目前国内关于河道疏浚已有一些可行的传统方案,然而在某些特殊环境或条件下使用传统疏浚方法的效果有限,水下人工冻结法则为疏浚及打捞工程提供了一种新的思路,目前国内对此方面应用的案例及研究较少。本文以国外利用人工冻结法进行水下小范围定点疏浚和打捞的工程实例以及国内2种水下人工冻结装置的专利为研究背景进行研究,通过ADINA有限元分析软件对冻结装置进行温度场的数值模拟,分析在其作用下土层的温度场发展和分布规律,探究各影响因子对最终冻结效果的影响规律,并用温度场理论进行验证所得规律的正确性,为实际工程提供参考依据。本文得出的主要结论如下:(1)在冻结板冻结过程中土层的传热过程为非稳态导热,但这是一个非常缓慢的过程,当温度在-200～-10℃时,在冻结板法线方向上较短的距离范围内(如0.5～1.0m、1.0～1.5m等),距离-温度曲线可近似看为直线,距离范围越短,越接近直线,这种现象在距板越近的区域越明显,在某一较短时间段内(如1h)可将在此范围内已形成的冻土帷幕中的传热过程看作一维稳态导热。(2)土的性质不变时,在相同的盐水降温计划下,最终的冻结深度仅取决于冻结时间,面板的形状与大小只能影响横向冻结范围,不能对冻结深度产生影响。(3)在任意时刻,当冻结板为任意温度时,在已形成的冻土帷幕中任意2条等温线与冻结板的距离之比等于等温线与冻结板的温度差之比,即:等温线a与冻结板的距离/等温线b与冻结板的距离=等温线a与冻结板的温度差/等温线b与冻结板的温度差并由这个公式得出在使用人工冻结板进行水下冻结时实时预测最大冻结深度的简便方法:只需测得距板垂直距离较近的地方的温度T1及距离x1,就可以求出等温线T2包络的最大冻结区域距板的垂直距离χ2,也即最大冻结深度χ2=χ1·T2-T3/T1-T3,其中T3为冻结板温度。(4)当最终盐水温度为-10℃～-50℃时,冻土帷幕的发展情况受最终温度的影响显著,在此温度区间内调节盐水降温计划的最终温度可以对冻结深度进行更加高效地调控;在实际施工中,将最终盐水温度调控在-10℃～-50℃间的施工是最具工程经济效益的选择。(5)对人工冻结装置Ⅱ,顶部冻结板会影响竖直方向上的冻结深度,但是影响范围有限,仅能在1.5m左右的范围内对温度场的发展产生较大影响,而长冻结管对冻结效果的影响范围约为4.5m。(6)4种人工冻结装置Ⅱ的最大冻结范围差别很小,最短的1m短管冻结装置比4m等长管冻结装置在短管处的纵向冻结深度仅仅短了 0.7m;在短管人工冻结装置中,短管径向向下1m以外的点受短管纵向影响极小,而主要影响来自于周围长管的横向导热作用。(7)当对冻土帷幕最大厚度有严格要求时,4m等长管冻结装置具有最好的冻结效果,最能满足疏浚要求;当冻土帷幕厚度无严苛要求时,4种冻结管装置均有良好的冻结效果,此时1m短冻结管人工冻结装置成本制造最低,经济效益最好。