陈 峰
（安徽理工大学经济与管理学院，安徽 淮南 232001）
【摘 要】本文在冻结壁温度场模型基础上，运用单元网格划分法，通过Visual C++编译器，开发并设计了深厚表土冻结法凿井信息化施工管理系统软件。本软件通过实际施工的状况和监测到的数据，探索和研究施工参数有效性以及冻结壁的稳定，对工程施工进行优化和必要的修改，确保冻结法凿井安全、有效、经济、优质的实施。
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关键词 冻结壁温度场；信息可视化；软件开发；模型
0 引言
近几年许多新建矿井均采用冻结法凿井施工[1-3]，冻结法凿井是一种深厚表土中开凿井筒的有效方法。在施工过程中信息化的完善和建立，能够有效的满足现场施工人员随时掌握冻结温度、冻结壁、井壁的安全状况等信息，为采用冻结法凿井的实际施工提供可靠的依据。
计算机信息化施工是计算机技术、可视化技术与现场实际施工相互结合的一门交叉学科[6-8]，它是在实际施工过程中对施工状况进行不断的监测，监测的结果输入计算机，由计算机对其进行分析，根据分析的结果对下一步的施工进行预测，如果预测结果是安全的，则进行下一步的施工，否则就要采取必要措施对施工参数进行调整，必要时给予警报，直至下一步施工是安全的。如此循下进行下去，直至工程施工结束。在岩土工程的领域中，如：隧道施工、大坝工程监测及自动化管理、高层建筑深基坑开挖等方面，计算机信息化施工系统正在普及和使用，为施工安全。
1 需求分析
（1）考虑不同层面冻结管实际凿孔偏斜，准确得出冻结壁温度场的分布规律；
（2）通过冻土变形条件和强度分析冻结温度场是否达到指定的厚度与强度要求，是否满足变形条件等；
（3）根据测温孔的实际温度对冻结壁温度场、有效厚度、平均温度等进行分析；
（4）通过测温孔的温度下降趋势，判断冻结壁温度场的变化；
（5）在满足井筒掘进速度的同时对井帮温度作合理预测，指导安全高效施工。
2 系统的总体架构
在面向对象的系统分析基础上，在Windows XP下开发冻结计算机信息化施工系统的应用软件。本系统的开发语言选择的是Microsoft公司的Visual C++ 6.0编译器，经过充分的分析和比较，本系统采用的数据库类型为Microsoft Acess2003。最终系统总体结构如图1所示。
3 深厚表土冻结法凿井信息化施工管理系统的设计与开发
3.1 数据库设计
根据系统分析，深厚表土冻结法凿井信息化施工管理系统的数据库E-R图，如图2所示。以此为基础，用Access2003建立了2个数据表，分别来记录频率数据和压力、应力计算结果。
3.2 系统主要类的层次
在计划和需求分析阶段完成之后，用面向对象的方法设计出软件的类层次结构是关系到软件成败和好坏的关键，在经过充分的准备和比较之后，确定本系统的基本类层次结构，如图3所示。
在系统的类层次结构图中，最有特色也是最为重要的部分是冻结井筒类、冻结井可视化窗口类和数据库管理类，它们构成了冻结井计算机信息化施工系统的核心，下面将简要介绍这几个类的整体设计：
1）井筒类
井筒类只是定义了井筒的一些基本信息(属性），它本身并无具体的方法，其声明如下：
class Shaft{
// 属性：
CString Name;//井筒的名称
float fThickness;//井壁厚度
SHAFTTYPE Type;//井筒的类型
float fDepth;//井筒的设计深度
float fDiameter;//井筒的直径
float fAltitude;//井口标高
int iStratumCount;//穿过地层总数
CObArray* pStratums;//地层数组指针
};
2）冻结井筒类
冻结井筒类从井筒类派生出来，它继承了井筒类的属性，此外它还有本身的属性和方法，其声明如下：
class FrozenShaft : public Shaft{
//属性：
float fBrineT; //盐水温度
float fDugDiameter; //冻土掘进直径
float fMaxPressure; //最大地压值
Stratum* pControlStratum; //控制层位指针
float fHoleDepth; //冻结孔深度
float fHoleArrangeDiameter; //冻结孔布置圈径
int iHoleCount; //冻结孔数目
float fHoleDistance; //冻结孔开孔间距
float fAntiCollapseHoleDepth; //防片帮孔深度
float fAntiCollapseHoleArrangeDiameter;//防片帮孔布置圈径
int iAntiCollapseHoleCount; //防片帮孔数目
float fAntiCollapseHoleDistance;//防片帮孔开孔间距
FreezingPipe* pFreezingPipe; //冻结管指针
int iDeflexionLevel; //测斜水平
float **ppfDeflexionInfo; //测斜成果表
//方法：
virtual void CalcFreezingHolePosition(); //计算冻结管的位置
virtual int CalcTemperatureField(CDC* pDC);//计算温度场
virtual int CalcWholeT(CDC* pDC); //计算整体温度场
virtual int DoCalcThickness(CQdSet* pSet,double& av,double& avIn,double& avOut, double& min,double& max,double& tpmin, double& tpav,double& tpmax); //计算冻结壁厚度
virtual int DJBHD(int iLayer); //冻结壁厚度校核
virtual int DJBCZL(int iLayer); //冻结壁承载力校核
virtual int JBHD(int iLayer); //井壁厚度校核
virtual int JBCZL(int iLayer); //井壁承载力校核
};
4 结论
冻结壁温度场信息可视化技术确定了温度场计算模型，根据实测数据模拟了深井冻结施工的冻结壁温度场，使工程设计和管理人员随时掌握冻结温度场状况、井壁安全状况、冻结壁安全状况等施工信息，结合监测数据对冻结壁强度、稳定性进行分析，对合理地设计冻结壁厚度和施工参数，制定合理的冻结方案和施工工艺，正确地解决冻结与掘砌的关系等具有重要的指导意义。该系统通过现场应用，取得了较好的效果。
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参考文献
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［３］王建平,李长忠,许舒荣,等.地层冻结新进展[J].建井技术,2011,32(1/2):39-41.
［４］陈飞敏.白垩系地层冻结壁温度场特性研究[D].安徽理工大学,2012.
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［责任编辑：汤静］
