НИТУ «МИСиС», Москва, Россия:

Николаев П. В., доцент, канд. техн. наук, pvnikolaev@misis.ru

Представлены аналитические зависимости, позволяющие определить расход твердого криоагента при искусственном замораживании грунтов одиночной замораживающей колонкой при его сублимации непосредственно в ней. Справедливость полученных зависимостей доказана путем сравнения результатов расчета по полученным зависимостям с результатами математического моделирования методом конечных элементов для условий искусственного замораживания грунтов твердым диоксидом углерода («сухим льдом»). Представленные зависимости могут быть также использованы при определении расхода криоагента в процессе создания водонепроницаемых ледогрунтовых перемычек группой замораживающих колонок.

1. Шуплик М. Н. Обоснование и разработка ресурсосберегающих технологий замораживания грунтов при строительстве городских подземных сооружений : дис. … д-ра техн. наук. – М., 1989. – 325 с.
2. Тараненко И. Н., Никифоров К. П., Киселев В. Н., Депланьи Е. А. Применение искусственного замораживания грунтов при сооружении межтоннельной сбойки Серебряноборских тоннелей // Метро и тоннели. 2008. № 2. С. 20–23.
3. Николаев П. В. Опыт и перспективы развития ресурсосберегающих технологий замораживания грунтов в городском подземном строительстве // ГИАБ. 2014. № 2. С. 367–371.
4. Shuplik M., Nikolaev P. Advanced ground freezing method and its applications in underground construction // Geotechnical Construction of Civil Engineering & Transport Structures of the Asian-Pacific Region : International Geotechnical Symposium. 2018. MATEC Web of Conferences. 2019. Vol. 265. 04021. DOI: 10.1051/matecconf/201926504021
5. Nikolaev P., Shuplik M. Low-temperature ground freezing methods for underground construction in urban areas // Geotechnical Construction of Civil Engineering & Transport Structures of the Asian-Pacific Region : International Geotechnical Symposium. 2018. MATEC Web of Conferences. 2019. Vol. 265. 04020. DOI: 10.1051/matecconf/201926504020
6. Плешко М. С., Плешко М. В., Войнов И. В., Костюхов А. В. Анализ напряженно-деформированного состояния обделки двухпутного тоннеля на различных стадиях размораживания грунтового массива // ГИАБ. 2019. № 10. С. 160–171.
7. Семин М. А., Левин Л. Ю., Пугин А. В. Расчет земных теплопритоков при искусственном замораживании породного массива // ФТПРПИ. 2020. № 1. С. 162–171.
8. Николаев П. В. Обоснование параметров технологии замораживания грунтов с использованием твердого диоксида углерода в подземном строительстве : дис. … канд. техн. наук. – М., 2016. – 152 с.
9. Желнин М. С., Костина А. А., Пантелеев И. А., Плехов О. А., Левин Л. Ю. Термо-гидро-механическая модель процесса формирования ледопородного ограждения // XII Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики : сб. тр. – Уфа, 2019. С. 636–638.
10. Семин М. А. Исследование состояния ледопородного ограждения строящихся шахтных стволов посредством численного решения двумерной задачи Дарси-Стефана // Горное эхо. 2019. № 1(74). С. 78–83.
11. Левин Л. Ю., Сёмин М. А., Богомягков А. В., Паршаков О. С. Применение программного комплекса “FrozenWall” для расчета искусственного замораживания пород // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2019. № 4. С. 269–282.
12. Дубинин А. М., Осминкина А. С. Экспериментальные исследования и моделирование процесса замораживания влажного грунта // Холодильная техника. 2019. № 11. С. 46–49.
13. Harris J. S. Ground Freezing in Practice. – London : Thomas Telford, 1995. – 264 p.
14. Трупак Н. Г. Замораживание грунтов в подземном строительстве. – М. : Недра, 1974. – 280 с.
15. Vitel M., Rouabhi A., Tijani M., Guérin F. Thermo-hydraulic modeling of artificial ground freezing: Application to an underground mine in fractured sandstone // Computers and Geotechnics. 2016. Vol. 75. P. 80–92.
16. Королёв И. О. Обоснование параметров технологии замораживания грунтов при нерегулярном расположении колонок : дис. … канд. техн. наук. – М., 1987. – 149 c.
17. Lunardini V. J., Varotta R. Approximate Solution to Neumann Problem for Soil Systems // Journal of Energy Resources Technology. 1981. Vol. 103. No. 1. P. 76–81.
18. Шуплик М. Н., Вакуленко И. С. Особенности формирования ледопородного ограждения после окончания подачи холодоносителя в замораживающие колонки // ГИАБ. 2019. № 5. C. 44–50.
19. Ting Li, Yang Zhou, Xiang-you Shi, Xiao-xue Hu, Guo-qing Zhou. Analytical solution for the soil freezing process induced by an infinite line sink // International Journal of Thermal Sciences. 2018. Vol. 127. P. 232–241.
20. Yang Zhou, Xiao-xue Hu, Ting Li, Dong-hai Zhang, Guo-qing Zhou. Similarity type of general solution for one-dimensional heat conduction in the cylindrical coordinate // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2018. Vol. 119. P. 542–550.
21. Haibing Cai, Liuxun Xu, Yugui Yang, Longqi Li. Analytical solution and numerical simulation of the liquid nitrogen freezing-temperature field of a single pipe // AIP Advances. 2018. Vol. 8. Iss. 5. 055119. DOI: 10.1063/1.5030442
22. Minghan Xu, Saad Akhtar, Zueter A. F., Auger V., Mahmoud A. Alzoubi et al. Development of Analytical Solution for a Two-Phase Stefan Problem in Artificial Ground Freezing Using Singular Perturbation Theory // Journal of Heat Transfer. 2020. Vol. 142. Iss. 12. 122401. DOI: 10.1115/1.4048137
23. Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача. – 3-е изд., перераб. и доп. – М. : Энергия, 1975. – 486 c.
24. Rui Hu, Quan Liu, Yixuan Xing. Case Study of Heat Transfer during Artificial Ground Freezing with Groundwater Flow // Water. 2018. Vol. 10. Iss. 10. 1322. DOI: 10.3390/w10101322
25. Rui Hu, Quan Liu. Simulation of Heat Transfer during Artificial Ground Freezing Combined with Groundwater Flow // Proceedings of the 2016 COMSOL Conference. – Munich, 2016.
26. Shibing Huang, Yunlin Guo, Yanzhang Liu, Lihua Ke, Guofeng Liu et al. Study on the influence of water flow on temperature around freeze pipes and its distribution optimization during artificial ground freezing // Applied Thermal Engineering. 2018. Vol. 135. P. 435–445.
27. Pimentel E., Sres A., Anagnostou G. Modelling of ground freezing in tunnelling // Underground Space – the 4^th Dimension of Metropolises. – London : Taylor & Francis Group, 2007. Vol. 1. P. 331–336.