盾构隧道始发水平冻结法施工温度场参数研究

为研究盾构始发采用水平冻结法情况下不同因素对温度场变化的影响，依托郑州地铁8号线一期工程采用Abaqus进行数值模拟分析，研究水平冻结法施工中盐水温度、起始地温、相变潜热、土层导热系数、土层比热容、混凝土导热系数对温度场的影响。结果表明：冻结盐水温度、土层比热容与导热对温度场影响较大；起始地温、相变潜热对温度场影响较小；混凝土导热系数对温度场几乎无影响。本文所研究的参数对温度场的变化情况可为类似工程水平冻结法施工提供参考。

随着城市地下交通的迅速发展，盾构法在基础设施建设中应用得越来越广泛。在盾构始发作业过程中，由于土体一般不符合自稳要求，所以需要对土体进行改良，在盾构隧道作业中，盾构进出洞事故频发的阶段，作业风险较大。在盾构始发作业中，对隧道端头土体进行加固是非常重要的，因此，对端头土体加固方式的正确选择是顺利作业的保证，冷冻法经过大量的实践证明，其加固效果很好。由于冷冻法施工中温度场在土层中的变化决定了冻结的范围以及冻土的强度，所以研究影响温度场变化的参数具有实际意义。

现有学者针对类似工程已经开展了大量的研究。胡向东[1]等通过水–热异类相似原理，根据传热过程与地下水流动相似的特点，利用保角映射、汇源反映和势函数叠加原理，类比推导了环形单圈冻结管稳态温度场解析解；袁云辉[2]等ADINA 有限元软件对该浅埋暗挖隧道涌水段建立冻结温度场数值模型， 分析了冻结管间距、冻结盐水温度、冻结管直径对冻结壁发展速率、冻结壁厚度、平均温度的影响；盛天宝[3]等通过收集多个井筒的多圈孔冻结方案和施工资料，开展了多圈孔冻结壁温度场实测，得出了冻结壁厚度计算与外圈、中圈与内圈的关系；李攀[4]等通过ANSYS 有限元软件究和总结了冻土帷幕温度动态演化机理，包括冻土帷幕发展规律、交圈规律、平均温度发展规律及冻土帷幕有效厚度发展规律；石荣剑[5]等针对软土地层中盾构地中对接冻结加固施工边界条件复杂、形成冻结壁体积小且形状不规则的特点，按照相似理论设计进行了冻结加固模型试验，分析了冻结过程中地层温度场的分布规律，得出了冻结壁形状与外圈冻结管的布置形式相似等规律；焦华喆[6]等通过数值模拟软件COMSOL Multi-physics 建立多物理场耦合对温度场发展进行研究，研究了冻结壁发展速度与冻结壁交圈时间等因素；向亮[7]等通过理论分析与数值模拟探讨了红砂岩地层单管冻结瞬态温度场计算公式和稳态温度场计算公式的适用性。

综上，冻结温度场研究多集中在单圈冻结管与多圈冻结管的温度场变化计算上，如何分析不同参数对温度场变化的影响以及进行精细化建模，是分析冻结法冻结土层范围的关键。因此，本研究以郑州市某区间盾构始发采用水平冻结法为依托， 采用ABAQUS 对冻结法温度场进行模拟， 对影响温度场变化的不同因素进行分析，为相关冻结法隧道施工提供指导。

2. 工程概况 郑州地铁八号线一期工程同乐站～丰庆路站区间左线起点里程ZDK29 + 573.517， 终点里程ZDK30 +