力基本達(dá)到最大值，X1—X4 分別為0.22、0.21、0.18、0.22 MPa。凍結(jié)第41 天對4 個(gè)泄壓孔進(jìn)行分次壓力釋放，第42 天時(shí)壓力泄至0.1 MPa，最后泄至0，第45 天時(shí)開始開挖，泄壓孔被破壞，停止記錄。從圖4 可以看出，泄壓孔X4 漲壓最大，最大漲幅值為0.12 MPa，根據(jù)文獻(xiàn)，上海聯(lián)絡(luò)通道泄壓孔壓力值普遍漲至0.4 MPa 左右，可見本聯(lián)絡(luò)通道泄壓孔壓力漲幅較小。主要是由于向地層中注入一定量水泥漿，一方面能降低土層液化，另一方面起到抑制地層凍脹的作用，因此，在鉆孔期間注入一定量水泥漿可導(dǎo)致泄壓孔壓力漲幅減小。

圖4 泄壓孔壓力隨凍結(jié)時(shí)間變化曲線Fig.4 Variation curves of pressure of pressure relief holes with freezing time

3.3 土體溫度

通過比較測溫孔C11—C13 和C1—C4 溫度值，區(qū)別不同地層凍結(jié)狀況，C1、C4 位于凍結(jié)管外側(cè)，C2、C3、C11—C13 位于凍結(jié)管內(nèi)側(cè)。

以曲線C1-2 為例，溫度變化曲線可以分為4個(gè)階段：第一階段，由于凍結(jié)初期土體和鹽水溫差大，兩者間產(chǎn)生劇烈熱交換，各測點(diǎn)溫度下降速度快，該階段持續(xù)10 d 左右，平均降溫速度1.24℃/d；第二階段，土體溫度低于10℃后，其下降速度經(jīng)短暫減小后又逐漸變大，這說明凍結(jié)區(qū)域受外圍土體溫度影響的效果減?。坏谌A段，土體溫度低于0℃后，曲線明顯變緩，這說明該階段內(nèi)各凍結(jié)圓柱已經(jīng)交圈，該階段持續(xù)時(shí)間 15 d，平均降溫速度0.35℃/d；第四階段，聯(lián)絡(luò)通道開始開挖，期間仍然保持積極凍結(jié)，各測溫孔測點(diǎn)溫度繼續(xù)下降，而測溫孔C2、C3 的測點(diǎn)溫度卻逐漸回升。第61 天，曲線 C2-1 和 C2-2 溫度分別達(dá)到極大值-2.5℃和-6.31℃，這是由于開挖過程工作面長時(shí)間暴露在空氣中以及風(fēng)鎬對土體傳熱，導(dǎo)致土體溫度回升。

比較圖5a 和圖5b 各測溫孔測點(diǎn)溫度下降規(guī)律可知，測點(diǎn)埋設(shè)深度越深，降溫效果越顯著。主要是因?yàn)榭拷摴芷耐馏w，管片與外界空氣接觸進(jìn)行熱交換，且鋼管片比土體的導(dǎo)熱系數(shù)大，造成土體的冷量損失越大，而越靠近凍結(jié)管的土體，周圍溫度越低，降溫的幅度也越大。

比較圖5a 和圖5b 相同深度的測點(diǎn)可知，C1-1和C4-1 平均降溫為0.57℃/d；C2-1 和C3-1 平均降溫為0.94、0.85℃/d，可知C2-1、C3-1 降溫速度大于C1-1、C4-1，這是由于凍結(jié)管外側(cè)土體與非凍結(jié)區(qū)域恒溫土體持續(xù)進(jìn)行熱交換，而凍結(jié)管內(nèi)側(cè)土體沒有受到外界干擾，溫度不斷下降，因此，相同深度處凍結(jié)管外側(cè)測點(diǎn)比凍結(jié)管內(nèi)側(cè)的降溫幅度小。

圖5 不同測點(diǎn)溫度變化曲線Fig.5 Temperature change curves at different measuring points

由圖5c 可知，測點(diǎn)C11-1 比測點(diǎn)C11-2 溫度低，是由于測溫孔C11 離下行線鋼管片上布設(shè)的冷排較近，因此，C11-1 比C11-2 的降溫幅度大，且最終溫度也比同一高度同一深度的其他測溫孔測點(diǎn)溫度低。

在開挖階段，測溫孔C2、C3、C11—C13 部分測點(diǎn)受到施工影響都有明顯的溫度回升，隨著開挖面的不斷推進(jìn)，溫度也有所波動(dòng)，但由于測點(diǎn)C12-2、C13-2 與開挖部位的垂直距離較遠(yuǎn)，受到的影響較小，因此，測點(diǎn)C11-2、C13-2 溫度仍舊保持下降趨勢。

3.4 凍結(jié)帷幕計(jì)算結(jié)果分析

選擇入土深度0.5 m 處測點(diǎn)作為研究對象，C1—C4 位于灰色粉土層，C11—C13 位于粉質(zhì)黏土夾粉土層，根據(jù)公式v=s/t，其中v為凍土發(fā)展速度，mm/d；s為測溫孔與最近凍結(jié)孔距離；mm、t為溫度下降至0℃所用時(shí)間，d，推算凍土日發(fā)展速度，見表2。

由表2 可知，上行線中，土體凍結(jié)向內(nèi)發(fā)展速度比向外發(fā)展速度快；灰色粉土凍結(jié)效果比粉質(zhì)黏土夾粉土凍結(jié)效果好。

以上行線凍結(jié)孔D1 為研究對象，取凍結(jié)帷幕向內(nèi)發(fā)展速度為29.75 mm/d，45 d 發(fā)展半徑為1 338.75 mm；向外為20.89 mm/d，45 d 發(fā)展半徑為940.05 m，內(nèi)外側(cè)發(fā)展速度比值為1.42。由此推算凍結(jié)帷幕厚度為2 278.8 mm，實(shí)際有效厚度為1 983.05 mm，喇叭口處凍結(jié)帷幕設(shè)計(jì)厚度為1 700 mm，因此，凍結(jié)45 d 滿足開挖條件。

表2 根據(jù)各測溫孔溫度計(jì)算凍土擴(kuò)展速度Table 2 Freezing wall propagation speed calculation based on the temperature

3.5 凍結(jié)帷幕平均溫度

由于凍結(jié)站鄰近凍結(jié)主面，鹽水經(jīng)過凍結(jié)主面循環(huán)至凍結(jié)輔面會造成冷量損失，因此，需考慮輔面喇叭口和正常段凍結(jié)帷幕厚度和平均溫度，以所處灰色粉土地層的測溫孔C7—C10 作為研究對象，通過計(jì)算得到表3。

表3 開挖前不同斷面凍結(jié)情況Table 3 Freezing state of different sections before excavation

凍結(jié)至45 d 時(shí)，凍結(jié)帷幕厚度均超過設(shè)計(jì)值，凍結(jié)帷幕平均溫度均低于-10℃，滿足開挖條件。

由表3 可以看出，同一部位喇叭口凍結(jié)帷幕有效厚度都比正常段凍結(jié)帷幕有效厚度薄，因此，在凍結(jié)過程需對喇叭口處凍結(jié)效果進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，保證工程安全。

對比表2、表3 可知，主面灰色粉土層凍結(jié)帷幕發(fā)展速度小于輔面灰色粉土層凍結(jié)帷幕最小發(fā)展速度，這是由于輔面受到主、輔2 側(cè)凍結(jié)管加強(qiáng)凍結(jié)的影響，地層吸收冷量大，因此，凍結(jié)效果比主面好。

4 數(shù)值模型建立及分析

4.1 模型建立

地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)溫度場的發(fā)展規(guī)律與其所處地層的密度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)以及施工過程鹽水溫度變化有關(guān)。采用ANSYS 有限元軟件對上海軌道交通15 號線羅秀路站—百色路站區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)工程進(jìn)行非線性瞬態(tài)熱分析。

4.1.1 定義單元類型及材料屬性

凍結(jié)過程溫度場計(jì)算采用非線性瞬態(tài)熱分析，溫度單元選用SOLID70，聯(lián)絡(luò)通道處于灰色粉土層與粉質(zhì)黏土夾粉土層，各地層物理力學(xué)參數(shù)見表4。

4.1.2 建立數(shù)值模型并劃分網(wǎng)格

考慮凍結(jié)施工對周邊環(huán)境的影響，計(jì)算模型邊界尺寸選取實(shí)際工程的5 倍大小，長、寬、高分別為30、24、36 m，隧道和凍結(jié)管按實(shí)際工程1︰1 建立，考慮凍結(jié)管偏斜及所處位置，在地層中共創(chuàng)建68 根89 mm×8 mm 凍結(jié)管，并通過布爾運(yùn)算將隧道、聯(lián)絡(luò)通道和凍結(jié)管形成整體模型，如圖6 所示。對凍結(jié)管區(qū)域附近網(wǎng)格密度設(shè)置0.2 m，遠(yuǎn)離凍結(jié)管網(wǎng)格密度設(shè)置0.5 m，共劃分877 955 個(gè)單元，如圖7 所示。

表4 地層物理力學(xué)參數(shù)表Table 4 Physical and mechanical parameters of formation

圖6 隧道和凍結(jié)管結(jié)構(gòu)Fig.6 Structural drawing of tunnel and freezing pipe

圖7 計(jì)算模型有限元網(wǎng)格Fig.7 Finite element mesh of computing mode

4.1.3 施加荷載

根據(jù)氣象資料和地層測溫?cái)?shù)據(jù)，假定本模型初始地溫為24℃，鹽水溫度施加在凍結(jié)管邊界上，凍結(jié)天數(shù)為3、10、18、30、45 d 時(shí)，鹽水溫度分別為-18、-24、-26、-29 和-29℃。

4.1.4 溫度場微分方程

人工凍結(jié)法施工過程，凍結(jié)區(qū)域的溫度場呈非線性瞬態(tài)熱變化，從工程實(shí)測溫度數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，土體凍結(jié)是一個(gè)相變過程，所采用的溫度場微分方程[16]如下：

式中：λ為導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；qv為單位體積的材料在相變過程放出或吸收的熱量，J/m3；ρ為密度，kg/m3；c為比熱容，kJ/(kg·℃)；T為溫度，℃。

4.2 計(jì)算結(jié)果與分析

凍結(jié)工程剖面云圖分為4 個(gè)階段，如圖8—圖9所示。

由圖8 可以得出，凍結(jié)第11 天，凍結(jié)初期距離凍結(jié)管近的土體溫度較低，這是由于低溫鹽水通過凍結(jié)管循環(huán)將周圍土體溫度轉(zhuǎn)移，距離越近溫度下降越快，聯(lián)絡(luò)通道中心處頂部和底部與凍結(jié)管距離較遠(yuǎn)，且地層導(dǎo)熱系數(shù)低，導(dǎo)致凍結(jié)速度慢；通過模擬結(jié)果分析，將凍結(jié)云圖分為4 個(gè)階段，分別是1～11、12～22、23～33、34～45 d，降溫速率分別為0.61、0.79、0.90 和0.77℃/d，說明凍結(jié)開始時(shí)凍結(jié)管交叉區(qū)域?qū)囟葓鼍哂屑铀僮饔?，隨著凍結(jié)時(shí)間增加，凍結(jié)交叉區(qū)域凍結(jié)效果減弱，各個(gè)部位凍結(jié)差異逐漸減小。

由圖9 可知，凍結(jié)第11 天，橫排凍結(jié)管周圍土體溫度比豎排凍結(jié)管周圍土體溫度低0.9℃，說明雙排管凍結(jié)效果比單排管凍結(jié)效果好；隨著凍結(jié)時(shí)間增加，凍結(jié)22 d 聯(lián)絡(luò)通道中心位置溫度下降，部分土體溫度降至0℃以下，這是由于凍結(jié)機(jī)組調(diào)試穩(wěn)定，鹽水溫度已經(jīng)下降至-27℃，且聯(lián)絡(luò)通道中心處凍結(jié)管分布密集，溫度下降趨勢明顯；直至第45 天，可以看出凍結(jié)帷幕厚度已超過2 m，凍結(jié)效果良好，滿足開挖條件。

4.3 數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)對比

為探究不同地層的模擬結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，選擇位于灰色粉土和粉質(zhì)黏土夾粉土的測溫孔C4 和C13，測點(diǎn)位置分別位于入土深度1.9 m 和2.9 m 處。按照相同入土深度選取數(shù)值模型上的M4和M13，編號分別為M4-2 和M13-2。

通過實(shí)測點(diǎn)與模擬點(diǎn)比較發(fā)現(xiàn)(圖10)，C4-2 和M4-2 溫度下降至0℃時(shí)間分別為29 d 和27 d，日平均降溫分別為0.74、0.85℃。凍結(jié)初期，由于凍結(jié)機(jī)組處于調(diào)試狀態(tài)，溫度下降規(guī)律并不統(tǒng)一，模擬結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)溫差較大，第20 天溫差最大值為1.58℃。隨著實(shí)測點(diǎn)和模擬點(diǎn)溫度均下降至0℃以下，實(shí)測值與模擬值溫差縮小，凍結(jié)至第45 天溫差最小值為0.67℃。由于溫度場模擬假設(shè)土體為均質(zhì)各向同性材料，但實(shí)際不同位置土體的物理力學(xué)指標(biāo)有小幅變化，因此，模擬結(jié)果比實(shí)測數(shù)據(jù)略小，但溫度變化規(guī)律基本相同。

圖8 不同凍結(jié)時(shí)間沿z 軸剖面凍結(jié)溫度場變化Fig.8 Variation of freezing temperature field along z-axis profile

圖9 不同凍結(jié)時(shí)間沿x 軸剖面凍結(jié)溫度場變化Fig.9 Variation of freezing temperature field along x-axis profile

通過比較降溫曲線(圖10)可以看出，曲線C13-2位于C4-2 下方，這是由于測點(diǎn)C13-2 處于主、輔面凍結(jié)管交叉部位，周圍土體吸收冷量多，導(dǎo)致溫度下降速度快且最終溫度低。

當(dāng)?shù)貙訙囟冉抵?℃以下，周圍水分遷移將受到凍結(jié)帷幕的阻礙，但本文所建模型并未考慮滲流邊界條件，模擬點(diǎn)M13-2 并未受到明顯影響，而測點(diǎn)C13-2 因凍結(jié)帷幕阻礙水分轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致溫度下降趨勢減小。因此，當(dāng)溫度降至0℃后，實(shí)測與模擬的溫差擴(kuò)大，但隨著凍結(jié)過程的繼續(xù)，最終溫度逐漸重合。

綜上所述，模擬點(diǎn)與實(shí)測點(diǎn)溫差較小，在20 d后，模擬結(jié)果與實(shí)測溫度值出現(xiàn)略微偏差，但總體降溫趨勢與實(shí)測值吻合。由于施工現(xiàn)場的不可預(yù)測因素等影響，實(shí)測數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果存在一些誤差是可接受的，可以認(rèn)為，數(shù)值模型可以較為準(zhǔn)確地描述溫度場發(fā)展規(guī)律?；贏NSYS 有限元軟件模擬上海軌道交通15 號線聯(lián)絡(luò)通道多地層溫度場的發(fā)展規(guī)律，得到不同凍結(jié)時(shí)期的溫度場分布云圖，可以直觀地看到聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)效果，并通過實(shí)測數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)比較，得出灰色粉土比粉質(zhì)黏土夾粉土凍結(jié)效果好。

圖10 實(shí)測與模擬溫度偏差變化Fig.10 Variation of measured and simulated temperature deviation

5 結(jié)論

a.地層壓力可分為3 個(gè)階段，凍結(jié)初期土層中存在固有壓力；當(dāng)凍結(jié)至28 d 時(shí)，泄壓孔開始漲壓，說明凍結(jié)管已經(jīng)交圈；凍結(jié)至36 d 后，泄壓孔壓力保持穩(wěn)定不變。埋設(shè)凍結(jié)管期間注入一定量水泥漿，一方面可降低土層液化，另一方面減小凍結(jié)過程凍脹的影響。

b.凍結(jié)過程中各測點(diǎn)溫度變化趨勢大致相同，可分為4 個(gè)階段?？拷淼拦芷瑴y點(diǎn)受空氣對流換熱影響，比埋設(shè)深度大的測點(diǎn)降溫效果弱，且離凍結(jié)管越近的土體降溫幅度越大；凍結(jié)管外側(cè)測孔受非凍結(jié)區(qū)域的影響，比凍結(jié)管內(nèi)側(cè)測孔降溫速度慢，建議凍結(jié)時(shí)加強(qiáng)對凍結(jié)不利區(qū)域溫度監(jiān)測，保證凍結(jié)帷幕厚度和平均溫度滿足要求。

c.根據(jù)鹽水溫度、泄壓孔壓力、地層溫度場等參量的綜合評價(jià)，判斷凍結(jié)帷幕達(dá)到設(shè)計(jì)要求，依據(jù)各測溫孔溫度計(jì)算凍結(jié)發(fā)展速度，得到凍結(jié)帷幕內(nèi)外側(cè)發(fā)展速度比值為1.42，灰色粉土層、粉質(zhì)黏土夾粉土層降至 0℃的發(fā)展速度分別為 29.75、20.02 mm/d，說明灰色粉土層凍結(jié)效果比粉質(zhì)黏土夾粉土凍結(jié)效果好。

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