[發明專利]一種豎向可變凍結效果的凍結器及工作方法

有效

• 申請號: 202210048957.8
• 申請日: 2022-01-17
• 公開（公告）號: CN114542080B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 石榮劍;姬嘉駿;姜濤;岳豐田;張勇;陸路
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00;E21D9/14;E21D9/06;E02D3/115
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

本發明公開了一種豎向可變凍結效果的凍結器及工作方法，適用于土體凍結的技術領域。包括夾層管狀結構的供液管，供液管的內管壁與外管壁之間留有供液通道，供液管的端部設有結構匹配的中空環形餅狀結構的上集液空腔，回液管穿過上集液空腔設置，回液管端部設有中空餅狀結構的下集液空腔，回液管端部與下集液空腔的圓心處連接，下集液空腔與上集液空腔之間設有多根曲線凍結管。通過在盾構機始發或者接收工作井處形成紡錘形凍結帷幕，與洞門外圓板形凍結壁的應力分布協調，不僅可以降低凍結壁內的最大應力，充分發揮不同深度凍結器的凍結效果差異性的優勢，而且可以減少凍結孔的布置數量，具有顯著的經濟效益和工程價值。

技術領域

本發明涉及一種豎向可變凍結效果的凍結器及工作方法，尤其適用于大直徑盾構始發或者接收施工時使用的一種豎向可變凍結效果的凍結器及工作方法，屬于地下工程施工技術領域。

背景技術

市政隧道的盾構法施工中，當盾構從工作井穿入地層的始發施工，或者是從地層進入工作井的接收施工時，由于盾構無法直接切割工作井的鋼筋混凝土槽壁，所以一般都需要在盾構穿越工作井槽壁前，采用人工的方法破除工作井洞門位置的槽壁，以滿足盾構穿越工作井槽壁的技術需求。而當工作井外部為軟弱地層時，需要通過凍結法來加固工作外部的地層，滿足圓形洞門鑿除時維護外部土體穩定性的要求。根據圓板形結構在均布荷載作用下的應力特點，圓心部分應力最大，越遠離圓心應力越小，而傳統凍結時長直的凍結管形成的均勻厚度凍結壁雖能滿足凍結要求，但凍結板截面遠離中心部分的凍結壁厚度與中心位置一致，大厚度的凍結壁未能充分發揮作用，造成了不必要的浪費，增加了工程成本。

發明內容

針對現有技術的不足之處，體用過一種可變凍結效果的凍結器及工作方法，結構簡單，實施方便，能夠形成界面為形成中間部分壁厚，四周壁薄的球形凍結壁，充分利用凍結作用，代替傳統的多排孔布置，降低凍結孔及凍結循環的成本。

為實現上述技術目的，本發明公開一種豎向可變凍結效果的凍結器，包括夾層管狀結構的供液管，供液管的內管壁與外管壁之間留有供液通道，其中供液管的內管壁中活動設置有回液管，供液管的端部設有結構匹配的中空環形餅狀結構的上集液空腔，回液管穿過上集液空腔設置，回液管端部設有中空餅狀結構的下集液空腔，回液管端部與下集液空腔的圓心處連接，下集液空腔與上集液空腔之間圍繞圓心設有多根曲線凍結管，曲線凍結管內部分別與上集液空腔和下集液空腔連通并形成向曲線向外彎曲的籠狀結構，最終形成冷凍液通過供液管的夾層管結構進入上集液空腔內，之后通過多根曲線凍結管分別進入下集液空腔，匯集在下集液空腔的冷凍液最后通過回液管流出。

進一步，所述的曲線凍結管為曲線形狀的鋼管構成，通過拉拔回液管在上下外力的作用下使集液空腔和下集液空腔之間靠近時，鋼管可以繼續彎曲，從而，改變凍結器在不同深度位置的擴散范圍，鋼管的強度遠大于周圍的地層強度，所以彎曲的鋼管可以容易擠入地層中，發揮曲線凍結管的不同凍結效果。

進一步，通過改變圓柱形上集液空腔和下集液空腔的直徑、回液管和供液管的長度、曲線凍結管的長度和數量，可以調節形成凍結壁的直徑、厚度、形狀和位置，滿足不同施工工況條件需要的凍結效果。

一種豎向可變凍結效果的凍結器的工作方法，其步驟為：

預先從地表向盾構始發或者接收工作井外側從地表垂直布置凍結鉆孔，凍結鉆孔的終端高度為盾構機的最低處，將豎向可變凍結效果的凍結器下入鉆孔中，調節上集液空腔與下集液空腔之間的距離從而改變曲線凍結管在鉆孔壁土壤中的曲度，使凍結器在盾構始發或者接收位置形成洞門中心擴散范圍最大、而向洞門周圈擴散范圍逐漸縮小，向豎向可變凍結效果的凍結器注入冷凍液對周圍地層進行凍結，在盾構始發或者接收洞門位置形成中部厚度大、強度高，而四周厚度小、強度低的紡錘結構的凍結帷幕，從而加固盾構始發或者接收工作井，凍結帷幕與破除洞門時需要的圓板形凍結壁形狀一致，最后在圓板形凍結壁的維護作用下，進行洞門槽壁的鑿除及后續盾構的始發或者接收施工。

具體步驟為：