X形冻结管及其在冻结施工中的应用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种便于地下工程施工的人工地层冻结工程技术，尤其是一种用于冻结施工的冻结管及冻结管在冻结施工中的应用方法。
【背景技术】
[0002]冻结工程是，在不稳定含水地层中修建地下工程时，借助人工制冷手段暂时加固地层和隔断地下水的一种特殊施工方法。其是在土体中设置冻结管，冻结管内通入循环冷媒剂，带走土体中热量从而形成强度高密封性好的冻土帷幕，起到承受荷载和密封防水的作用。现有冻结管都是圆形钢管，在冻结管中放入供液管，并在供液管中通入冷媒剂，使得冻结管周围的土层冻结形成冻土帷幕，为了响应现代社会节能减排的号召，提供一种冻结性能更高效，更节省资源成本的冻结管显得尤为重要。
【发明内容】
[0003]设计目的:避免【背景技术】中的不足之处，设计一种X形冻结管及其在冻结施工中的应用方法，其能够有效降低施工成本，提高冻结能力。
[0004]设计方案:为了实现上述设计目的。1、冻结管截面呈X形且冻结管外壁由四个凹弧段、四个凸弧段构成，是本发明的第一个技术特征。这样设计的目的是，以截面为X形的冻结管代替传统的圆形冻结管，X形冻结管拥有两个相互垂直的对称轴，在两个方向上截面惯性矩相等，其截面尺寸可通过外包圆直径、开弧间距、开弧角度三个几何参数控制，截面受力特性优越且形式简单；将传统圆形冻结管外壁的凸弧部分变成凹弧，周长及表面积不变，但截面面积大大减小，即冷媒介质用量减小；与传统圆形冻结管技术相比，X形冻结管具有较大的单位体积材料比表面积，因而可以在不增加工程量的前提下大大提高单管冻结能力，从而提高性价比；x形截面冻结管是人工冻结法的一种新技术，其外周长大、循环冷媒介质用量少，该项技术具有施工实用性强、施工质量控制方便、加固效果好且经济性优越等突出优点，具有较大的推广应用价值。2、冻结管顶部管壁上设有与冻结管连通的出液管，是本发明的第二个技术特征。达样设计的目的是，在冻结管的中心部位放入供液管，同时在冻结管头部设置回液管，冷媒介质从供液管流入，经出液管流出，如此循环在地层中形成X形冻土帷幕，冷媒介质循环流动在冻结管中，大大提高了冻结管对土体的冻结能力，提高施工效率。3、位于冻结管中央的中空供液管底部为通孔，是本发明的第三个技术特征。这样设计的目的是，供液管底端伸入冻结管底部，且中空的供液管底部为通孔，冷媒介质由供液管流入到冻结管底部，并由冻结管底部逐渐溢满，由出液管流出形成循环回路，提高冻结性能。4、位于冻结管中央的中空供液管底部封闭，供液管管壁上开有多个与冻结管连通的小孔且多个小孔自下而上呈环形排布，是本发明的第四个技术特征。这样设计的目的是，供液管底端伸入冻结管底部，中空的供液管底部封闭，供液管管壁上开有多个与冻结管连通的小孔，多个小孔自下而上呈环形排布在供液管管壁上；冷媒介质流入供液管中，由排布在供液管管壁上的小孔快速流入冻结管中，这样既提高了冻结管中冷媒介质的均匀性，同时也加快了冷媒循环，大大提高了冻结性能。5、冻结管为无缝低碳钢管或塑料管，是本发明的第五个技术特征。这样设计的目的是，可以根据具体工况环境选择采用传统的无缝低碳钢管，还是采用由PVC、PPR、ABS、PE等制成的塑料管；采用塑料管代替钢管，一方面有效降低了材料成本，节约资源；另一方面，当在盾构隧道时，盾构可以直接切削冻土和冻结管，不需拔出冻结管，避免了拔管时的风险；另外，采用塑料材质的X形截面冻结管，也可使用液氮冻结，冻结手段更广泛，适用范围更广。
[0005]技术方案1:一种X形冻结管，其包括冻结管和设于冻结管内的供液管；冻结管的截面呈X形，且冻结管外壁由四个凹弧段和四个凸弧段构成；供液管安装在冻结管的中央，冻结管顶部管壁上还设有与冻结管连通的出液管。
[0006]优选的，供液管底端伸入冻结管底部，且中空的供液管底部为通孔。
[0007]优选的，供液管底端伸入冻结管底部，中空的供液管底部封闭，供液管管壁上开有多个与冻结管连通的小孔，多个小孔自下而上呈环形排布在供液管管壁上。
[0008]优选的，冻结管为无缝低碳钢管或塑料管。
[0009]技术方案2:—种技术方案I所述的X形冻结管在冻结施工中的应用方法，其包括以下步骤:
[0010](I)根据冻结孔钻进要求，搭建施工脚架、安装钻孔装置；
[0011](2)校验钻孔装置中钻杆的垂直度，钻冻结孔；
[0012](3)在冻结孔中放入冻结管，并将冻结管顶部焊接在支架上；
[0013](4)采用经玮仪灯光测斜法检测冻结管的垂直度，然后复测冻结孔深度，并进行打压试漏；
[0014](5)在冻结管中放入供液管，并焊接固定供液管；
[0015](6)安装冻结站设备，并进行调试、试运转；
[0016](7)冻结系统运转正常后进行积极冻结；
[0017](8)待主体结构施工完毕后，停止冻结、拔出冻结管并将冻结孔填实。
[0018]优选的，步骤(5)中安装好供液管和冻结管后，用木塞等堵住管口。
[0019]优选的，步骤(7)中进行积极冻结过程中，需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。
[0020]优选的，步骤(8)中冻结管的拔出，需要实测冻结壁温度和厚度达到设计值，并打开探孔确认无泥水涌出时，才可施工拔管；冻结管的拔出采用人工局部解冻技术，且在冻结管周围冻土融化厚度达50mm?10mm时进行。
[0021]本发明与【背景技术】相比，一是在同等散热能力的条件下，X形冻结管可节省循环冷媒介质用量50%，施工机械能耗减少50在同等截面面积，即同等循环冷媒介质用量的条件下，X形冻结管可提高散热能力50%以上，在不增加材料用量和施工工艺难度的前提下提高了单管冻结能力，同时减少了循环冷媒介质用量和施工机械能耗，其具有施工实用性强、施工质量控制方便、加固效果好且经济性优越等突出优点，具有较大的推广应用价值；二是冷媒介质循环流动在冻结管中，大大提高了冻结管对土体的冻结能力，提高施工效率；三是采用塑料冻结管，一方面有效降低了材料成本，节约资源；另一方面，当在盾构隧道时，盾构可以直接切削冻土和冻结管，不需拔出冻结管，避免了拔管时的风险；另外，采用塑料材质的X形截面冻结管，也可使用液氮冻结，冻结手段更广泛，适用范围更广。
【附图说明】
[0022]下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明。
[0023]附图1为本发明X形冻结管的结构示意图。
[0024]附图2为本发明X形冻结管的截面结构示意图。
[0025]附图3为本发明X形冻结管另一种结构的结构示意图。
[0026]附图4为本发明X形冻结管在冻结施工中的应用方法的施工工艺流程图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0028]实施例1:参照附图1、2。一种X形冻结管，其包括插入土体6中的冻结管I和设于冻结管I内的供液管2 ;冻结管2为无缝低碳钢管，冻结管I的截面呈X形，且冻结管I外壁由四个凹弧段11和四个凸弧段12构成，冻结管插入土体6事先钻好的冻结孔中，凹弧段11形成的空腔中可以填充传导性能好的注浆填充物3 ;供液管2安装在冻结管I的中央，供液管2底端伸入冻结管I底部，且中空的供液管2底部为通孔，冷媒介质由供液管2流入到冻结管I底部，并由冻结管I底部逐渐溢满；冻结管I顶部管壁上还设有与冻结管I连通的出液管4，冷媒介质从供液管2流入，经出液管4流出，在冻结管I的周围形成冻土 5，循环供液更进一步提高冻结管I的冻结能力；与传统圆形冻结管相比，X形冻结管I的截面积大大降低，有效降低了冻结管I中冷媒介质的用量，但X形冻结管I的表面面积不变，冻结性能显著提高且不会增加施工工程量。
[0029]所述冻结管I也可以采用PVC、PPR、ABS、PE等制成的塑料管，采用塑料管代替钢管，一方面有效降低了材料成本，节约资源；另一方面，当在盾构隧道时，盾构可以直接切削冻土和冻结管，不需拔出冻结管，避免了拔管时的风险；另外，采用塑料材质的X形截面冻结管，也可使用液氮冻结，冻结手段更广泛，适用范围更广。
[0030]实施例2:在实施例1的基础上，参照附图3。所述供液管2底端伸入冻结管I底部，中空的供液管2底部封闭，供液管2管壁上开有多个与冻结管I连通的小孔20，多个小孔20自下而上呈环形排布在供液管2管壁上；冷媒介质流入供液管2中，由排布在供液管2管壁上的小孔快速流入冻结管I中，这样既提高了冻结管中冷媒介质的均匀性，同时也加快了冷媒循环，大大提高了冻结性能。
[0031]实施例3:在实施例1的基础上，参照附图4。一种实施例1所述的X形冻结管在冻结施工中的应用方法，其包括以下步骤。
[0032](I)根据冻结孔钻进要求，搭建施工脚架、安装钻孔装置。
[0033]施工前，要提前供水、供电到施工场地附近，并清理隧道及施工场地，保证施工通行顺畅；然后按不同位置的冻结孔钻进要求，用1.5"钢管搭建冻结孔施工脚手架，安装钻孔施工升降平台；另外，开工前还需进行加工件加工。
[0034](2)校验钻孔装置中钻杆的垂直度，钻冻结孔。
[0035]钻孔前，要依据施工基准点，按冻结孔施工