CN201574390U - 地层液氮冻结器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种地层液氮冻结器。主要解决了现有技术中存在的供液管供液分布不均匀致使冻结体周围的土层冻结不均匀从而浪费氮气、冻结时间延长的问题。其特征在于：所述的冻结管(5)内的供液管(3)上轴向每300-800mm均布径向相对的透气孔(4)。该地层液氮冻结器具有能形成均匀冻结柱体且节省氮气、节约成本、缩短工期的特点。
Description
技术领域：
本实用新型涉及一种地下工程施工过程中所用的冻结器，特别是一种地层液氮冻结器。
背景技术：
在地下工程施工过程中，一般会遇到软地层。在进行基坑开挖、地铁盾构进、出洞等施工时，用传统的地基加固方法，常常存在加固不均匀或出现空隙，从而出现涌砂、突水险情。城市地铁线路一般经过繁华闹市区，传统的加固方法加固的地层经检查没有完全封住水，而只好采用冻结法再次加固，或直接用冻结法加固地层，当端头井地面有作业场地时，可以采用垂直或水平冻结法加固，当地面没有作业场地时，则采用水平冻结法加固，以确保封水效果。
冻结法最大的技术优势是冻土帷幕发展均匀，能够保证封水效果，且冻土强度也较高。因此冻结法在城市软土地层加固中取得了广泛应用。在冻结法中液氮冻结技术以冻结速度快、大幅度缩短工期的优势凸现出来。但目前在以液氮为冷冻循环介质的液氮冻结技术应用过程中，供液管只有底部有液氮出口，轴向上不设透气孔，则冻结管周围的冻结园柱体出现孔口端较细、末端较粗的现象，单个冻结管的沿轴向的两端的冻结柱体直径差别较大，根据实验，在1米长的冻结圆柱体上，末端直径可达开口端直径的3倍，从而冻土帷幕的平均温度值相差较大，冻结体周围的土层即冻结帷幕柱体冻结不均匀，不但浪费大量氮气，使成本增加，而且导致冻结工期延长。
实用新型内容：
本实用新型所要解决的技术问题是克服背景技术中存在的供液管供液分布不均匀致使冻结体周围的土层冻结不均匀从而浪费氮气、冻结时间延长的问题，而提供一种地层液氮冻结器，该地层液氮冻结器具有能形成均匀冻结柱体且节省氮气、节约成本、缩短工期的特点。
本实用新型解决其问题可通过如下技术方案来达到：该地层液氮冻结器包括顶部有密封板的冻结管，穿过密封板置入冻结管的供液管及排气管，供液管底端距离冻结管底部有距离，冻结管内的供液管上轴向每300-800mm均布径向相对的透气孔。
所述的透气孔直径为3mm-8mm；
所述的透气孔相邻的两对相对径向孔异面相交；
所述的透气孔相邻的两对相对径向孔异面垂直；
所述的供液管底端出口端接有带透气孔的封板，或将供液管底端夹扁并留有透气孔。
本实用新型与上述背景技术相比较可具有如下有益效果：该地层液氮冻结器供液管轴向上每300-800mm均匀分布若干径向相对的直径为3mm-8mm透气孔，供液管底端也设透气孔，使液氮气液混合体均匀通过透气孔溢出，液氮在冻结区间内能够均匀合理分配，单孔的冻土圆柱体的直径头部和末端的直径差相对减少，在每米长度的冻结圆柱体上，尾部和头部直径差降到0.5倍，最多不超过2倍，冻土发展速度均匀一致，以最少最合理的液氮用量快速达到最佳冻结效果，使冻结帷幕厚度及冻土平均温度达到设计要求，缩短冻结工期，减少氮气用量，降低成本。
附图说明：
附图1是本实用新型的结构示意图；(图中N面处为开始冻结位置，M与N面间为局部冻结区)
附图2是图1中A-A向结构剖视图；
附图3是图1中B-B向结构剖视图。
图中：1-排气管，2-密封板，3-供液管，4-透气孔，5-冻结管，6-封板。
具体实施方式：
下面结合附图将对实用新型作进一步说明：
如附图1所示，该地层液氮冻结器包括顶部有密封板2的冻结管5，供液管3及排气管1通过密封板2置入冻结管5内，所述排气管1在冻结管5内的长度根据冻结深度而定，排气管1出口端(图1N面)距离冻结管5底部(图1M面)的距离即是待冻结地层深度；供液管3底端距离冻结管5底部100-200mm，以保证冻结管底部氮气流通；冻结管5内的供液管3轴向上每300-800mm均匀分布径向相对的透气孔4，冻结法加固时可以采用垂直或水平冻结孔，在采用垂直冻结孔时，一般考虑局部冻结，即所述的供液管3轴向上的透气孔4从设计冻结深度处开始布置，实现局部冻结，可以有效地节约氮气，节约成本；透气孔4相邻的两对相对径向孔异面相交，当透气孔4相邻的两对相对径向孔异面垂直相交时，供液管3轴向上透气孔4呈梅花状布置，有利于氮气均匀充满冻结管5与供液管3之间隙，如图1、图2、图3所示，透气孔4直径为3mm-8mm；所述的供液管3出口端接有带透气孔的封板6，封板6上的透气孔为1～3个，或将供液管3出口端夹扁，夹扁的末端也留有透气孔；供液管3及冻结管5为20#低碳钢无缝钢管或不锈钢无缝钢管。
该地层液氮冻结器工作过程为：液氮在一定压力下由供液管3轴向上均布的径向相对的透气孔4流入冻结管5内，使液氮在冻结管内同时从四周全方位均匀扩散，蒸发吸收热量，从而冻结管壁能够保持均匀的低温，使所需冻结区域冻结均匀，能够迅速达到设计要求，液氮在冻结管内蒸发后变成气态氮或气液混合物由排气管1排出。
冻结管5内的供液管3轴向上每300-800mm均匀分布径向相对且直径为3mm-8mm的透气孔4时，液氮气液混合体均匀通过透气孔溢出，液氮在冻结区间内能够均匀合理分配，相对减少了单孔的冻土圆柱体的直径头部和末端的直径差，在每米长度的冻结圆柱体上，尾部和头部直径差降到0.5倍，最多不超过2倍，冻土发展速度均匀一致，以最少最合理的液氮用量快速达到最佳冻结效果，使冻结帷幕厚度及冻土平均温度达到设计要求，减少氮气用量、降低冻结成本、缩短工期。
实施例1：一轨道交通端头井盾构进洞(上行线)，在洞门部打探孔时出现较大的涌砂喷水现象，为了盾构进洞安全，采用液氮冻结体对上行线端头井部分进行水平冻结加固。端头井部分采用的冻结管及供液管为20#低碳钢无缝钢管，供液管上设透气孔，间距300mm，呈梅花状布置，透气孔直径3mm，供液管3底端接有开1个孔的封板6，封板6距离冻结管5底部100mm，端头井部分冻结管向外扩展700mm处设置多个测温孔，测温孔中有效深度0.2m和2.4m处共布置2个测温点，其中测温孔T1浅部和深部两点处的温度值为-10.1℃和-26.5℃，每米温差为1.2倍，可以近似理解冻结圆柱体直径不大于2倍。因为在工程实际应用中，实际冻结圆柱体的直径是不易直接测量的，而通过测温孔可以方便的测出相应位置的温度值，尽管冻结圆柱体的直径与相应位置的测温孔温度值不是线性关系，但也可以近似理解为线性关系，以便于定量比较。
实施例2：
一高速铁路的PHC桩基击穿了盾构区间隧道下行线510环与520环之间的隧道管片，造成泥土进入隧道，致使隧道局部产生了变形和裂缝，采用液氮冻结器对隧道损坏地层进行水平冻结加固，冻结管及供液管选用不锈钢管，供液管上的透气孔从孔深12m处开始设置，间距400mm，呈梅花状布置，透气孔直径6mm，有封板6的供液管3底端距离冻结管5底部200mm，封板6上有3个透气孔，隧道损坏地层中冻结管附近设置多个测温孔T，在测温孔下放测温探头，每个测温孔内至少下放4个测温点，其中一个测温孔四个测温点的深度分别为10m、12m、13.5m、15.2m，各点温度分别为-3.63℃、-25.25℃、-37.94℃、-16.94℃；可以看出，冻结圆柱体的温度值浅部(12m深处)为-25.25℃、深部(13.5m深处)为-37.94℃，温度差值达到1.5倍，可以近似理解冻结圆柱体直径不大于2倍。在孔深10m处及以浅区域，未设透气孔，温度值为-3.63℃，与深部的温度值相差很大，达到了10.4倍，每米温度差值达到5.2倍。
实施例3：
一轨道交通线上专用交通联络线工程，盾构在南端头井处出洞，采用竖直液氮冻结体加固洞门区域，冻结管选用不锈钢管，供液管用低碳无缝钢管，从孔深20m处开始布设透气孔，透气孔间距800mm，透气孔直径8mm，呈梅花状布置；有封板6的供液管3底端距离冻结管5底部100mm，封板6上有2个透气孔，在相应位置设置多个测温孔，在测温孔下放测温探头，每个测温孔内至少设置4个测温点，其中一个测温孔四个测温点的深度分别为21m、22.5m、24m、25.5m，各点温度分别为-18.63℃、-15.54℃、-28.38℃、-43.13℃；以上数据可以看出，测温孔的深部和浅部温度值相差43.13/18.63＝2.3倍，每米温度差值为0.5倍，可以近似理解冻结圆柱体直径不大于2倍。
Claims (7)
1.一种地层液氮冻结器，包括顶部有密封板(2)的冻结管(5)，穿过密封板(2)置入冻结管(5)的供液管(3)及排气管(1)，供液管(3)底端距离冻结管(5)底部有距离，其特征在于：所述的冻结管(5)内的供液管(3)上轴向每300-800mm均布径向相对的透气孔(4)。
2.根据权利要求1所述的地层液氮冻结器，其特征在于：所述的供液管(3)上的透气孔(4)直径为3mm-8mm。
3.根据权利要求1或2所述的地层液氮冻结器，其特征在于：所述的透气孔(4)相邻的两对相对径向孔异面相交。
4.根据权利要求3所述的地层液氮冻结器，其特征在于：所述的透气孔(4)相邻的两对相对径向孔异面垂直。
5.根据权利要求1或2所述的地层液氮冻结器，其特征在于：所述的供液管(3)底端出口端接有带透气孔的封板(6)或将供液管底端夹扁并留有透气孔。
6.根据权利要求1或2所述的地层液氮冻结器，其特征在于：所述的供液管(3)底端距离冻结管(5)底部100-200mm。
7.根据权利要求1或2所述的地层液氮冻结器，其特征在于：所述的供液管(3)及冻结管(5)为低碳钢无缝钢管或不锈钢无缝钢管。
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| CN 201020004090 CN201574390U (zh) | 2010-01-21 | 2010-01-21 | 地层液氮冻结器 |
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| CN 201020004090 CN201574390U (zh) | 2010-01-21 | 2010-01-21 | 地层液氮冻结器 |
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| CN201574390U true CN201574390U (zh) | 2010-09-08 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN 201020004090 Expired - Lifetime CN201574390U (zh) | 2010-01-21 | 2010-01-21 | 地层液氮冻结器 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN201574390U (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102383414A (zh) * | 2011-09-08 | 2012-03-21 | 同济大学 | 具有多供液管的液氮冻结器 |
| CN102912788A (zh) * | 2012-11-15 | 2013-02-06 | 陈绍文 | 在软土地基上快速搭建应急通行通道的方法 |
| CN104697730A (zh) * | 2015-03-18 | 2015-06-10 | 中煤特殊凿井有限责任公司 | 一种检测冻结管密封性的检测装置 |
| CN114541368A (zh) * | 2022-02-15 | 2022-05-27 | 淮北矿业股份有限公司 | 一种液氮差异冻结器 |
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2010
- 2010-01-21 CN CN 201020004090 patent/CN201574390U/zh not_active Expired - Lifetime
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