人工地层冻结技术不受支护范围和支护深度的限制,施工过程中占地面积较小且不会产生二次污染,在城市挖掘、煤矿、隧道、地铁等地下基础工程领域中有广阔的应用。由于冻土是一种热稳定性极差的材料,其物理性质及水理性质会受到温度的改变而发生巨大的变化,常见的工程事故多由冻结过程中冻结壁的发育不完全造成。因此,研究使用人工地层冻结法加固联络通道时,冻土帷幕的温度场的分布和演化规律对实际工程有重要的指导意义。本文依托南宁地铁3号线东葛路站-滨湖路站区间内联络通道冻结法施工工程展开研究。首先介绍了传热过程中,温度场分布和演化的基本理论及相关参数;其次,通过调研现场资料,开展了有关冻结过程的工艺流程、冻结站的设计及冻结孔布设的研究。基于积极冻结和维护冻结过程中测温孔温度监测数据及南宁地区典型土层热物理参数,使用ADINA有限元软件的温度场模块建立了三维数值模型。将模拟计算得到的温度场模型中各测温点处温度分布变化情况与现场数据进行对比分析,验证了三维数值模型的准确性。最后,在此基础上讨论在导热系数、相变潜热、土体材料、盐水降温计划以及原始地温发生变化的情况下,冻结管周围土体的温度场演化规律以及冻结壁的发育状况。主要得出结论如下:(1)冻结初期,土体降温速度较快,冻结至0℃后,土层降温速度减缓,直至冻结至设计最低冻结温度。数值模型计算结果与现场实测数据总体趋势一致且降温程度基本相同,冻结降温过程可近似用二次曲线描述。(2)冻结至40天时,各特征面上的温度均达到设计要求,施工过程中最薄弱环节为X=-6.7m处的联络通道顶端及X=-9.755m处的联络通道两侧,建议在相应位置多加设冻结管以保证施工质量。冻结40天时-1℃等温线在危险截面处可以完全包络联络通道和集水井,因此在此冻结效果下可以实现安全施工。(3)在环境因素的影响下,土体的冻结效果也会呈现出一定的差异性:导热系数越大,原始地温越低,土层降温速度越快;导热系数分别增大和减小30%,土体降至0℃需要用时最多相差15天。相变潜热对土体降温的影响十分有限。原始地温在土层冻结至0℃前对降温效果的影响较为显著而在0℃以后影响逐渐减小。相应的,盐水降温计划的差异性会较大的影响到土层最终冻结温度,在土层温度降至0℃以前,不同盐水降温计划下土体温度发展规律几乎相同。不同土层进行冻结得到的冻结效果不同,砂土的冻结效果要明显优于黏土;经水泥改良后的土体降温速度更快。所得结果可为在南宁地区使用人工地层冻结技术设计及施工提供相应的理论指导。