[发明专利]适用于垂直局部冻结工艺的冻结器及垂直局部冻结工艺

说明书

本发明公开适用于垂直局部冻结工艺的冻结器及垂直局部冻结工艺，冻结器包括冻结管、供液管和回液管；冻结管自上而下分为非冻结段和冻结段两部分；供液管的一端伸入到冻结段的底部，供液管的另一端自非冻结段伸出冻结管之外；回液管的一端伸入到冻结段的底部，回液管的另一端自非冻结段伸出冻结管之外；供液管和回液管在冻结段的底部连接为一体，供液管与回液管流体导通；低温盐水自供液管流向回液管；非冻结段中充满空气，冻结段中充满清水。垂直局部冻结工艺采用上述的适用于垂直局部冻结工艺的冻结器进行垂直局部冻结。本发明解决了现有局部冻结器隔热效果差、结构复杂以及局部冻结冷量利用效率低等问题。

技术领域

本发明涉及垂直局部冻结技术领域，具体地说是一种适用于垂直局部冻结工艺的冻结器。

背景技术

地铁建设主要有明挖、暗挖和盾构等施工方法。盾构法施工中的盾构的进出洞工序是盾构法建造隧道的关键工序，该施工环节存在较大风险。

盾构进出洞前，需要采取一定的土体改良措施，使洞口外土体能稳定自立并具备一定的强度。如不对其进行加固处理，当盾构工作井周围地层为自稳能力差、透水性强的松散砂土或饱和含水粘土层时，则在凿除洞门后，将有大量土体和地下水向工作井内塌陷，导致洞口上部大面积地表下沉，危及周边交通道路、地下管线和建筑物，造成盾构机突沉“磕头”、偏离设计轴线等。

目前，常用的盾构洞门土体稳定技术主要有降水、地基加固和冻结法等。冻结法是使土体中水分冻结，整个冻结范围内土体暂时形成有相当强度的冻结加固体。在这种加固体支护下，拆除洞口临时墙、待掘进设备进入洞门圈内、洞口密封装置安装完毕、洞口施工时的密封性能建立后再进行解冻，进入正常进出洞施工。

冻结法加固土体因其有良好的止水性能，并且可以抵抗部分水土压力、冻结形式灵活、适应性强、施工无污染、对周围环境影响小和实用性强等特点被广泛应用。

目前,在国内外冻结施工方案中，可根据冻结管的安置方式将其分三种： (1)垂直、倾斜冻结管相互交替的冻结方案；(2)垂直冻结管冻结方案；(3) 水平冻结管冻结方案。当地铁盾构洞门加固不具备采用水平冻结方案的条件时，即可采用垂直冻结方案。垂直冻结法根据冻结范围可分为局部冻结和全深冻结两种。冻结法加固通常是采用垂直冻结管的全深冻结方式，局部冻结方式在工程实际中的应用也很广泛。

随着地铁建设的快速发展，其趋势是逐步向地下深部空间发展，而且，地铁隧道多位于城市繁华地段，地面有较多建筑物及设施，同时，在地铁隧道上部地层中经常埋设错综复杂的管线，冻胀和融沉对周围环境的影响较大。因此，在上述工况条件下，应用局部冻结方案，不仅可以大幅降低制冷量，而且可以显著减少冻胀量。

现有的局部冻结所采用的冻结器形式主要有：充填压气式、隔板式、充填盐水式、套管式。上述冻结器结构上共有的特征为：(1)供液管为长管，回液管为短管；(2)供液管与回液管均为直管，两者相互独立，并未相连；(3)冻结器中所装的冷媒剂为盐水。

充填压气式的优点是：隔热效果好，结构简单，容易实现；其缺点是需要压气，而且压气要按要求压力进行控制，否则将降低使用效果。隔板式与充填压气的隔热效果接近，但是隔板加工要求严格，下供液管较为麻烦。充填盐水式的隔热效果较差，非冻结段的冻土扩展速度为冻结段的 40～50％。套管式与充填压气的隔热效果接近，但是结构复杂，加工要求严格，不易实现。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种适用于垂直局部冻结工艺的冻结器，以解决现有局部冻结器隔热效果差、结构复杂以及局部冻结冷量利用效率低等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：