一种应用于地下结构冻结法施工中分层分段可控冻结管

1.本发明涉及建筑工程、轨道交通工程、矿山隧道、港口码头等地下工程人工冻结施工技术领域，更具体的，涉及一种应用于地下结构冻结法施工中分层分段可控冻结管。


背景技术：

2.在地下结构工程中，冻结法施工已越来越普遍，冻结法适用于各类地层尤其适合在城市地下管线密布施工条件困难地段的施工。冻结法可有效隔绝地下水，其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的，对于含水量大于10％的任何含水、松散，不稳定地层均可采用冻结法施工技术；冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，冻土强度可达5-10mpa，能有效提高工效；冻结法是一种环保型工法，对周围环境无污染，无异物进入土壤，噪音小，冻结结束后，冻土墙融化，不影响建筑物周围地下结构；目前在地铁盾构隧道掘进施工、双线区间隧道旁通道和泵房井施工、顶管进出洞施工、地下工程堵漏抢救施工等方面也得到了广泛的应用
3.冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，将松散含水岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水，以便在冻结壁的保护下，进行地下工程掘砌作业。它是土层的物理加固方法，是一种临时加固技术，当工程需要时冻土可具有岩石般的强度，如不需要加固强度时，又可采取强制解冻技术使其融化，且经济上较为合理。
4.现有的冻结管大多是功能单一的全深冻结管，通过进液管及出液管内循环冷媒与冻结管外部土体进行热量交换，以冻结管为中心使周围的土层形成冻土帷幕。这种全深冻结管不能实现对不同层位土层的分层分段冻结，无法依据施工工况进行区别控制冻结施工。
5.而即使采用传统的对冻结管施加保温材料包裹或添加一层真空层的方式也不能有效的达到分层可控冻结，无法适应各种施工要求且材料无法进行二次利用，也会增加循环冷媒冷量的使用量且能量散耗过大，浪费财力物力。
6.以上方法都无法有效解决工程施工中分层分段可控冻结的问题，因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于克服上述背景技术中存在的问题，提供了一种应用于地下结构冻结法施工中分层分段可控冻结管，可以实现分层分段冻结，实现对不同层位深度地层的可控冻结，既能达到较好的封水及施工效果，也能减少现场的施工时间，施工后材料完全可回收不影响二次利用，避免了传统全深冻结管只能全段冻结以及传统方式带来的冷量及材料的浪费。
8.本发明是这样实现的：
9.本发明提供一种分层分段可控冻结管，应用于地下结构冻结法施工，包括外部冻结管、内部进液管、冻结位置控制隔断装置及回液管。所述外部冻结管与回液管通过预留槽
孔焊接连接，行成一个整体，进液管与冻结管主管预留螺栓孔与所述冻结管链接，形成密封且可拆卸式结构，是本发明的第一个技术特征。这样设计的目的是，将传统圆管冻结管改制为可拆卸式主体结构，方便运输及管理，可拆卸式进液管方便后期的维修及更换，所述冻结管外管与出液管通过预留槽孔焊接成整体，节省材料且冷媒回路简单，冷量利用率高。
10.进液管管体设有环向走势的透液孔，是本发明的第二个技术特征。这样设计的目的是，在冻结管的中间位置放置进液管，低温冷媒通过进液管流入，经透液孔流出至冻结管内部，可以形成均匀的制冷液柱体，达到冻结目的，且这样设计可以与隔断装置配合达到分层分段控制冻结的效果，且节省冷媒，节省成本，缩短工期。
11.冻结管下部暨进液管底部设有拉伸式隔断装置，是本发明的第三个技术特征。这样设计的目的是，通过隔断装置拉伸至不同位置，通过隔断装置对冷媒的隔断作用，控制低温冷媒介质的冻结位置，按照不同冻结需求，达到分层分段冻结的目的。这样不仅能实现分层分段可控冻结，而且控制方式简单易实施，可实现性强，低温冷媒流向均匀，冻结性能强。
12.作为优选，所述冻结管外管材料选用φ160
×
6mm低碳钢无缝钢管。
13.作为优选，进液管及出液管用来输送低温冷媒，为防止冷量耗散，选用保温效果及冷量耗散少的具有较高韧性的聚乙烯软管或pc管线。
14.作为优选，进液管直径为60-90mm，出液管直径为50-80mm。
15.再优选的，所述进液管直径为70mm，出液管直接为60mm。
16.优选的，进液管轴向每50mm均布透液孔，透液孔以45
°
角环向排列。保证低温冷媒能有效快速的通过进液孔达到预期冻结控制位置。
17.再优选的，透液孔半径为5-8mm。
18.优选的，所述拉伸式隔断装置选用保温效果较好的聚氯乙烯制成，隔断装置下装有pvc防水夹网布，隔断装置与pvc防水夹网布通过环氧树脂进行粘连。
19.再优选的，pvc防水夹网布制成内径36mm圆形状，环包住进液管，所述隔板及防水夹布用来阻住低温冷媒进入非冻结位置，从而保证冻结管的分层分段冻结。
20.本发明具有以下有益结果：
21.本发明提供了一种应用于地下结构冻结法施工中分层分段可控冻结管，冻结管与进液管组成可拆卸式结构，技术要求简单，使用方便，材料可替换重复使用，利用率高且节省成本。分层可控冻结管的工作原理为：冻结站低温冷媒通过进液管进入到冻结管内部，通过冻结管上透液孔的作业，均匀快速的从底部填充整段冻结管，冷媒剂通过冻结管外壁与周围土体进行热量交换，使得冻结管周围土层形成冻土帷幕，完成全段冻结；当需要控制冻结段时，通过控制拉伸式隔断装置得阻隔作用，加之防水夹网布的作用阻隔低温冷媒的作用，使冻结段控制在预期冻结层位，实现分层分段可控冻结。本分层可控冻结管设计新颖，结构简单，效用明显，技术成熟，为地下结构冻结法施工提供有力的技术支撑。采用可控制冻结段的设计，对实际施工需求有了大力的帮助，大大提高了工程施工及冻结技术的实际应用性。且分层可控冻结管在设计上采用可拆卸式循环结构，冻结区域及冻结功能设计合理，大大提高了冻结效率及材料、冷量的使用，避免了能量的浪费。施工完成后冻结管外管、内置进液管、拉伸式隔断装置均可回收循环使用，且拆卸简单，减少了钢制材料的使用，降低了施工成本，减少了冻结工程施工的时间，加快了施工进度。
附图说明
22.下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明。
23.图1为本发明实施例的冻结管结构示意图。
24.图2为本发明实施例提供的可拉伸式隔断装置结构示意图；
25.图3为本发明实施例的可控冻结器全段冻结控制示意图。
26.图4为本发明实施例的可控冻结器分层分段控制冻结示意图。
27.图中：1、冻结管外管；2、进液管；3、出液管；4、透液孔；5、拉伸式隔断装置；6、pvc防水夹网布
具体实施方式
28.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
29.在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
30.结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
31.如图1、图2所示，本发明实施例提供一种应用于地下结构冻结法施工中分层分段可控冻结管，包括冻结管主体结构外管1和出液管3，外部冻结管1与出液管3通过预留槽孔焊接连接，形成一个整体。进液管2与冻结管主管1预留螺栓孔与所述冻结管链接，形成密封且可拆卸式结构，拉伸式隔断装置5在冻结管埋置在预定层位前，预置在冻结管内部。
32.在本发明实施例中，参照图3，分层分段可控冻结管能对地层进行全段冻结的原理是：冻结站内低温冷媒通过管路通入进液管2流入冻结管1内部，低温冷媒介质通过环向透液孔4均匀快速流出，形成均匀冷冻介质柱体，待低温冷媒介质充满整个冻结管后经出液管3流出，通过管路流入冻结站，如此循环。低温冷媒与冻结管1管壁接触，低温冷媒介质通过冻结管金属管壁与周围土体进行热量交换，实现对冻结管全段冻结功能的实现。
33.在本发明实施例中，参照图4，分层分段可控冻结管能对地层进行局部冻结的原理是：根据施工实际需要，将拉伸式隔断装置5拉伸至预期位置，进液管2下部由pvc防水夹网布6包裹住，防止低温冷媒介质从进液管2阻断位置处的透液孔4流出，形成封闭通道避免了低温冷媒直接与未冻结控制段金属管壁接触，低温冷媒无法与冻结管1的管壁接触，因此无法对未冻结的地层进行冻结，冻结施工外不需要冻结地层的冻胀得到很好的控制；冻结站内低温冷媒通过管路通入进液管2流入冻结管1内部，低温冷媒介质通过进液管2上部预期冻结位置环向透液孔4均匀快速流出，控制冻结区的低温冷媒通过冻结管金属管壁与周围土层进行热量交换，周围的土层冻结形成冻土帷幕，实现对土层的控制冻结。
34.分层分段可控冻结管的工作原理为：低温冷媒介质通过进液管流入至冻结管，通
过透液孔的作用充盈冻结管内部，低温冷媒通过金属管壁的接触，与周围土壤进行热量交换，内部低温冷媒介质与冻结站之间循环流通，如此循环，实现对冻结管周围的冻结作用形成预期的冻土帷幕；当低温冷媒流入，按不同的工程施工要求设置不同的隔断装置位置，通过隔断装置的阻隔作用及pvc防水夹网布防护作用，低温冷媒通过设计好的冻结通路经出液管流回至冻结站，避免了非冻结区段的土层冻结，由此实现不同层位土层的分层分段冻结。
35.在本发明实施例中，所述所有操作不影响材料的循环利用。
36.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。