CN115305904A - 一种液氮冻结施工方法 - Google Patents
一种液氮冻结施工方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115305904A CN115305904A CN202211004349.3A CN202211004349A CN115305904A CN 115305904 A CN115305904 A CN 115305904A CN 202211004349 A CN202211004349 A CN 202211004349A CN 115305904 A CN115305904 A CN 115305904A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- liquid nitrogen
- freezing
- freezer
- underground engineering
- freezers
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 250
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 136
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 125
- 238000007710 freezing Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 230000008014 freezing Effects 0.000 title claims abstract description 54
- 238000010276 construction Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 17
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 abstract description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
- E02D3/11—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil by thermal, electrical or electro-chemical means
- E02D3/115—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil by thermal, electrical or electro-chemical means by freezing
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D19/00—Keeping dry foundation sites or other areas in the ground
- E02D19/06—Restraining of underground water
- E02D19/12—Restraining of underground water by damming or interrupting the passage of underground water
- E02D19/14—Restraining of underground water by damming or interrupting the passage of underground water by freezing the soil
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Paleontology (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Soil Sciences (AREA)
- Agronomy & Crop Science (AREA)
- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Abstract
本发明公开了一种液氮冻结施工方法，包括以下步骤：S1、在地表处标注拟开挖井筒等地下工程的顶视范围，并在此范围的外部标注液氮冻结施工点，该施工点需均匀分布于地下工程范围的外部；S2、以S1中液氮冻结施工点为基点，向地下安置液氮冻结器；当所有液氮冻结器全部安置成型后，相邻的每组液氮冻结器假想连线可组成一个封闭的空间，该空间的中心点即为地下工程的顶视范围的中心点；S3、同步启动所有液氮冻结器，液氮通过液氮供液管进入液氮冻结器；本发明提供了特型“冻结帷幕”的施工方式，相较于传统液氮施工方法，本发明能够在地下工程的施工点形成一层封闭的冻土层，为地下工程的开挖提供安全和友好的环境保障。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，特别涉及一种液氮冻结施工方法。
背景技术
液氮是一种理想的制冷介质。常压下其沸点是-195.8℃，蒸发潜热为250kJ/m3；液氮冻结工艺可称为“快速冻结工艺”，因为使用液氮只需很短的时间即可冻结土体，可以达到常规盐水循环冻结速度的10倍；液氮冻结无需在工地安装冷冻站而只需把冻结管插入地层；
传统的液氮冻结采用冻结器直接蒸发与地下工程进行热交换的做法，造成冻结器温度极度不均衡，容易造成地下冻结工程失败。
本发明主要采用一种液氮间接吸热与地下工程进行热交换的方法，是一种地下工程冻结施工方法，可以很好的利用液氮副产品，并实现地下冻结工程冻结均匀，安全可靠，不需要额外增加设备，具有很好的节能环保效果。
为此，提出一种液氮冻结施工方法。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例希望提供一种液氮冻结施工方法，以解决或缓解现有技术中存在的技术问题，至少提供一种有益的选择；
本发明实施例的技术方案是这样实现的：一种液氮冻结施工方法，包括以下步骤：
S1、在地表处标注拟开挖井筒等地下工程的顶视范围，并在此范围的外部标注液氮冻结施工点，该施工点需均匀分布于地下工程范围的外部；
S2、以S1中液氮冻结施工点为基点，向地下安置液氮冻结器；当所有液氮冻结器全部安置成型后，相邻的每组液氮冻结器假想连线可组成一个封闭的空间，该空间的中心点即为地下工程的顶视范围的中心点；
S3、同步启动所有液氮冻结器，液氮通过液氮供液管进入液氮冻结器；随着热交换的进行，液氮升温、气化、变成气体在液氮冻结器的内部上升，同时带动冻结器内一侧冷冻液上升，另一侧冷冻液下降，形成内循环；保证冻结器内冷冻液温度上下一致；
S4、待冷冻不断进行，使冻结器周围形成均匀的冻土层；待多个冻结器的冻土层相互交接到一起之后，形成完整的冻结帷幕；
S5、对地层内的冻结帷幕进行强度、温度检测；指标满足施工需求时，即可沿地下工程的顶视范围进行施工作业。
作为本技术方案的进一步优选的：在S1中，注液氮冻结施工点以环形阵列的方式均匀排布于地下工程范围的外部。
作为本技术方案的进一步优选的：在S2中，地表需安置液氮分布器，液氮分布器的出口均通过一个闸阀连通于一个液氮冻结器的液氮供液管；
液氮供液管呈J型，且其贯穿于液氮分布器的内侧；
作为本技术方案的进一步优选的：液氮分布器的顶部连通有一气液分离器。
作为本技术方案的进一步优选的：液氮分布器的内侧壁安装有分隔板，分隔板的一侧下放液氮供液管；
液氮冻结器的内部充满无法溶于水的油质冷冻液。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明提供了特型“冻结帷幕”的施工方式，相较于传统液氮施工方法，本发明能够在地下工程的施工点形成一层封闭的冻土层，为地下工程的开挖提供安全和友好的环境保障；
二、同时就传统的液氮冻结器的工作方式而言，本发明通过将液氮冻结器实现双向内循环作业，使得有效适配于实际施工的地下工程的深度，保证冻土层的强度、温度上下一致，相较于传统蒸发与地下工程进行热交换的施工方式，本发明解决了传统技术中造成冻结器温度极度不均衡，容易造成地下冻结工程失败的技术缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的施工流程示意图；
图2为本发明的施工侧剖示意图；
图3为本发明的液氮冻结器示意图；
图4为本发明的施工俯视示意图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
需要注意的是，术语“第一”、“第二”、“对称”、“阵列”等仅用于区分描述与位置描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“对称”等特征的可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；同样，对于未以“两个”、“三只”等文字形式对某些特征进行数量限制时，应注意到该特征同样属于明示或者隐含地包括一个或者更多个特征数量；
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解；例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体成型；可以是机械连接，可以是直接相连，可以是焊接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据说明书附图结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种液氮冻结施工方法，包括以下步骤：
S1、请参阅图4，在地表处标注拟开挖井筒等地下工程的顶视范围，并在此范围的外部标注液氮冻结施工点，该施工点需均匀分布于地下工程范围的外部；
其中，注液氮冻结施工点以环形阵列的方式均匀排布于地下工程范围的外部。
S2、以S1中液氮冻结施工点为基点，向地下安置液氮冻结器；
请参阅图4，当所有液氮冻结器全部安置成型后，相邻的每组液氮冻结器以假想连线的方式，在俯视视角下可组成一个封闭的空间，该空间的中心点即为地下工程的顶视范围的中心点；
请参阅图3，地表需安置液氮分布器，液氮分布器的出口均通过一个闸阀连通于一个液氮冻结器的液氮供液管，通过液氮分布器对每个液氮冻结器进行控制；
液氮供液管呈J型，且其贯穿于液氮分布器的内侧；
液氮冻结器的内部充满无法溶于水的油质冷冻液，即使出现冻结管泄漏也不会造成冻结壁融化；
S3、同步启动所有液氮冻结器，液氮通过液氮供液管进入液氮冻结器；随着热交换的进行，液氮升温、气化、变成气体在液氮冻结器的内部上升，同时带动冻结器内一侧冷冻液上升，另一侧冷冻液下降，形成内循环；保证冻结器内冷冻液温度上下一致；
液氮分布器的内侧壁安装有分隔板，分隔板的一侧下放J型的液氮供液管；
请参阅图3，图中箭头所示即为冷冻液的流动方向；因分隔板进行导流，实现其一侧冷冻液上升，另一侧冷冻液下降，形成内循环。
S4、待冷冻不断进行，使冻结器周围形成均匀的冻土层；待多个冻结器的冻土层相互交接到一起之后，形成完整的冻结帷幕；
S5、对地层内的冻结帷幕进行强度、温度检测；
指标满足施工需求时，即可沿地下工程的顶视范围进行施工作业
本实施例中，具体的：液氮分布器的顶部连通有一气液分离器，用气液分离。
实施例二
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种液氮冻结施工方法，包括以下步骤：
S1、请参阅图4，在地表处标注拟开挖井筒等地下工程的顶视范围，并在此范围的外部标注液氮冻结施工点，该施工点需均匀分布于地下工程范围的外部；
其中，注液氮冻结施工点以矩形阵列的方式均匀排布于地下工程范围的外部。
S2、以S1中液氮冻结施工点为基点，向地下安置液氮冻结器；
请参阅图4，当所有液氮冻结器全部安置成型后，相邻的每组液氮冻结器以假想连线的方式，在俯视视角下可组成一个封闭的空间，该空间的中心点即为地下工程的顶视范围的中心点；
请参阅图3，地表需安置液氮分布器，液氮分布器的出口均通过一个闸阀连通于一个液氮冻结器的液氮供液管，通过液氮分布器对每个液氮冻结器进行控制；
液氮供液管呈J型，且其贯穿于液氮分布器的内侧；
液氮冻结器的内部充满无法溶于水的油质冷冻液，即使出现冻结管泄漏也不会造成冻结壁融化；
S3、同步启动所有液氮冻结器，液氮通过液氮供液管进入液氮冻结器；随着热交换的进行，液氮升温、气化、变成气体在液氮冻结器的内部上升，同时带动冻结器内一侧冷冻液上升，另一侧冷冻液下降，形成内循环；保证冻结器内冷冻液温度上下一致；
液氮分布器的内侧壁安装有分隔板，分隔板的一侧下放J型的液氮供液管；
请参阅图3，图中箭头所示即为冷冻液的流动方向；因分隔板进行导流，实现其一侧冷冻液上升，另一侧冷冻液下降，形成内循环。
S4、待冷冻不断进行，使冻结器周围形成均匀的冻土层；待多个冻结器的冻土层相互交接到一起之后，形成完整的冻结帷幕；
S5、对地层内的冻结帷幕进行强度、温度检测；
指标满足施工需求时，即可沿地下工程的顶视范围进行施工作业
本实施例中，具体的：液氮分布器的顶部连通有一气液分离器，用气液分离。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种液氮冻结施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在地表处标注拟开挖井筒等地下工程的顶视范围，并在此范围的外部标注液氮冻结施工点，该施工点需均匀分布于地下工程范围的外部；
S2、以S1中液氮冻结施工点为基点，向地下安置液氮冻结器；当所有液氮冻结器全部安置成型后，相邻的每组液氮冻结器假想连线可组成一个封闭的空间，该空间的中心点即为地下工程的顶视范围的中心点；
S3、同步启动所有液氮冻结器，液氮通过液氮供液管进入液氮冻结器；随着热交换的进行，液氮升温、气化、变成气体在液氮冻结器的内部上升，同时带动冻结器内一侧冷冻液上升，另一侧冷冻液下降，形成内循环；保证冻结器内冷冻液温度上下一致；
S4、待冷冻不断进行，使冻结器周围形成均匀的冻土层；待多个冻结器的冻土层相互交接到一起之后，形成完整的冻结帷幕；
S5、对地层内的冻结帷幕进行强度、温度检测；指标满足施工需求时，即可沿地下工程的顶视范围进行施工作业。
2.根据权利要求1所述的一种液氮冻结施工方法，其特征在于：在所述S1中，注液氮冻结施工点以环形阵列的方式均匀排布于地下工程范围的外部。
3.根据权利要求1所述的一种液氮冻结施工方法，其特征在于：在所述S2中，地表需安置液氮分布器，液氮分布器的出口均通过一个闸阀连通于一个液氮冻结器的液氮供液管；
液氮供液管呈J型，且其贯穿于液氮分布器的内侧。
4.根据权利要求3所述的一种液氮冻结施工方法，其特征在于：液氮分布器的顶部连通有一气液分离器。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的一种液氮冻结施工方法，其特征在于：液氮分布器的内侧壁安装有分隔板，分隔板的一侧下放液氮供液管；
液氮冻结器的内部充满无法溶于水的油质冷冻液。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211004349.3A CN115305904B (zh) | 2022-08-22 | 2022-08-22 | 一种液氮冻结施工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211004349.3A CN115305904B (zh) | 2022-08-22 | 2022-08-22 | 一种液氮冻结施工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115305904A true CN115305904A (zh) | 2022-11-08 |
| CN115305904B CN115305904B (zh) | 2024-04-26 |
Family
ID=83862975
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211004349.3A Active CN115305904B (zh) | 2022-08-22 | 2022-08-22 | 一种液氮冻结施工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115305904B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1344654A (en) * | 1970-11-16 | 1974-01-23 | Union Carbide Canada Ltd | Ground freezing by means of liquid nitrogen |
| CN110094207A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-08-06 | 王海霖 | 一种低温氮气循环制冷的人工地层冻结系统及方法 |
| CN212270903U (zh) * | 2020-03-31 | 2021-01-01 | 中铁二十二局集团轨道工程有限公司 | 一种竖井冻结管 |
-
2022
- 2022-08-22 CN CN202211004349.3A patent/CN115305904B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1344654A (en) * | 1970-11-16 | 1974-01-23 | Union Carbide Canada Ltd | Ground freezing by means of liquid nitrogen |
| CN110094207A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-08-06 | 王海霖 | 一种低温氮气循环制冷的人工地层冻结系统及方法 |
| CN212270903U (zh) * | 2020-03-31 | 2021-01-01 | 中铁二十二局集团轨道工程有限公司 | 一种竖井冻结管 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 方江华等: ""液氮快速冻结在城市地下工程中的研究"", 《北京工业大学学报》, vol. 36, no. 9, pages 1193 - 1198 * |
| 时洪泉: ""关于冻结法凿井技术的浅析"", 《黑龙江科技信息》, no. 9, pages 90 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115305904B (zh) | 2024-04-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1974168B1 (en) | Pipe and system for utilizing low-energy | |
| TWI660096B (zh) | Site freezing method and site freezing system | |
| CN109488305B (zh) | 一种应用在破损井筒修复过程中的冻结器布置方式 | |
| CN104405400A (zh) | 一种大直径盾构隧道端头杯型水平冻结孔布设方法 | |
| US9709337B2 (en) | Arrangement for storing thermal energy | |
| CN201077982Y (zh) | 局部冻结器 | |
| CN101696829A (zh) | 地热能远距离传热储能的方法、其装置及应用 | |
| US20210355639A1 (en) | Vertical ground heat exchanger for reducing temperature in carbonaceous shale rock mass and preventing roadbed frost heave | |
| CN205260038U (zh) | 盾构隧道端头箱型冻结壁加固结构 | |
| WO2012008992A1 (en) | Convection enhanced closed loop geothermal heat pump well | |
| CN104653185A (zh) | 一种冻结段长可调的冻结器及其冻结方法 | |
| CN201395790Y (zh) | 热管式人工地层冷冻系统 | |
| CN110542339A (zh) | 一种被动式跨季节供能蓄能系统 | |
| CN115305904A (zh) | 一种液氮冻结施工方法 | |
| CN105952458A (zh) | 一种盾构隧道端头半球形冻结壁加固结构及其施工方法 | |
| CN114032938B (zh) | 一种深基坑水平冻结封底施工方法 | |
| CN201522138U (zh) | 一种以冻结管为地下换热器的热泵装置 | |
| CN115522531A (zh) | 一种基于冻结法的电梯井或集水坑的冻结系统和施工方法 | |
| CN112127945A (zh) | 一种利用地热的寒区隧道防排水系统地埋换热管加热系统 | |
| CN113756823A (zh) | 盾构机内的间接环形冻结装置、其安装方法及冻结系统 | |
| CN110984125A (zh) | 一种分段控制式液氮冻结器及工作方法 | |
| CN114134903B (zh) | 基于水平冻结法的软土地区深大基坑土体超前加固方法 | |
| CN214657075U (zh) | 一种大型基坑冻结设备 | |
| KR102351998B1 (ko) | 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기 및 이를 이용한 열교환 방법 | |
| WO2019000098A1 (en) | THERMOSIPHON FILLED WITH LIQUID TO A FORCED CIRCULATION PHASE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |