CN114856582A - 一种地层开挖中的超低温智能冻结封水系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地层开挖中的超低温智能冻结封水系统，装置包括与液氮罐连通的多个冻结器，各所述冻结器安装至地下水突涌点位附近土体内，冻结器与液氮罐之间安装有控温单元进行温度监控，并利用数控模块进行冻结系统智能化启闭。本发明实现了地层突涌初期的快速封水以及自动节能冻结的目的。本发明适用于各类地层冻结工程中地下水小幅度突涌的抢险工作，或解决其它地下工程的渗漏水问题。
Description
技术领域
本发明属于地下工程领域，具体的说，涉及一种地层开挖中的超低温智能冻结封水系统。
背景技术
随着社会经济的不断发展，人口的不断增长和城市地表空间开发受限，开发地下空间已经成为解决“城市病”的重要手段和发展趋势。在地下工程施工中，地下水的危害已经成为导致各种工程灾害的主要诱因之一，尤其是对于地下工程的暗挖施工，堵漏与控水是事关工程安全和质量的重中之重。
目前对于地层暗挖过程中的地下水封堵主要有注浆、堵漏剂堵漏、快速喷浆封闭等方法，但此类方法在应用中堵漏材料与地下水之间产生的化学反应会形成一定的热荷载，使得漏点附近温度升高。在常规加固方法的工程中此类热荷载影响可以忽略，但是对于冻结法进行加固的地下工程，一旦出现热荷载，必然导致冻结壁迅速融化，过水通道增大，进而导致了突涌点位扩展。因此任何产生热荷载的封堵方法都难以用于冻结法加工的工程封堵中，为此必须研发低温封水技术。
发明内容
本发明提供一种地层开挖中的超低温智能冻结封水系统，用以实现冻结加固项目开挖过程的突涌点位快速封水的目的。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种地层开挖中的超低温智能冻结封水系统，包括与液氮罐连通的多个冻结器，各所述冻结器安装至地下水突涌点位附近土体内，冻结器与液氮罐之间安装有控温单元进行温度监控，并利用数控模块进行冻结系统智能化启闭。
进一步的，所述冻结器包括环形集液圈和环形配液圈，所述环形配液圈通过总管与液氮罐连通，于所述环形集液圈和环形配液圈上分别安装有排气阀门和供液阀门，且所述环形集液圈和环形配液圈之间连通有多组冷冻管组，这些冷冻管组沿环形集液圈的周围均匀设置，各所述冷冻管组插入至突涌点位周边。
进一步的，每个冷冻管组由冻结管和安装于其内部的供液管组成，并在供液管外壁与外侧冻结管内壁之间形成供液氮循环的环形空间，所述内部的供液管通过不锈钢供液软管与环形配液圈连通。
进一步的，所述外侧冻结管插入土体的一端形成有尖锥部，角度为30~45°。
进一步的，每根外侧冻结管通过对应的不锈钢排气软管与环形集液圈连通，且所述排气阀门与外界连通或与储气罐连通。
进一步的，外侧冻结管与制冷平板连通，所述制冷平板内部构造有液氮循环管道，并形成液氮循环、气化的流通空间。
进一步的，所述控温单元包括安装于各冻结器内的测温管，数控模块包括PLC和电脑，各所述测温管通过PLC与电脑连接，并将电脑连接液氮流量控制阀，所述液氮流量控制阀安装于总管上。
进一步的，所述测温管与制冷平板垂直连接，测温管向地层的方向延伸且平行于外侧冻结管，于所述测温管上沿其长度方向间隔安装测温件，各所述测温件均与PLC连接。
进一步的，所有测温件均安装于测温管内，测点布置间距为10~20cm。
本发明由于采用了上述的结构，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：
本发明提出了液氮快速修复损伤冻结壁的新思路，利用液氮自身的低温快速对地层内所蕴含的热量进行抽离，使得过水通道内的水体快速冻结成冰，与周围岩土进行胶结，达到固结封水的目的。本发明不仅可以快速处理掌子面漏水和冻结壁过水通道突涌的问题，也可以解决类似地下工程的渗漏问题。同时利用控温单元所形成的数字化控制制冷，最大程度的降低了冷量的浪费，节约了成本，提升了工程效率。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例冻结器的结构示意图。
标注部件：1-外侧冻结管，2-供液管，3-不锈钢供液软管，4-不锈钢排气软管，5-环形配液圈，6-环形集液圈，7-供液阀门，8-排气阀门，9-制冷平板，10-测温管，11-电脑，12-液氮流量控制阀，13-液氮罐，14-总管，15-气化腔，16-尖锥部。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种地层开挖中的超低温智能冻结封水系统，如图1所示，包括液氮罐13、控温单元及冻结器，其中，冻结器的数量至少为一个，这些冻结器均连通在总管14上，该总管14与液氮罐13连通，每个冻结器插入至突涌点周围，控温单元安装在冻结器与液氮罐13之间。本发明的工作原理及优势：本发明通过液氮罐13为各个冻结器提供液氮，冻结器被插入进地下水突涌点位，利用液氮自身的低温快速对地层的热量进行抽离，进而实现对含水地层的快速冻结，从而快速封堵地下水通道。本发明适用于各类地层冻结工程中地下水小幅度突涌的抢险工作，或解决其它地下工程的渗漏水问题，减小地下水对施工的负面影响；利用控温单元所形成的数字化控制制冷，最大程度的降低了冷量的浪费；同时本发明冻结器的整体尺寸较小，可实现深度50cm范围内土体的快速冻结。综上可知，本发明搭配液氮为冷媒，冻结速度快，封水效率高；并且实现了智能化冻结，减少冷量浪费；同时各装置设计简洁，单人即可操作，灵活性较高。
作为本发明一个优选的实施例，如图2所示，冻结器包括环形配液圈5和多组冷冻管组，其中，环形配液圈5通过上述的总管14与液氮罐13连通，在环形配液圈5上安装有供液阀门7，目的是控制液氮的进入量及控制液氮的流速。上述的多组冷冻管组均与环形配液圈5连通，并且这些冷冻管组沿环形配液圈5的周向均匀设置，每组冷冻管组插入至突涌点周围土体进行冻结。本实施例的冷冻管组包括内部供液管2和外侧冻结管1。外侧冻结管1套设在供液管2的外部，并且外侧冻结管1的轴线与供液管2的轴线重合，供液管2的外壁与外侧冻结管1的内壁之间形成液氮循环、气化环形空间，该环形空间为气化腔15。供液管2通过不锈钢供液软管3与环形配液圈5连通，液氮自环形配液圈5流入内部供液管2，并在供液管2的下端进入气化腔15，液氮在气化腔15内气化吸热，同时也依靠自身低温大量地吸收地层热量，使得冻结速度快，封水效率高。本实施例为了便于外侧冻结管1插入至突涌点位土体，外侧冻结管1插入土体的一侧形成有尖锥部16，尖锥部16的角度为30~45°。
作为本发明一个优选的实施例，如图2所示，外侧冻结管1靠近环形集液圈6的一端通过不锈钢排气软管4与环形集液圈6连通，在环形集液圈6安装有排气阀门8与外界连通或与储气罐连通，便于气态氮的收集或者排放。
作为本发明一个优选的实施例，如图2所示，外侧冻结管1与制冷平板9连通，并且制冷平板9为空心体，内部并形成液氮循环、气化的流通空间，制冷平板9可使冻结器快速压缩至渗漏点位，并紧贴土体，用于加速冻结。
作为本发明一个优选的实施例，如图1所示，控温单元进行地层内温度的监控，并利用数控模块进行冻结系统智能化启闭，数控模块为PLC和电脑。控温单元包括安装在每个冻结器内的测温管10，每个测温管10均与PLC连接，PLC与电脑11连接，并且电脑11连接液氮流量控制阀12，该液氮流量控制阀12安装在总管14上。测温管10与制冷平板9垂直连接，一般情况下测温管10的数量为两根，测温管10向地层的方向延伸且平行于外侧冻结管1，在测温管10上沿其长度方向间隔安装测温件，每个测温件均与PLC连接。所有测温件均安装于测温孔内，测点布置间距为10~20cm。本实施例的每个温度传感器实时监测冻结温度，并将温度数据传输到PLC上，经电脑11分析后控制液氮流量控制阀12的启闭，以此来调整液氮的供应，实现自动控制的冻结。
目前比较主流的地下水封堵措施会由于实施期间的化学反应而产生一定的热荷载，使得漏点附近温度升高，难以解决冻结法加工的涌水问题。而本发明提出了一种液氮快速修复损伤冻结壁的新思路，利用液氮自身的低温快速对地层的热量进行抽离，冻结速度快，且冻结效率高；本发明采用直径为48mm*4mm不锈钢管作为外侧冻结管1，直径18mm*2mm不锈钢管作为供液管2，所选用的材料稳定性好且加工简单；冻结深度一般不超过50cm，各部位装置简单，容易操作，主要用于局部或小规模的快速冻结；整套装置采用液氮罐13提供液氮，不需要配套大型设备，减小工作成本，方便转换不同的工作场地；液氮气化后的高温氮气可直接排到大气，对环境污染小；由电脑11根据测温管10的实测数据调整液氮的供应量，在节约人力的同时避免过度冻结，使得装置更加科学经济；制冷平板9的使用可以加速封水，提高冻结效率。因此本装置尤其适用于各类地层冻结工程中地下水小幅度突涌的抢险工作。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明权利要求保护的范围之内。
Claims (9)
1.一种地层开挖中的超低温智能冻结封水系统，其特征在于：包括与液氮罐连通的多个冻结器，各所述冻结器安装至地下水突涌点位附近土体内，冻结器与液氮罐之间安装有控温单元进行温度监控，并利用数控模块进行冻结系统智能化启闭。
2.根据权利要求1所述的一种地层开挖中的超低温智能冻结封水系统，其特征在于：所述冻结器包括环形集液圈和环形配液圈，所述环形配液圈通过总管与液氮罐连通，于所述环形集液圈和环形配液圈上分别安装有排气阀门和供液阀门，且所述环形集液圈和环形配液圈之间连通有多组冷冻管组，这些冷冻管组沿环形集液圈的周围均匀设置，各所述冷冻管组插入至突涌点位周边。
3.根据权利要求2所述的一种地层开挖中的超低温智能冻结封水系统，其特征在于：每个冷冻管组由冻结管和安装于其内部的供液管组成，并在供液管外壁与外侧冻结管内壁之间形成供液氮循环的环形空间，所述内部的供液管通过不锈钢供液软管与环形配液圈连通。
4.根据权利要求3所述的一种地层开挖中的超低温智能冻结封水系统，其特征在于：所述外侧冻结管插入土体的一端形成有尖锥部，角度为30~45°。
5.根据权利要求3所述的一种地层开挖中的超低温智能冻结封水系统，其特征在于：每根外侧冻结管通过对应的不锈钢排气软管与环形集液圈连通，且所述排气阀门与外界连通或与储气罐连通。
6.根据权利要求3所述的一种地层开挖中的超低温智能冻结封水系统，其特征在于：外侧冻结管与制冷平板连通，所述制冷平板内部构造有液氮循环管道，并形成液氮循环、气化的流通空间。
7.根据权利要求6所述的一种地层开挖中的超低温智能冻结封水系统，其特征在于：所述控温单元包括安装于各冻结器内的测温管，数控模块包括PLC和电脑，各所述测温管通过PLC与电脑连接，并将电脑连接液氮流量控制阀，所述液氮流量控制阀安装于总管上。
8.根据权利要求7所述的一种地层开挖中的超低温智能冻结封水系统，其特征在于：所述测温管与制冷平板垂直连接，测温管向地层的方向延伸且平行于外侧冻结管，于所述测温管上沿其长度方向间隔安装测温件，各所述测温件均与PLC连接。
9.根据权利要求8所述的一种地层开挖中的超低温智能冻结封水系统，其特征在于：所有测温件均安装于测温管内，测点布置间距为10~20cm。
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| CN114856582B (zh) | 2023-03-28 |
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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