冻结模拟的衬砌内冻结系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种冻结模拟的衬砌内冻结系统，包括衬砌、冷冻组件和搅拌轴；衬砌的上、下端分别设有上定位法兰和下定位法兰，内壁与其形成储存冷媒介质的密闭空腔结构；空腔结构内设有通过搅拌泵驱动的搅拌轴、以及能够注入、排出的冷媒介质；冷冻组件包括多个均匀间隔布置在空腔结构内的冻结管，每个冻结管竖直设置、两端分别与冷冻站连接并形成循环回路。本冻结模拟的衬砌内冻结系统，结构简单紧凑，有效对衬砌内冻结的模拟，使其空腔结构内的冷媒介质温度分布均匀，实现在衬砌外模型地层形成厚度及温度分布均匀的冻结壁，避免以结构衬砌作为冻结壁，内部空间较大，导致形成的模型冻结壁周向、轴向的厚度和温度不均匀的情况。况。况。

【技术实现步骤摘要】
冻结模拟的衬砌内冻结系统


[0001]本技术涉及冻结模拟实验领域，具体涉及一种冻结模拟的衬砌内冻结系统。

技术介绍

[0002]在含水、不稳定地层中，由于注浆加固和堵水的可靠性、可控性和效果差，通常采用冻结法施工地下工程，即：人工制冷将地下结构周围一定范围内的孔隙水冻结成冰，形成冻结壁，然后在其保护下进行地下结构的掘砌施工。
[0003]冻结法所施工的地下结构区别于普通法施工的地下结构，需要对其受力、变形规律等进行研究，对冻结壁的整体稳定性进行验证，以确定最佳的设计施工方案；
[0004]在诸多研究方法中，物理相似模拟试验以其直观准确的特点常作为研究中的重要手段，即将实际的冻结方案进行相似模化，以开展冻结施工条件下地下结构的受力、变形规律研究。由于存在模型冻结管尺寸过小，难以加工制作、抵抗变形能力较差、冻结管的布置对模型地层扰动过大等难题，而且基于冻结地下结构的物理相似模拟试验关注重点多为冻结壁存在的条件下或冻结壁解冻的过程中结构的受力、变形研究，不需要关注冻结壁的形成过程，只需要形成设定的厚度和平均温度即可，因此，冻结法施工的地下结构在进行结构的受力、变形模拟试验时，常采用简化的方法模拟冻结壁，比如以结构衬砌作为冻结管形成冻结壁。但现有方法存在如下缺陷：以结构衬砌作为冻结壁，内部空间较大，冷媒介质沿周向、轴向温度分布不均匀，最终导致形成的模型冻结壁周向、轴向的厚度和温度也不均匀，从而导致冻结壁的强度不均，结构衬砌的受力不均，模型试验的结果不理想。
[0005]因此，有必要提供一种可以形成设定的冻结壁厚度和平均温度且分布均匀的衬砌内冻结系统与方法解决上述问题。

技术实现思路

[0006]本技术提供一种冻结模拟的衬砌内冻结系统，结构简单紧凑，有效对衬砌内冻结进行模拟，使其空腔结构内的冷媒介质温度分布均匀，实现衬砌外模型地层形成厚度及温度分布均匀的冻结壁，避免以结构衬砌作为冻结壁，内部空间较大，导致形成的模型冻结壁周向、轴向的厚度和温度不均匀的情况。
[0007]为实现上述目的，本冻结模拟的衬砌内冻结系统，包括衬砌、冷冻组件和搅拌轴；
[0008]衬砌的上、下端分别设有上定位法兰和下定位法兰，内壁与其形成储存冷媒介质的密闭空腔结构；
[0009]空腔结构内设有通过搅拌泵驱动的搅拌轴、以及能够注入、排出的冷媒介质；
[0010]所述冷冻组件包括多个均匀间隔布置在空腔结构内的冻结管，每个冻结管竖直设置、两端分别与冷冻站连接并形成循环回路。
[0011]进一步的，所述上定位法兰上设有注液孔，下定位法兰上设有排液孔；
[0012]排液孔内密封拧入用于方便排液用的接管，第二软管与接管通过抱箍紧固连接，并在第二软管上设有单通阀门。
[0013]进一步的，所述上定位法兰上设有用于搅拌轴穿过并密封固定的固定孔；上定位法兰、下定位法兰上设有多个与冻结管对应的定位孔；
[0014]每个冻结管的下端通过第一软管与接头一端连接、接头中部密封设置在下定位法兰的定位孔内、另一端通过第三软管与冷冻站连接。
[0015]进一步的，所述搅拌轴位于衬砌中心位置，多个冻结管位于搅拌轴的外围。
[0016]进一步的，所述冷冻站的输出端与分流器连接；
[0017]每个冻结管的上、下端分别通过第三软管与冷冻站的输入端、分流器连接；分流器上设有控制相应管路开闭的阀门。
[0018]进一步的，所述冷冻站输入端处的每个第三软管上均设有监测组件；
[0019]监测组件包括分别与控制器连接的流量计、流速计和温度传感器；
[0020]控制器调整控制冷冻站输出冷冻液的温度、以及分流器上相应阀门的开闭。
[0021]进一步的，所述衬砌的空腔结构内设有与用于冻结壁的实时厚度、温度监控的感应组件；
[0022]感应组件与控制器连接。
[0023]进一步的，所述上定位法兰和下定位法兰上均设有与衬砌截面形状相适应的定位槽，定位槽内涂抹密封胶。
[0024]进一步的，所述下定位法兰上设有支撑组件；
[0025]支撑组件包括转动安装在下定位法兰上的支撑螺杆、螺纹安装在支撑螺杆下端的支撑底座。
[0026]与现有技术相比，本冻结模拟的衬砌内冻结系统由于衬砌的密闭空腔结构内设有搅拌轴和多个间隔位于搅拌轴外围的冻结管，因此冷冻液从相应冻结管下端进入，对空腔结构内的冷媒介质进行降温，搅拌泵带动搅拌轴转动，使空腔结构内的冷媒介质温度分布均匀，从而实现衬砌外模型地层形成厚度及温度分布均匀的冻结壁，避免以结构衬砌作为冻结壁，内部空间较大，导致形成的模型冻结壁周向、轴向的厚度和温度不均匀的情况，适用于不需要严格模拟冻结壁的形成过程、只需要形成所需的平均厚度和平均温度的冻结壁实验模拟；
[0027]由于冷冻站启动，将冷冻液从分流器输出至第三软管内、并从相应冻结管下端进入，对空腔结构内的冷媒介质进行降温，冷冻液再从冻结管的上端通过第三软管回流至冷冻站内，因此实现循环回路，保障冷冻液的持续有效使用；
[0028]由于在回流的第三软管上设有监测系统，包括用于监测流量的流量计、监测流速的流速计、以及监测温度的温度传感器，控制器控制冷冻站以实现冷冻液输出温度的调整，控制分流器上相应阀门以实现流量和流速的调整，因此调整更加方便，使得实验更加精准。
附图说明
[0029]图1是本技术的整体示意图；
[0030]图2是本技术的上定位法兰的结构俯视图；
[0031]图3是本技术的下定位法兰的结构俯视图；
[0032]图4是本技术的下定位法兰装配主视图；
[0033]图中：1、衬砌，2、冻结管，3、搅拌轴，4、第一软管，5、接头，6、下定位法兰，7、定位
孔，8、支撑螺杆，9、支撑底座，10、排液孔，11、第二软管，12、单通阀门，13、第三软管，14、分流器，15、上定位法兰，16、注液孔，17、监测组件，18、冷冻站，19、搅拌泵，20、定位槽，21、固定孔，22、限位孔，23、引线孔。
具体实施方式
[0034]下面结合附图对本技术作进一步说明。
[0035]如图1至图4所示，本冻结模拟的衬砌内冻结系统，包括衬砌1、冷冻组件和搅拌轴3；
[0036]衬砌1的上、下端分别设有上定位法兰15和下定位法兰6，内壁与上定位法兰15、下定位法兰6形成储存冷媒介质的密闭空腔结构；
[0037]空腔结构内设有通过搅拌泵19驱动的搅拌轴3、以及能够注入、排出的冷媒介质；
[0038]所述冷冻组件包括多个均匀间隔布置在空腔结构内的冻结管2，每个冻结管2竖直设置、两端分别与冷冻站18连接并形成循环回路。
[0039]具体的为：上定位法兰15上设有注液孔16，下定位法兰6上设有排液孔10，冷媒介质从上定位法兰15的注液孔16进入至衬砌1的空腔结构内进行填充，并可从下定位法兰6的排液孔10进行抽排；排液孔10内可密封设有用于方便本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.冻结模拟的衬砌内冻结系统，包括衬砌(1)、冷冻组件，其特征在于，还包括搅拌轴(3)；衬砌(1)的上、下端分别设有上定位法兰(15)和下定位法兰(6)，内壁与其形成储存冷媒介质的密闭空腔结构；空腔结构内设有通过搅拌泵(19)驱动的搅拌轴(3)、以及能够注入、排出的冷媒介质；所述冷冻组件包括多个均匀间隔布置在空腔结构内的冻结管(2)，每个冻结管(2)竖直设置、两端分别与冷冻站(18)连接并形成循环回路。2.根据权利要求1所述的冻结模拟的衬砌内冻结系统，其特征在于，所述上定位法兰(15)上设有注液孔(16)，下定位法兰(6)上设有排液孔(10)；排液孔(10)内密封拧入用于方便排液用的接管，第二软管(11)与接管通过抱箍紧固连接，并在第二软管(11)上设有单通阀门(12)。3.根据权利要求2所述的冻结模拟的衬砌内冻结系统，其特征在于，所述上定位法兰(15)上设有用于搅拌轴(3)穿过并密封固定的固定孔(21)；上定位法兰(15)、下定位法兰(6)上设有多个与冻结管(2)对应的定位孔(7)；每个冻结管(2)的下端通过第一软管(4)与接头(5)一端连接、接头(5)中部密封设置在下定位法兰(6)的定位孔(7)内、另一端通过第三软管(13)与冷冻站(18)连接。4.根据权利要求1至3任意一项所述的冻结模拟的衬砌内冻结系统，其特征在于，所述搅拌轴(3)位于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文，宋杨，李佳慧，侍凤成，
申请(专利权)人：江苏建筑职业技术学院，
类型：新型
国别省市：