CN112127895B - 一种水平冻结孔断管快速处理装置及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种水平冻结孔断管快速处理装置及施工方法，包括单向阀、冻结套管、放气阀、环形封堵钢板、单向阀丝堵、压力表和供液管，所述单向阀固定安装在所述冻结套管的前端，所述放气阀固定安装在断裂冻结管尾部管壁上，所述冻结套管的前端伸入到所述断裂冻结管内，所述环形封堵钢板位于所述冻结套管与所述断裂冻结管之间且分别与所述冻结套管和所述断裂冻结管密封固定连接，所述单向阀丝堵的尾端可与所述供液管的前端螺纹连接。本发明在现有断裂冻结管的基础上，通过注入新型的低温缓凝水泥浆液，在保证结实率的情况下，通过下放带有单向阀的冻结套管，组装安装完成形成新的冻结器及低温循环盐水系统，实现了断裂冻结管的快速恢复。
Description
技术领域
本发明涉及一种水平冻结孔断管快速处理装置及施工方法。
背景技术
人工地层冻结法从1955年首次应用于我国开滦煤矿开凿竖井以来，用于矿山凿井已超1000个，最深冻结深度已达955m，冻结总长度超过260km。随着1997年成功开发出具有我国特色近水平成套技术以来，地层冻结技术已经广泛应用在含水软弱困难地层加固处理中，市政工程中的典型冻结工程超过220个，解决了其他工法难以解决的许多工程难题，使我国地层冻结法的研究和应用处于国际领先地位。
随着地层冻结法在我国的广泛应用，在工程实施过程中也遇到了不少问题和风险。特别是近年来，随着一线城市交叉穿越冻结工程的涌现，水平冻结长度越来越长，水平穿越过程中会遇到软硬不均地层甚至复杂的障碍物。加之冻结体量增大，冻胀融沉效应显著，开挖断面不断增大。多种因素的叠加使水平冻结管的受力复杂，冻结管低温下的脆性特性使冻结管处于断裂的风险之中。
发明内容
为此，本发明的目的是为了解决目前水平冻结管断裂引起的冻结风险，提供一种水平冻结孔断管快速处理装置及施工方法，实现快速恢复冻结，减小断裂冻结管引起的施工风险。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种水平冻结孔断管快速处理装置，包括单向阀、冻结套管、放气阀、环形封堵钢板、单向阀丝堵、压力表和供液管；
所述单向阀固定安装在所述冻结套管的前端，所述放气阀固定安装在断裂冻结管尾部管壁上；
所述冻结套管的前端伸入到所述断裂冻结管内，所述环形封堵钢板位于所述冻结套管与所述断裂冻结管之间且分别与所述冻结套管和所述断裂冻结管密封固定连接；
所述单向阀丝堵的尾端与所述供液管的前端可螺纹连接，并且所述单向阀丝堵的前端与所述单向阀的尾端螺纹连接，所述单向阀丝堵的尾端上的螺纹和所述单向阀丝堵的前端上的螺纹二者中一个为正螺纹、另一个为反螺纹；
所述压力表固定安装在所述冻结套管的尾端上。
上述水平冻结孔断管快速处理装置，所述冻结套管和所述断裂冻结管之间的缝隙填充有低温缓凝水泥浆液，所述环形封堵钢板位于所述断裂冻结管尾部，所述压力表位于所述放气阀左侧。
上述水平冻结孔断管快速处理装置，所述低温缓凝水泥浆液在-28℃至-32℃具有流动性，初凝时间>50h；低温缓凝水泥浆液材料组成要符合结实率要求，能够满足充填密实的目的。
上述水平冻结孔断管快速处理装置，所述放气阀的下端与所述断裂冻结管尾部表面焊接并导通，所述单向阀与所述冻结套管的连接采用焊接的连接方式。
上述水平冻结孔断管快速处理装置，所述冻结套管为外径65mm、内径55mm的低碳无缝钢管，所述供液管的尺寸为外径32mm、内径24mm。
上述水平冻结孔断管快速处理装置，所述放气阀的规格为DN15。
上述水平冻结孔断管快速处理装置，所述打压试漏的压力为0.8～1.0MPa。
上述水平冻结孔断管快速处理装置，所述低温循环盐水的温度为-28～-32℃。
一种水平冻结孔断管快速处理施工方法，包括如下步骤：
(A)配制低温缓凝水泥浆液：所述低温缓凝水泥浆液的比重在1.5～1.6，粘度在50～60s，结实率达到90％以上，抗压强度大于4MPa；
(B)单向阀的安装：单向阀固定安装在冻结套管的前端；
(C)冻结套管的下放：每节所述冻结套管之间采用焊接连接方式，所述冻结套管采用推送的方式下放至断裂冻结管孔底；
(D)孔口密封处理：所述冻结套管下放完成后，采用环形封堵钢板密封所述冻结套管与所述断裂冻结管之间的环形空间；
(E)放气阀的安装：将所述放气阀焊接于所述断裂冻结管的尾部，保证环形空间的气体顺利排出；
(F)充填所述低温缓凝水泥浆液：采用注浆泵充填所述低温缓凝水泥浆液，所述低温缓凝水泥浆液依次流经所述冻结套管和所述单向阀进入到所述冻结套管与所述断裂冻结管之间的环形空间内，直至所述放气阀尾部有液体溢出；
(G)安装单向阀丝堵：采用反丝连接的方式将所述单向阀丝堵固定于供液管前端，将所述单向阀丝堵送至所述冻结套管的孔底，并旋转所述供液管，保证所述单向阀丝堵的前端与所述单向阀的后端通过正丝预紧并可靠连接，然后退回所述供液管20～30cm；
(H)冻结器的封堵：利用所述环形封堵钢板，采用焊接的连接方式封堵所述供液管与所述冻结套管之间的环形空间，同时将所述供液管的孔口用临时钢板进行封堵，使冻结器形成一个封闭的空间；
(I)冻结器的打压：在所述冻结套管尾部焊接压力表和供液阀，采用打压泵进行注水打压，打压压力为0.8～1.0MPa，稳压30min压力不降，视为合格；
(J)利用低温循环盐水进行冻结：割除所述供液管孔口上的临时封堵钢板，连接管路并向所述供液管内注入所述低温循环盐水，所述低温循环盐水为-28～-32℃，所述低温循环盐水依次流经所述供液管、所述供液管与所述单向阀丝堵之间的空间、以及所述供液管与所述冻结套管之间的环形空间，并从所述冻结套管尾部三通回流；当所述低温循环盐水循环过程中有积气存在，通过所述断裂冻结管上安装的所述放气阀排出集聚的空气。
上述水平冻结孔断管快速处理施工方法，在步骤(B)中：所述冻结套管为外径65mm、内径55mm，所述冻结套管下放前采用焊接的连接方式与所述单向阀焊接；
在步骤(C)中：所述冻结套管为6m一节；所述断裂冻结管的外径为108mm、内径为88mm；
在步骤(D)和步骤(H)中：所述环形封堵钢板7和所述临时钢板12的厚度为10mm；
在步骤(E)中：所述放气阀为DN15放气阀；
在步骤(F)中：所述注浆泵为ZBY50/70注浆泵；
在步骤(G)中：所述供液管的直径为32mm；
在步骤(H)中：所述封堵钢板的厚度为10mm。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
本发明在现有断裂冻结管的基础上，通过注入低温缓凝水泥浆液，密实充填新的冻结套管与断裂冻结管之间的缝隙，在保证结实率的情况下，通过下放带有单向阀的冻结套管，组装安装完成形成新的冻结器及低温循环系统，实现了断裂冻结管的快速恢复。通过密实充填新的冻结器与断裂冻结管间的环形空间，防止环形空间空气的存在，增加了热传导性，保证了新的冻结循环与地层热交换的可靠性。本发明通过快速下放冻结套管及充填低温缓凝水泥浆液，实现了冻结管断裂后快速处理。同时，通过在断裂冻结管与冻结套管之间充填密实缓凝水泥浆液，排除缝隙内热传导性差的空气，保证了低温循环盐水的热传导性，实现维护冻结的目的。
附图说明
图1低温缓凝水泥浆液充填示意图；
图2恢复冻结后的低温循环盐水循环示意图；
图3低温循环盐水冻结器剖面图。
图中附图标记表示为：1-单向阀；2-冻结套管；3-断裂冻结管；4-放气阀；5-低温缓凝水泥浆液；6-气体；7-环形封堵钢板；8-单向阀丝堵；9-压力表；10-低温循环盐水；11-供液管；12-封堵钢板。
具体实施方式
本实施例一种水平冻结孔断管快速处理装置，包括单向阀1、冻结套管2、放气阀4、环形封堵钢板7、单向阀丝堵8、压力表9和供液管11；所述单向阀1固定安装在所述冻结套管2的前端，所述放气阀4固定安装在断裂冻结管3尾部管壁上；所述冻结套管2的前端伸入到所述断裂冻结管3内，所述环形封堵钢板7位于所述冻结套管2与所述断裂冻结管3之间且分别与所述冻结套管2和所述断裂冻结管3密封固定连接；所述单向阀丝堵8的尾端与所述供液管11的前端可螺纹连接，并且所述单向阀丝堵8的前端与所述单向阀1的尾端可螺纹连接，所述单向阀丝堵8的尾端上的螺纹和所述单向阀丝堵8的前端上的螺纹二者中一个为正螺纹、另一个为反螺纹，便于通过所述供液管11将所述单向阀丝堵8拧紧在所述单向阀1上，同时又能够实现所述供液管11与所述单向阀丝堵8的分离，不影响通过供液管11注入低温循环盐水；所述压力表9固定安装在所述冻结套管2的尾端上。
所述冻结套管2和所述断裂冻结管3之间的缝隙填充有低温缓凝水泥浆液5，通过注入新型的低温缓凝水泥浆液5，在保证结实率的情况下，通过下放带有单向阀1的冻结套管2，组装安装完成形成新的冻结器及低温循环盐水10系统，实现了断裂冻结管3的快速恢复，所述环形封堵钢板7位于所述断裂冻结管3尾部，所述压力表9位于所述放气阀4左侧。
在本实施例中，所述低温缓凝水泥浆液在-28℃至-32℃具有流动性，初凝时间>50h；本实施例中所述低温缓凝水泥浆液材料组成符合结实率要求，能够满足充填密实的目的，可以通过市场购买取得。
所述放气阀4的下端与所述断裂冻结管3尾部表面焊接并导通，所述单向阀1与所述冻结套管2的连接采用焊接的连接方式。所述冻结套管2为外径65mm、内径55mm的低碳无缝钢管，所述供液管11的尺寸为外径32mm、内径24mm。在本实施例中，所述放气阀4的规格为DN15，所述打压试漏的压力为0.8～1.0MPa。所述低温循环盐水10的温度为-28～-32℃。
本实施例一种水平冻结孔断管快速处理施工方法，包括如下步骤：
A、配制低温缓凝水泥浆液5：所述低温缓凝水泥浆液5的比重在1.5～1.6，粘度在50～60s，结实率达到90％以上，抗压强度大于4MPa；
B、单向阀1的安装：单向阀1固定安装在冻结套管2的前端；所述冻结套管2为外径65mm、内径55mm，所述冻结套管2下放前采用焊接的连接方式与所述单向阀1焊接；
C、冻结套管2的下放：每节所述冻结套管2之间采用焊接连接方式，所述冻结套管2采用推送的方式下放至断裂冻结管3孔底；所述冻结套管2为6m一节；所述断裂冻结管3的外径为108mm、内径为88mm；
D、孔口密封处理：所述冻结套管2下放完成后，采用厚度为10mm的环形封堵钢板7密封所述冻结套管2与所述断裂冻结管3之间的环形空间；
E、DN15放气阀4的安装：将所述放气阀4焊接于所述断裂冻结管3的尾部，保证环形空间的气体6顺利排出；
F、充填所述低温缓凝水泥浆液5：采用ZBY50/70注浆泵充填所述低温缓凝水泥浆液5，所述低温缓凝水泥浆液5依次流经所述冻结套管2和所述单向阀1进入到所述冻结套管2与所述断裂冻结管3之间的环形空间内，通过密实充填新的冻结器与断裂冻结管3间的环形空间，防止环形空间空气的存在，增加了热传导性，保证了新的冻结循环与地层热交换的可靠性，直至所述放气阀4尾部有液体溢出，通过快速下放冻结套管2及充填低温缓凝水泥浆液5，实现了冻结管断裂后快速处理；
G、安装单向阀丝堵8：采用反丝连接的方式将所述单向阀丝堵8固定于直径为32mm的供液管11前端，将所述单向阀丝堵8送至所述冻结套管2的孔底，并旋转所述供液管11，保证所述单向阀丝堵8的前端与所述单向阀1的后端通过正丝预紧并可靠连接，然后将所述供液管11退回20～30cm；
H、冻结器的封堵：利用厚度为10mm的另一个所述环形封堵钢板7，采用焊接的连接方式封堵所述供液管11与所述冻结套管2之间的环形空间，同时将所述供液管11的孔口用10mm厚的临时钢板12进行封堵，使冻结器形成一个封闭的空间；
I、冻结器的打压：在所述冻结套管2尾部焊接压力表9和供液阀，采用打压泵进行注水打压，打压压力为0.8～1.0MPa，稳压30min压力不降，视为合格；
J、利用低温循环盐水10进行冻结：割除所述供液管11孔口上的临时钢板12，连接管路并向所述供液管11内注入所述低温循环盐水10，通过在断裂冻结管3与冻结套管2之间充填密实缓凝水泥浆液，保证了低温循环盐水10的热传导性，实现维护冻结的目的，所述低温循环盐水10为-28～-32℃，所述低温循环盐水依次流经所述供液管11、所述供液管11与所述单向阀丝堵8之间的空间、以及所述供液管11与所述冻结套管2之间的环形空间，并从所述冻结套管2尾部三通回流；当所述低温循环盐水10循环过程中有积气存在，通过所述断裂冻结管3上安装的所述放气阀4排出集聚的空气。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种水平冻结孔断管快速处理装置，其特征在于，包括单向阀(1)、冻结套管(2)、放气阀(4)、环形封堵钢板(7)、单向阀丝堵(8)、压力表(9)和供液管(11)；
所述单向阀(1)固定安装在所述冻结套管(2)的前端，所述放气阀(4)固定安装在断裂冻结管(3)尾部管壁上；
所述冻结套管(2)的前端伸入到所述断裂冻结管(3)内，所述环形封堵钢板(7)位于所述冻结套管(2)与所述断裂冻结管(3)之间且分别与所述冻结套管(2)和所述断裂冻结管(3)密封固定连接；
所述单向阀丝堵(8)的尾端与所述供液管(11)的前端可螺纹连接，并且所述单向阀丝堵(8)的前端与所述单向阀(1)的尾端螺纹密封连接，所述单向阀丝堵(8)的尾端上的螺纹和所述单向阀丝堵(8)的前端上的螺纹二者中一个为正螺纹、另一个为反螺纹；
所述压力表(9)固定安装在所述冻结套管(2)的尾端上。
2.根据权利要求1所述的一种水平冻结孔断管快速处理装置，其特征在于，所述冻结套管(2)和所述断裂冻结管(3)之间的缝隙填充有低温缓凝水泥浆液(5)，所述环形封堵钢板(7)位于所述断裂冻结管(3)尾部，所述压力表(9)位于所述放气阀(4)左侧。
3.根据权利要求2所述的一种水平冻结孔断管快速处理装置，其特征在于，所述低温缓凝水泥浆液(5)在-28℃至-32℃具有流动性，初凝时间>50h，结实率达到90％以上。
4.根据权利要求1所述的一种水平冻结孔断管快速处理装置，其特征在于，所述放气阀(4)的下端与所述断裂冻结管(3)尾部表面焊接并导通，所述单向阀(1)与所述冻结套管(2)的连接采用焊接的连接方式。
5.根据权利要求1所述的一种水平冻结孔断管快速处理装置，其特征在于，所述冻结套管(2)为外径65mm、内径55mm的低碳无缝钢管，所述供液管(11)的尺寸为外径32mm、内径24mm。
6.根据权利要求1所述的一种水平冻结孔断管快速处理装置，其特征在于，所述放气阀(4)的规格为DN15。
7.根据权利要求1所述的一种水平冻结孔断管快速处理装置，其特征在于，打压试漏的压力为0.8～1.0MPa。
8.根据权利要求1所述的一种水平冻结孔断管快速处理装置，其特征在于，低温循环盐水(10)的温度为-28～-32℃。
9.一种水平冻结孔断管快速处理施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
(A)配制低温缓凝水泥浆液(5)：所述低温缓凝水泥浆液(5)的比重在1.5～1.6，粘度在50～60s，结实率达到90％以上，抗压强度大于4MPa；
(B)单向阀(1)的安装：单向阀(1)固定安装在冻结套管(2)的前端；
(C)冻结套管(2)的下放：每节所述冻结套管(2)之间采用焊接连接方式，所述冻结套管(2)采用推送的方式下放至断裂冻结管(3)孔底；
(D)孔口密封处理：所述冻结套管(2)下放完成后，采用环形封堵钢板(7)密封所述冻结套管(2)与所述断裂冻结管(3)之间的环形空间；
(E)放气阀(4)的安装：将所述放气阀(4)焊接于所述断裂冻结管(3)的尾部，保证环形空间的气体(6)顺利排出；
(F)充填所述低温缓凝水泥浆液(5)：采用注浆泵充填所述低温缓凝水泥浆液(5)，所述低温缓凝水泥浆液(5)依次流经所述冻结套管(2)和所述单向阀(1)进入到所述冻结套管(2)与所述断裂冻结管(3)之间的环形空间内，直至所述放气阀(4)尾部有液体溢出；
(G)安装单向阀丝堵(8)：采用反丝连接的方式将所述单向阀丝堵(8)固定于供液管(11)前端，将所述单向阀丝堵(8)送至所述冻结套管(2)的孔底，并旋转所述供液管(11)，保证所述单向阀丝堵(8)的前端与所述单向阀(1)的后端通过正丝预紧并可靠连接，然后退回所述供液管(11)20～30cm；
(H)冻结器的封堵：利用所述环形封堵钢板(7)，采用焊接的连接方式封堵所述供液管(11)与所述冻结套管(2)之间的环形空间，同时将所述供液管(11)的孔口用临时钢板(12)进行封堵，使冻结器形成一个封闭的空间；
(I)冻结器的打压：在所述冻结套管(2)尾部焊接压力表(9)和供液阀，采用打压泵进行注水打压，打压压力为0.8～1.0MPa，稳压30min压力不降，视为合格；
(J)利用低温循环盐水(10)进行冻结：割除所述供液管(11)孔口上的临时钢板(12)，连接管路并向所述供液管(11)内注入所述低温循环盐水(10)，所述低温循环盐水(10)温度为-28～-32℃，所述低温循环盐水(10)依次流经所述供液管(11)、所述供液管(11)与所述单向阀丝堵(8)之间的空间、以及所述供液管(11)与所述冻结套管(2)之间的环形空间，并从所述冻结套管(2)尾部三通回流；当所述低温循环盐水(10)循环过程中有积气存在，通过所述冻结套管(2)上安装的所述放气阀(4)排出集聚的空气。
10.根据权利要求9所述的一种水平冻结孔断管快速处理施工方法，其特征在于，在步骤(B)中：所述冻结套管(2)为外径65mm、内径55mm，所述冻结套管(2)下放前采用焊接的连接方式与所述单向阀(1)焊接；
在步骤(C)中：所述冻结套管(2)为6m一节；所述断裂冻结管(3)的外径为108mm、内径为88mm；
在步骤(D)和步骤(H)中：所述环形封堵钢板(7)和所述临时钢板(12)的厚度为10mm；
在步骤(E)中：所述放气阀(4)为DN15放气阀；
在步骤(F)中：所述注浆泵为ZBY50/70注浆泵；
在步骤(G)中：所述供液管(11)的直径为32mm。
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