液氮冻结装置的制作方法

本申请涉及地层冻结，特别是涉及液氮冻结装置。

背景技术：

1、在地下工程的施工过程中，当遇到富水软土地层等情况时，通常采用冻结方式对地层中的水分进行冻结，把地层中的天然岩土变成冻土，增强地层的强度和稳定度，以便于在富水软土地层中进行施工；对地层中的水分进行冻结的方式有多种，其中，液氮冻结具有高效以及高强度等优点，在地层冻结技术领域得到广泛的利用。

2、传统技术中通常采用液氮冻结器对土层进行冻结，然而，传统的液氮冻结器在对深度较深的地层进行冻结时，由于液氮在深入地层的过程中已经与沿途的土层进行了热量交换并发生气化，因此，当液氮进入深层地层时，吸热能力减弱，使得液氮对不同深度的地层的冻结效果不够均匀，对施工安全性造成威胁。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对液氮冻结器对不同深度的地层的冻结效果不均匀而导致的施工安全问题，提供一种液氮冻结装置。

2、其技术方案如下：

3、一种液氮冻结装置，用于对地底土层进行冻结，包括：

4、储氮机构，所述储氮机构用于储存液氮；

5、供液机构，所述供液机构包括第一供液管和第二供液管；以及，

6、外套管，所述外套管位于所述地底土层，所述第一供液管具有相对的第一端和第二端，所述第二供液管具有相对的第三端和第四端，所述第一端和所述第三端均与所述储氮机构连通，所述第二端和所述第四端均延伸至所述外套管内，以使所述第二端位于所述地底土层的第一预设深度，所述第四端位于所述地底土层的第二预设深度，所述第一预设深度大于所述第二预设深度。

7、上述液氮冻结装置，外套管位于地底土层，第一供液管的第一端和第二供液管的第三端与储氮机构连通，第一供液管和第二供液管能够分别延伸至外套管并位于地底土层的不同预设深度，储氮机构将液氮输送至第一供液管和第二供液管并对其周围空间进行吸热，外套管内的温度在第一供液管和第二供液管内的液氮的作用下降低，从而对外套管周围的地底土层进行冻结，由于第一供液管的第二端延伸至第一预设深度比第二供液管的第四端延伸至第二预设深度的位置更深，因此，第二供液管中的液氮在对外套管的较浅深度部分进行吸热的同时，还能够对第一供液管的较浅深度部分进行吸热，以保证第一供液管内的液氮在流至外套管内更深的位置时减少沿途中的气化并保持低温，从而保证对更深深度的地底土层的冻结效果；与传统技术相比，上述液氮冻结装置能够对不同深度的地底土层进行均匀冻结，以保证整体施工的安全性。

8、下面对技术方案进行进一步说明：

9、在其中一个实施例中，所述供液机构还包括第三供液管，所述第三供液管具有相对的第五端和第六端，所述第五端与所述储氮机构连通，所述第六端延伸至所述外套管内并位于所述地底土层的第三预设深度，所述第二预设深度大于所述第三预设深度。

10、在其中一个实施例中，所述第一供液管的侧壁具有第一通孔，所述第二供液管的侧壁具有第二通孔，所述第三供液管的侧壁具有第三通孔，所述储氮机构中的液氮能够流入所述第一供液管、所述第二供液管和所述第三供液管并分别从所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔流出。

11、在其中一个实施例中，所述第一供液管设有第一孔区并位于所述第二端，所述第二供液管设有第二孔区并位于所述第四端，所述第三供液管设有第三孔区并位于所述第六端，所述第三孔区和所述第二孔区在所述第一供液管上的投影与所述第一孔区不重叠，所述第三孔区在所述第二供液管上的投影与所述第二孔区不重叠，所述第一通孔位于所述第一孔区，所述第二通孔位于所述第二孔区，所述第三通孔位于所述第三孔区。

12、在其中一个实施例中，所述液氮冻结装置还包括隔板，所述隔板位于所述外套管内并与所述外套管配合以形成冻结空间，所述第一供液管、所述第二供液管和所述第三供液管均穿过所述隔板并延伸至所述冻结空间，所述第一孔区、所述第二孔区和所述第三孔区均位于所述冻结空间。

13、在一个实施例中，所述隔板能够在所述外套管的轴向上进行移动并调整所述冻结空间的大小。

14、在其中一个实施例中，所述液氮冻结装置还包括排气管，所述排气管的一端与所述冻结空间连通，所述排气管的另一端与外部连通。

15、在其中一个实施例中，所述排气管穿过所述隔板并与所述冻结空间连通。

16、在其中一个实施例中，所述第一通孔设有至少两个并沿所述第一供液管的周向或轴向间隔设于所述第一供液管的侧壁；或/和，

17、所述第二通孔设有至少两个并沿所述第二供液管的周向或轴向间隔设于所述第二供液管的侧壁；或/和，

18、所述第三通孔设有至少两个并沿所述第三供液管的周向或轴向间隔设于所述第三供液管的侧壁。

19、在其中一个实施例中，所述第二端、所述第四端和所述第六端中的至少一者密封设置。

技术特征：

1.一种液氮冻结装置，用于对地底土层进行冻结，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的液氮冻结装置，其特征在于，所述供液机构还包括第三供液管，所述第三供液管具有相对的第五端和第六端，所述第五端与所述储氮机构连通，所述第六端延伸至所述外套管内并位于所述地底土层的第三预设深度，所述第二预设深度大于所述第三预设深度。

3.根据权利要求2所述的液氮冻结装置，其特征在于，所述第一供液管的侧壁具有第一通孔，所述第二供液管的侧壁具有第二通孔，所述第三供液管的侧壁具有第三通孔，所述储氮机构中的液氮能够流入所述第一供液管、所述第二供液管和所述第三供液管并分别从所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔流出。

4.根据权利要求3所述的液氮冻结装置，其特征在于，所述第一供液管设有第一孔区并位于所述第二端，所述第二供液管设有第二孔区并位于所述第四端，所述第三供液管设有第三孔区并位于所述第六端，所述第三孔区和所述第二孔区在所述第一供液管上的投影与所述第一孔区不重叠，所述第三孔区在所述第二供液管上的投影与所述第二孔区不重叠，所述第一通孔位于所述第一孔区，所述第二通孔位于所述第二孔区，所述第三通孔位于所述第三孔区。

5.根据权利要求4所述的液氮冻结装置，其特征在于，所述液氮冻结装置还包括隔板，所述隔板位于所述外套管内并与所述外套管配合以形成冻结空间，所述第一供液管、所述第二供液管和所述第三供液管均穿过所述隔板并延伸至所述冻结空间，所述第一孔区、所述第二孔区和所述第三孔区均位于所述冻结空间。

6.根据权利要求4所述的液氮冻结装置，其特征在于，所述隔板能够在所述外套管的轴向上进行移动并调整所述冻结空间的大小。

7.根据权利要求5所述的液氮冻结装置，其特征在于，所述液氮冻结装置还包括排气管，所述排气管的一端与所述冻结空间连通，所述排气管的另一端与外部连通。

8.根据权利要求7所述的液氮冻结装置，其特征在于，所述排气管穿过所述隔板并与所述冻结空间连通。

9.根据权利要求3所述的液氮冻结装置，其特征在于，所述第一通孔设有至少两个并沿所述第一供液管的周向或轴向间隔设于所述第一供液管的侧壁；或/和，

10.根据权利要求3所述的液氮冻结装置，其特征在于，所述第二端、所述第四端和所述第六端中的至少一者密封设置。

技术总结
本申请涉及一种液氮冻结装置，用于对地底土层进行冻结，储氮机构用于储存液氮；供液机构包括第一供液管和第二供液管；外套管位于地底土层，第一供液管具有相对的第一端和第二端，第二供液管具有相对的第三端和第四端，第一端和第三端均与储氮机构连通，第二端和第四端均延伸至外套管内，以使第二端位于地底土层的第一预设深度，第四端位于地底土层的第二预设深度，第一预设深度大于第二预设深度。第二供液管中的液氮在对外套管的较浅深度部分进行吸热的同时，还能够对第一供液管的较浅深度部分进行吸热，以保证第一供液管内的液氮在流至外套管内更深的位置时减少沿途中的气化并保持低温。

技术研发人员：李新明,董涛,王洪东,黄承泽,黄伟东
受保护的技术使用者：广州轨道交通建设监理有限公司
技术研发日：20230505
技术公布日：2024/1/15