[發明專利]適用于垂直局部凍結工藝的凍結器及垂直局部凍結工藝

在審

• 申請號: 202211248432.5
• 申請日: 2022-10-12
• 公開（公告）號: CN115522936A
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 高偉;黃寶龍;付財;楊陽;葉玉西;丁少令;溫漢宏
• 申請（專利權）人: 北京中煤礦山工程有限公司
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00
• 代理公司: 北京冠榆知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11666
• 代理人: 孟培

本發明公開適用于垂直局部凍結工藝的凍結器及垂直局部凍結工藝，凍結器包括凍結管、供液管和回液管；凍結管自上而下分為非凍結段和凍結段兩部分；供液管的一端伸入到凍結段的底部，供液管的另一端自非凍結段伸出凍結管之外；回液管的一端伸入到凍結段的底部，回液管的另一端自非凍結段伸出凍結管之外；供液管和回液管在凍結段的底部連接為一體，供液管與回液管流體導通；低溫鹽水自供液管流向回液管；非凍結段中充滿空氣，凍結段中充滿清水。垂直局部凍結工藝采用上述的適用于垂直局部凍結工藝的凍結器進行垂直局部凍結。本發明解決了現有局部凍結器隔熱效果差、結構復雜以及局部凍結冷量利用效率低等問題。

技術領域

本發明涉及垂直局部凍結技術領域，具體地說是一種適用于垂直局部凍結工藝的凍結器。

背景技術

地鐵建設主要有明挖、暗挖和盾構等施工方法。盾構法施工中的盾構的進出洞工序是盾構法建造隧道的關鍵工序，該施工環節存在較大風險。

盾構進出洞前，需要采取一定的土體改良措施，使洞口外土體能穩定自立并具備一定的強度。如不對其進行加固處理，當盾構工作井周圍地層為自穩能力差、透水性強的松散砂土或飽和含水粘土層時，則在鑿除洞門后，將有大量土體和地下水向工作井內塌陷，導致洞口上部大面積地表下沉，危及周邊交通道路、地下管線和建筑物，造成盾構機突沉“磕頭”、偏離設計軸線等。

目前，常用的盾構洞門土體穩定技術主要有降水、地基加固和凍結法等。凍結法是使土體中水分凍結，整個凍結范圍內土體暫時形成有相當強度的凍結加固體。在這種加固體支護下，拆除洞口臨時墻、待掘進設備進入洞門圈內、洞口密封裝置安裝完畢、洞口施工時的密封性能建立后再進行解凍，進入正常進出洞施工。

凍結法加固土體因其有良好的止水性能，并且可以抵抗部分水土壓力、凍結形式靈活、適應性強、施工無污染、對周圍環境影響小和實用性強等特點被廣泛應用。

目前,在國內外凍結施工方案中，可根據凍結管的安置方式將其分三種： (1)垂直、傾斜凍結管相互交替的凍結方案；(2)垂直凍結管凍結方案；(3) 水平凍結管凍結方案。當地鐵盾構洞門加固不具備采用水平凍結方案的條件時，即可采用垂直凍結方案。垂直凍結法根據凍結范圍可分為局部凍結和全深凍結兩種。凍結法加固通常是采用垂直凍結管的全深凍結方式，局部凍結方式在工程實際中的應用也很廣泛。

隨著地鐵建設的快速發展，其趨勢是逐步向地下深部空間發展，而且，地鐵隧道多位于城市繁華地段，地面有較多建筑物及設施，同時，在地鐵隧道上部地層中經常埋設錯綜復雜的管線，凍脹和融沉對周圍環境的影響較大。因此，在上述工況條件下，應用局部凍結方案，不僅可以大幅降低制冷量，而且可以顯著減少凍脹量。

現有的局部凍結所采用的凍結器形式主要有：充填壓氣式、隔板式、充填鹽水式、套管式。上述凍結器結構上共有的特征為：(1)供液管為長管，回液管為短管；(2)供液管與回液管均為直管，兩者相互獨立，并未相連；(3)凍結器中所裝的冷媒劑為鹽水。

充填壓氣式的優點是：隔熱效果好，結構簡單，容易實現；其缺點是需要壓氣，而且壓氣要按要求壓力進行控制，否則將降低使用效果。隔板式與充填壓氣的隔熱效果接近，但是隔板加工要求嚴格，下供液管較為麻煩。充填鹽水式的隔熱效果較差，非凍結段的凍土擴展速度為凍結段的 40～50％。套管式與充填壓氣的隔熱效果接近，但是結構復雜，加工要求嚴格，不易實現。

發明內容

為此，本發明所要解決的技術問題在于提供一種適用于垂直局部凍結工藝的凍結器，以解決現有局部凍結器隔熱效果差、結構復雜以及局部凍結冷量利用效率低等問題。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：