形成环形冻结壁的垂直节能型冻结器及方法技术

本发明专利技术公开了一种形成环形冻结壁的垂直节能型冻结器，包括内层冻结管和外层承压管，所述内层冻结管包括隔热段冻结管和未隔热段冻结管，所述隔热段冻结管的管径小于未隔热段冻结管的管径；所述隔热段冻结管和未隔热段冻结管之间通过变径接头连接，所述变径接头外部包裹焊接有第一外接箍；所述隔热段冻结管的外表面敷设有第一隔热层，所述第一外接箍焊接至所述外层承压管；所述未隔热段冻结管敷设在环形冻结区域，所述隔热段冻结管敷设在所述环形冻结区域的环外及环内，从而形成环形冻结壁。本发明专利技术既可以实现开挖构筑物结构底部的冻结，又避免了将待开挖断面冻实，即形成环形冻结壁，不仅实现节能，也减少全断面冻结引起冻胀融沉危害。

Vertical energy-saving freezing device and method for forming annular freezing wall

The invention discloses a vertical energy saving freezer for forming a circular frozen wall, including the inner layer freezing pipe and the outer bearing tube. The inner layer of the freezing pipe includes the heat insulation section freezing pipe and the non insulated section freezing pipe. The pipe diameter of the heat insulation section is smaller than that of the non insulated section freezing pipe; the heat insulation section freezing pipe and the non insulation pipe are not insulated. The segment freezing pipe is connected through a variable diameter joint, and the outer wrapping of the variable diameter joint is welded with a first external hoop; the exterior surface of the heat insulation section freezing pipe is provided with a first heat insulation layer, and the first outer hoop is welded to the outer layer of the pressure pipe; the frozen section of the non insulated section is laid in the annular freezing zone, and the heat insulation section is frozen. The tube is laid in the outer ring and ring of the annular frozen area to form an annular freezing wall. The invention can not only freeze the bottom of the structure of the structure of the excavation, but also avoid the freezing of the section of the excavation, that is, forming a circular freezing wall, not only to save energy, but also to reduce the damage of frost heave and thawing of the whole section.

【技术实现步骤摘要】
形成环形冻结壁的垂直节能型冻结器及方法
本专利技术涉及一种形成环形冻结壁的垂直节能型冻结器及方法。
技术介绍
冻结法为人工制冷技术，由天然冻结发展而来。这项地层加固特殊施工技术被广泛地应用于世界诸多国家的矿井、隧道、地铁以及相关市政工程的建设中，成为地下工程施工的重要工法之一。冻结法是通过在地层中建立一个提高土体强度、封闭隔水的冻土帷幕，为凿井提供一个安全临时支撑的特殊工法。国内冻结施工根据地下结构的形状、开拓方式选择合理的冻结设计方案。目前，煤矿立井冻结工程通常采用单圈或多圈孔垂直冻结方式；煤矿斜井冻结工程通常采用分段垂直孔局部冻结方案；市政联络通道或隧道冻结工程通常采用水平冻结方案。采用垂直冻结方案施工时，随着冻结深度的加大，冻结壁需抵抗的以水土压力为主的外荷载不断增大。通常以控制层位的冻结壁厚度为依据进行冻结设计，其他层位或者无需冻结段的冻结会带来冻结冷量的损失，未考虑开挖断面冻结器的隔热效果，从而增加了开挖段的开挖衬砌难度，增加了由于冻土量的增大引起的环境效应。根据现场工况，有时候需要采用垂直冻结来加固水平或近水平地下构筑物，一般是通过地面打设垂直冻结孔，满堂冻结，将拟建构筑物及周边土体冻结成冻土块体，再在冻土块体中开挖构筑。该种冻结方法，开挖时，要全断面挖掘冻土，开挖难度大，工期长，造成额外消耗；同时开挖土体冻实，客观上也造成冷量损耗，资源浪费，不环保；大体积的满堂冻结，易产生较大冻胀融沉，危及工程安全。故研究一种节能型垂直冻结器及环形冻结壁形成方法非常必要。采用垂直冻结孔进行水平构筑物冻结加固，按照冻结设计理论，要在拟建建筑或构筑物周边形成包围形状的一定厚度的冻结壁，拟建构筑物上部及两侧均可以采用直接从地面布设垂直或近垂直的冻结孔进行冻结实现，底部只能通过布设穿过结构内部的垂直或近垂直冻结孔实现，但在实现构筑物底部盐水循环冻结的同时，也将待开挖结构内部区域冻实。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决目前长距离曲线隧道施工水平冻结造孔施工困难，并且对冻胀融沉要求高的技术问题。为实现以上专利技术目的，一方面，本专利技术提供一种形成环形冻结壁的垂直节能型冻结器，包括内层冻结管和外层承压管，所述内层冻结管包括隔热段冻结管和未隔热段冻结管，所述隔热段冻结管的管径小于未隔热段冻结管的管径；所述隔热段冻结管和未隔热段冻结管之间通过变径接头连接，所述变径接头外部包裹焊接有第一外接箍；所述隔热段冻结管的外表面敷设有第一隔热层，所述第一外接箍焊接至所述外层承压管；所述未隔热段冻结管敷设在环形冻结区域，所述隔热段冻结管敷设在所述环形冻结区域的环外及环内，从而形成环形冻结壁。进一步地，所述变径接头一端通过第一内接箍安装在所述隔热段冻结管内，所述变径接头另一端通过第二内接箍安装在所述未隔热段冻结管内，所述隔热段冻结管的端头内壁开设有第一凹槽，所述未隔热段冻结管的端头内壁开设有第二凹槽，所述第一凹槽内设置所述第一内接箍，所述第二凹槽内设置所述第二内接箍，所述第一内接箍和第二内接箍分别与所述变径接头焊接在一起。进一步地，所述第一隔热层为聚乙烯材料。进一步地，所述外层承压管为无缝钢管。另一方面，本专利技术提供一种通过垂直节能型冻结器形成环形冻结壁的方法，包括如下步骤：(1)分别确定隔热段和未隔热段内层冻结管的管径，其中隔热段内层冻结管的管径小于未隔热段内层冻结管的管径，隔热段内层冻结管与未隔热段内层冻结管之间通过变径接头连接；(2)确定隔热层厚度；(3)选取无缝钢管作为外层承压管；(4)对隔热段内层冻结管进行编号，再将隔热层材料用胶带缠在编号的所述隔热段内层冻结管表面，缠结的过程中要确保所述隔热层材料与所述隔热段内层冻结管紧密接触，当所述隔热层材料缠结完毕后，在所述内层冻结管外表面套上所述外层承压管；(5)在待开挖断面四周开设冻结孔，其中在位于待开挖断面四周的环形区域内的冻结孔中布置未隔热段内层冻结管，在所述环形区域的环外及环内的冻结孔中布置隔热段内层冻结管；(6)在所述内层冻结管内注入冷冻盐水，其中隔热段内层冻结管周围的土层未被冻结，未隔热段内层冻结管周围的土层被冻结，从而在所述环形区域形成环形冻结壁。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术既可以实现开挖构筑物结构底部的冻结，又避免了将待开挖断面冻实，即形成环形冻结壁，不仅实现节能，也减少全断面冻结引起冻胀融沉危害，实现高效开挖，最终实现与周边环境的友好协同。附图说明图1为本专利技术冻结器的隔热段冻结管部分的径向剖视图；图2为本专利技术冻结器的隔热段冻结管部分的轴向剖视图；图3为本专利技术冻结器的两根相邻隔热段冻结管焊接后隔热段冻结管部分的轴向剖视图；图4为在图3基础上，在焊接接头处进行隔热和外接箍焊接后的轴向剖视图；图5为环形冻结壁形成示意图；图6为隔热段冻结管和未隔热段冻结管通过变径接头连接的示意图。图中：内层冻结管1；第一隔热层2；外层承压管3；密封环形闷板4；第一焊缝5；第二隔热层6；第二外接箍7；变径接头8；第一内接箍9；第二内接箍10；第二焊缝11；第三焊缝12；环形冻结壁外边界13；环形冻结壁内边界14；未隔热段冻结管15；隔热段冻结管16。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。如图1-6所示，本专利技术的形成环形冻结壁的垂直节能型冻结器，包括内层冻结管1和外层承压管3，内层冻结管1包括隔热段冻结管16和未隔热段冻结管15，隔热段冻结管16的管径小于未隔热段冻结管15的管径；隔热段冻结管16和未隔热段冻结管15之间通过变径接头8连接，变径接头外部包裹焊接有第一外接箍(图中未示出)；隔热段冻结管的外表面敷设有第一隔热层2，第一外接箍焊接至外层承压管3；外层承压管3与内层冻结管1之间的环形空间通过密封环形闷板4焊接密封；未隔热段冻结管15敷设在外边界13和内边界14之间的环形冻结区域，隔热段冻结管16敷设在环形冻结区域的环外(即外边界13以外)及环内(即内边界14以内)，从而形成环形冻结壁。其中，如图3-4所示，隔热段冻结管16由多段焊接而成，相邻两段之间通过一圈第一焊缝5连接在一起，第一焊缝5左右的隔热段冻结管16外表面包裹有第二隔热层6，第二隔热层6外表面通过第二外接箍7与外层承压管3焊接密封。优选地，变径接头8一端通过第一内接箍9安装在隔热段冻结管内，变径接头另一端通过第二内接箍安装在未隔热段冻结管内，隔热段冻结管的端头内壁开设有第一凹槽，未隔热段冻结管的端头内壁开设有第二凹槽，第一凹槽内设置第一内接箍，第二凹槽内设置第二内接箍，第一内接箍和第二内接箍分别与变径接头焊接在一起。以隔热段冻结管16为规格φ89*8(外径89mm，壁厚8mm，则内径为73mm)的无缝钢管,133*4外层承压管，未隔热段冻结管15为规格φ133*8(外径133mm，壁厚8mm)的无缝钢管为例说明二者通过变径接头8进行连接的工艺，如图6所示：(1)在φ89*8无缝钢管端头内壁加工用于放置第一内接箍9的第一凹槽(图中未示出)，第一凹槽长50mm，槽深0.5mm，加工第一凹槽后，隔热段冻结管16内径变为74mm。为方便焊接且保证焊接质量，在隔热段冻结管16端部外侧壁6mm厚度打设63°坡口，为方便对直，内侧壁2mm厚度不打设坡口。第一内接箍9采用φ76*5无缝钢管加工，长度115mm,本文档来自技高网...

【技术保护点】
形成环形冻结壁的垂直节能型冻结器，其特征在于，包括内层冻结管和外层承压管，所述内层冻结管包括隔热段冻结管和未隔热段冻结管，所述隔热段冻结管的管径小于未隔热段冻结管的管径；所述隔热段冻结管和未隔热段冻结管之间通过变径接头连接，所述变径接头外部包裹焊接有第一外接箍；所述隔热段冻结管的外表面敷设有第一隔热层，所述第一外接箍焊接至所述外层承压管；所述未隔热段冻结管敷设在环形冻结区域，所述隔热段冻结管敷设在所述环形冻结区域的环外及环内，从而形成环形冻结壁。

【技术特征摘要】
1.形成环形冻结壁的垂直节能型冻结器，其特征在于，包括内层冻结管和外层承压管，所述内层冻结管包括隔热段冻结管和未隔热段冻结管，所述隔热段冻结管的管径小于未隔热段冻结管的管径；所述隔热段冻结管和未隔热段冻结管之间通过变径接头连接，所述变径接头外部包裹焊接有第一外接箍；所述隔热段冻结管的外表面敷设有第一隔热层，所述第一外接箍焊接至所述外层承压管；所述未隔热段冻结管敷设在环形冻结区域，所述隔热段冻结管敷设在所述环形冻结区域的环外及环内，从而形成环形冻结壁。2.如权利要求1所述的形成环形冻结壁的垂直节能型冻结器，其特征在于，所述变径接头一端通过第一内接箍安装在所述隔热段冻结管内，所述变径接头另一端通过第二内接箍安装在所述未隔热段冻结管内，所述隔热段冻结管的端头内壁开设有第一凹槽，所述未隔热段冻结管的端头内壁开设有第二凹槽，所述第一凹槽内设置所述第一内接箍，所述第二凹槽内设置所述第二内接箍，所述第一内接箍和第二内接箍分别与所述变径接头焊接在一起。3.如权利要求1所述的形成环形冻结壁的垂直节能型冻结器，其特征在于，所述隔热层为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李方政，崔兵兵，韩玉福，崔灏，孔令辉，陈红蕾，孙钦帅，敖松，王跃，张基伟，王磊，姜国静，高玉琪，
申请(专利权)人：北京中煤矿山工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11