[发明专利]一种推测冻结帷幕发展情况的算法

说明书

技术领域

本发明主要应用于采用冻结法施工的技术领域，运用傅里叶变换法探究热传导过程中冻结壁周围温度场的发展情况。

背景技术

随着城市化进程的加快，人们越来越重视对地下空间的开发和利用。地下空间各种复杂的工程地质和水文地质条件，如软土、含水不稳定层、流砂、高水压及高低压地层，在这种复杂环境下施工，常规施工方法不能维持周围土体稳定，而人工冻结施工技术能够成功的克服在这种特殊环境中施工的各种困难。

人工地层冻结法施工是利用人工制冷的方法，将低温冷媒送入地层，把要开挖体周围的地层冻结成封闭的连续冻土墙，以抵抗地压、隔绝地下水和开挖体之间的联系。然后在这封闭的连续冻土墙的保护下，进行开挖和做永久支护的一种特殊地层加固方法。

进入二十一世纪，我国在地铁隧道工程中大量使用冻结法施工，已建的上海地铁四号线董家渡段修复工程中破坏隧道于完好隧道对接段，沪崇苏大通道长江隧道工程8个联络通道施工均采用冻结法施工。广州地铁三号线天河客运站折返线隧道全长138.8m，隧道最浅覆土埋深8m，为单孔双线隧道，全部采用冻结加固，机械挖掘进行施工。目前，冻结法已经在北京地铁、上海地铁、南京地铁、广州地铁和深圳地铁等得到广泛应用。

冻结法施工的关键是冻结帷幕的形成时间及厚度，冻土帷幕的性状受到制冷系统运行状态、边界散热、施工工况等影响。冻结壁是具有弹塑性的粘滞体，在外荷载作用下呈现弹性和塑性变形，并产生松弛现象。如果塑性区塑性变形超过允许值，冻结壁和冻结管可能遭受破坏。因此，冻结壁厚度既要满足强度条件，又要满足变形条件的要求，对施工中冻结壁的温度场进行实时检测是冻结法施工的关键内容。

研究发现人工冻土帷幕的温度发展可以简化为稳态温度场，即可以由测孔的温度来推算冻土帷幕的厚度，推算公式为：

T=T1ln(r2/r1)ln(r2/r)]]>

式中：T为冻土温度；T为冻结管内冷媒剂（盐水）温度；r为冻结柱内任意点至冻结管中心的距离；r₁为冻结管外半径；r₂为冻结柱的外半径。

冻结壁的平均温度主要与盐水温度、冻结孔间距、冻结壁厚度、冻结管直径、土层的含水率、密度以及热系数等因素有关。因此需要准确定位测点的温度，及进一步了解土体周围温度分布，从而得到冻土帷幕的厚度。

如今在人工冻结施工过程中，通常是在冻结器圈径的内外侧设置测控点，用温度传感器测量各个测温孔的温度，转化为数字信号传送至中央处理器，经过数据处理后显示冻结壁的温度场的发展状况。

但在实践中发现，当采用传统的温度传感器法测量施工土层的温度时，往往需要布置多个温度传感器，此过程消耗大量的人力物力。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供了一种推测冻结帷幕发展情况的傅里叶变换算法，可以仅仅设置3-5个温度传感器，通过计算就能得到冻结帷幕温度场的分布，方便简便。

为了达到以上目的，本发明采用了以下技术方案：

一种推测冻结帷幕发展情况的算法，包括以下步骤：

利用傅里叶变换得到冻结帷幕中冻结孔周围温度传导公式；

在温度传导公式的基础上，引入边界条件以及土体参考参数k_界面和k_主面，得到冻结帷幕中冻结孔的界面和主面上的温度传导公式；

采用温度传感器监测并采集冻结帷幕中冻结孔的主面和界面上的实时温度数据和冻结时间数据；

将实时温度数据和冻结时间数据代入冻结孔的界面和主面上的温度传导公式，通过归一化处理确定冻结孔的界面和主面上的温度传导公式中的参数a；