CN206052685U

CN206052685U - 螺纹冻结管

Info

Publication number: CN206052685U
Application number: CN201621082074.5U
Authority: CN
Inventors: 胡俊; 卫宏; 刘勇; 李玉萍; 姚凯; 佳琳
Original assignee: Hainan University
Current assignee: Hainan University
Priority date: 2016-09-26
Filing date: 2016-09-26
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2026-09-26

Abstract

本实用新型公开了一种螺纹冻结管，包括冻结管本体，所述冻结管本体上端固定有螺帽，所述螺帽上端封闭，螺帽上端仅设有一个与处于冻结管本体内部的供液管相通的配液管接口，螺帽侧面上设有一个与冻结管本体内部空腔相通的回液管接口，所述冻结管本体的外表面上设置有螺纹。采用螺纹冻结管施工时，无需在地层中先进行钻孔作业，螺纹冻结管在提供扭矩的机器下直接顶入地层中，节省了工期，也不会出现偏斜和涌水涌砂情况。同时，在拔除冻结管环节，再施加相反的扭矩以使冻结管退出地层，与传统方法相比，不会出现断管现象。

Description

螺纹冻结管

技术领域

本实用新型涉及一种土工技术，尤其是一种螺纹冻结管。

背景技术

人工地层冻结法(Artificial Ground Freezing, AGF)(简称“冻结法”),是利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁的保护下进行地下工程施工的特殊施工技术，其实质是利用人工制冷临时改变岩土性质以加固地层。人工土冻结法由于基本不受支护范围和支护深度的限制，能有效防止涌水以及城市挖掘、钻凿施工中相邻上体的变形而受到越来越多的重视，成为地下工程的主要技术手段之一。

人工冻结工程中的冻结管普遍采用的是低碳无缝钢管，低碳无缝钢管在常温和低温下的力学性能较好，热导性较好，能满足冻结施工要求，同时人们对钢管的加工及使用工艺比较熟悉；也可以采用PVC、PPR、ABS、PE等塑料管。传统的冻结管一般为圆形截面，也有异型截面，如方形、薄板形、工字形、三角形、T形、Y形等，不同的截面形式具有不同的受力特性。

目前，人工冻结法所用的冻结管有直线形和曲线形两种。中国专利CN 205501986U公布了一种曲线冻结管，若要求形成拱形等曲线形冻土帷幕加固结构时可采用曲线冻结管，除此以外，常采用直线形冻结管。采用直线形冻结管时，先用钻机在地层中形成设计长度的冻结孔，然后再往冻结孔中安装冻结管外壁，之后放入冻结管内的供液管，在地层外部的冻结管一端做好密封，之后循环冷媒介质，在地层中形成冻土帷幕。当冻结结束时，需在冻结管中循环热水来解冻，之后拔除冻结管，进行融沉注浆。在上述环节中，存在如下问题：1、冻结孔钻孔施工难度大，工期长；2、冻结管解冻后在拔除时容易发生断管现象。如何找到更好的安装和拔除冻结管的施工装置和方法，是目前亟待解决的关键问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种螺纹冻结管，采用螺纹冻结管施工时，无需在地层中先进行钻孔作业，螺纹冻结管在提供扭矩的机器下直接顶入地层中，节省了工期，也不会出现偏斜和涌水涌砂情况。同时，在拔除冻结管环节，再施加相反的扭矩以使冻结管退出地层，与传统方法相比，不会出现断管现象。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种螺纹冻结管，包括冻结管本体，所述冻结管本体上端固定有螺帽，所述螺帽上端封闭，螺帽上端仅设有一个与处于冻结管本体内部的供液管相通的配液管接口，螺帽侧面上设有一个与冻结管本体内部空腔相通的回液管接口，所述冻结管本体的外表面上设置有螺纹。

所述冻结管本体为上端开口，下端封闭的管状体。

所述冻结管本体下端为锥形，便于冻结管本体向地层钻入施工作业。

所述供液管底部开口，且该开口与冻结管本体内部空腔底部有间距，便于液体流入冻结管本体的腔体中。

所述冻结管本体内壁与供液管外壁之间有空隙，该空隙能够盛放从供液管中流出的液体，能够使冻结管本体降低温度，对冻结管本体周围的土层实施冻结。

所述回液管接口与所述空隙相通，便于液体流出冻结管本体。

所述螺帽上端设有水平向外延伸的凸沿，该凸沿是为了方便与提供扭矩的动力设备相连接匹配。

所述冻结管本体为钢质冻结管。

所述冻结管本体为PVC塑料冻结管，供液管中通有液氮。

该冻结管与传统的冻结管相比，冻结管外壁表面不再是光滑的直线形，而是具有螺纹的冻结管。采用螺纹冻结管施工时，无需在地层中先进行钻孔作业，螺纹冻结管在提供扭矩的机器下直接顶入地层中，节省了工期，也不会出现偏斜和涌水涌砂情况。同时，在拔除冻结管环节，再施加相反的扭矩以使冻结管退出地层，与传统方法相比，不会出现断管现象。

当在盾构隧道端头运用本实用新型时，由于盾构刀盘无法切除打入地层中的钢质冻结管，可用PVC等塑料冻结管代替钢质冻结管，这样盾构可以直接切削冻土和冻结管，节省了拔管时间和相应的风险；当采用塑料材质的冻结管时，可采用液氮冻结。

本实用新型特别适用于需要快速形成冻土帷幕的冻结法加固工程中，施工实用性强、加固效果好，可广泛应用于城市地下工程的建设中。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是螺纹冻结管冻结施工工艺流程图；

其中，1.冻结管本体，2.供液管，3.螺帽，4.配液管接口，5.回液管接口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“ 下”、“ 左”、“ 右”、“ 中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1所示，螺纹冻结管，包括冻结管本体1，所述冻结管本体1上端固定有螺帽3，所述螺帽3上端封闭，螺帽3上端仅设有一个与处于冻结管本体1内部的供液管2相通的配液管接口4，螺帽3侧面上设有一个与冻结管本体1内部空腔相通的回液管接口5，所述冻结管本体1的外表面上设置有螺纹。

冻结管本体1为上端开口，下端封闭的管状体。冻结管本体1下端为锥形，便于冻结管本体向地层钻入施工作业。

供液管2底部开口，且该开口与冻结管本体1内部空腔底部有间距，便于液体流入冻结管本体的腔体中。

冻结管本体内壁与供液管外壁之间有空隙，该空隙能够盛放从供液管中流出的液体，能够使冻结管降低温度，对冻结管周围的土层实施冻结。回液管接口5与所述空隙相通，便于液体流出冻结管本体。

螺帽3上端设有水平向外延伸的凸沿，该凸沿是为了方便与提供扭矩的动力设备相连接匹配。

整个冻结施工过程为：螺纹冻结管本体在扭矩作用下顶入地层→积极冻结形成冻土帷幕→主体结构施工→解冻之后再相反扭矩作用下将螺纹冻结管本体退出地层→融沉注浆。

冻结管冻结施工工艺流程如图2所示。

一、施工工艺流程

施工准备→螺纹冻结管安装施工→冻结系统和测温系统安装→积极冻结（温度监测）→主体结构施工（维护冻结）→强制解冻→螺纹冻结管退出（封孔）→融沉注浆→地下结构施做完成。整个施工流程如图2所示。

二、冻结设计

（1）冻土帷幕基本指标

冻土平均温度取-10℃，冻土强度指标需进行室内试验测定。

（2）测温孔布置

目的主要是测量冻土帷幕范围不同部位的温度发展状况，以便采取相应控制措施，确保施工的安全。

三、冻结制冷施工

3.1冻结站布置与设备安装

根据现场情况冻结站可设在地面或端头井两层平台上。站内设备主要包括冷冻机组、配电柜、盐水箱、盐水泵、冷却水泵、冷却塔及冷却水池等。冻结站安装包括氟系统、盐水系统及冷却水系统安装，要求根据冻结站的总体设计，按照先设备后管路的安装程序和施工图的技术要求，将三大循环系统分别进行安装，并按《井巷工程施工及验收规范》要求试压、检查验收。

设备安装按设备使用说明书的要求进行。

3.2管路连接、保温与测试仪表安装

盐水和冷却水管路用法兰连接，并用管架架设在施工平台上或隧道管片上。盐水管路要离地面安装，避免浸水和高低起伏。集配液圈与冻结管的连接用高压胶管，冻结管每2～3个一串联，串联尽量间隔进行，应以每组冻结孔总长度相近或每路盐水循环阻力接近为宜。

在配液圈与冻结器之间安装阀门二个，以便控制冻结器盐水流量。

在冷冻机进出水管上安装温度计，在去、回路盐水管路上安装压力表、温度传感器和控制阀门。在盐水管出口安装流量计。在盐水箱安装液面传感器。

在去路盐水干管上安装单向阀。在盐水管路的高处安装放气阀。盐水和冷却水管路耐压分别为0.7MPa和0.3MPa。

冷冻机组的蒸发器及低温管路、盐水箱、盐水干管表面用50mm厚的聚氨脂保温材料保温。

温度计、压力表和流量计安装要按有关规范进行。

3.3溶解氯化钙和机组充氟、加油

先在盐水箱内注入约1/4的清水，盐水箱上部要设过滤网，然后，启动泵并逐步加入固体氯化钙，直至盐水浓度达到设计要求。溶解氯化钙时要除去杂质。盐水箱内的盐水不能灌得太满，以免高于盐水箱口的冻结管盐水回流时溢出盐水箱。

机组充氟和冷冻机加油按照设备使用说明书的要求进行。首先进行制冷系统的检漏和氮气冲洗，在确保系统无渗漏后，再充氟加油。

3.4积极冻结与停止冻结

(1) 冻结系统试运转与积极冻结

设备安装完毕后进行调试和试运转。在试运转时，要随时调节压力、温度等各状态参数，使机组在有关工艺规程和设计要求的技术参数条件下运行。

在冻结过程中，每天检测盐水温度、盐水流量和冻土壁扩展情况，必要时调整冻结系统运行参数。冻结系统运转正常后进入积极冻结。

每天检测测温孔温度，并根据测温数据，分析冻结壁的扩展速度和厚度，预计冻结壁达到设计厚度时间。

(2) 探孔与停止冻结

实测冻结壁温度和厚度达到设计值后，打开探孔确认无泥水涌出，即可拔管始发和接收。若盾构还未达到始发和接收位置可进行维护冻结，但维护冻结盐水温度不宜高于-25℃。待主体结构施工完毕后即可停止冻结。

四、冻结管退出施工

利用人工局部解冻的方案，进行退管，具体方法如下：利用热盐水在冻结器里循环，使冻结管周围的冻土融化达到50mm～100mm时，开始退管。

(1) 盐水加热

用一只2m³左右的盐水箱储存盐水，用15～45kw的电热丝进行加热盐水。

(2) 盐水循环

利用流量为10m³/h盐水泵循环盐水，先用30～40℃的盐水循环5分钟左右，然后盐水温度逐步升高到50～70℃的盐水循环达30分钟左右，当回路盐水温度上升到25～30℃时，即可进行边循环边退出。

五、冻胀与融沉控制

施工过程中可采取如下措施控制冻胀和融沉：

（1）在冻结管退出后，要及时地将冻结孔洞用黄砂充填密实。

（2）在冻土体的融化阶段，可利用注浆孔向冻结加固区进行注浆压密加固冻融土体。因冻土体的自然融化过程缓慢，宜采取小压力、多注次的方式进行注浆，注浆压力一般为0.2～0.5MPa，浆液宜选用单液水泥浆。

（3）为了预防冻胀和融沉,设计选用标准制冷量较大的冷冻机组,在短时间内把盐水温度降到设计值,以加快冻土发展,提高冻土强度,减少冻胀和融沉量。

（4）掌握和调整盐水温度和盐水流量,必要时可采取间歇式冻结,控制冻土发展量，以减少冻胀和融沉。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims

1.一种螺纹冻结管，包括冻结管本体，其特征是，所述冻结管本体上端固定有螺帽，所述螺帽上端封闭，螺帽上端仅设有一个与处于冻结管本体内部的供液管相通的配液管接口，螺帽侧面上设有一个与冻结管本体内部空腔相通的回液管接口，所述冻结管本体的外表面上设置有螺纹。

2.如权利要求1所述的螺纹冻结管，其特征是，所述冻结管本体为上端开口，下端封闭的管状体。

3.如权利要求1所述的螺纹冻结管，其特征是，所述冻结管本体下端为锥形。

4.如权利要求1所述的螺纹冻结管，其特征是，所述供液管底部开口，且该开口与冻结管本体内部空腔底部有间距。

5.如权利要求1所述的螺纹冻结管，其特征是，所述冻结管本体内壁与供液管外壁之间有空隙，该空隙能够盛放从供液管中流出的液体。

6.如权利要求5所述的螺纹冻结管，其特征是，所述回液管接口与所述空隙相通。

7.如权利要求1所述的螺纹冻结管，其特征是，所述螺帽上端设有水平向外延伸的凸沿。

8.如权利要求1所述的螺纹冻结管，其特征是，所述冻结管本体为钢质冻结管。

9.如权利要求1所述的螺纹冻结管，其特征是，所述冻结管本体为PVC塑料冻结管，供液管中通有液氮。