免拔除凍結器的製作方法

2023-04-25 20:07:31 2

專利名稱：免拔除凍結器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種隧道施工中適用於凍結法加固盾構進出洞洞口土體的凍結器，具
體地說是一種適應於常規低溫鹽水凍結和快速液氮凍結的免拔除凍結器。
背景技術：
凍結法加固洞口土體的原理是使土體中水分凍結，整個凍結範圍內土體暫時形成 有相當強度的凍結固體，在這種凍結固體支護下，拆除洞口封門，並待掘進設備進入洞門圈 內、洞口密封裝置安裝完畢、洞口施工時的密封性能建立後等情況下，再解凍和進入正常進 出洞施工。由於凍結法加固洞口土體具有形成的凍土牆均勻性好，強度高，地下連續牆與凍 土牆膠結好，能有效的防止洞口漏水流砂的特點，故盾構進出洞洞口土體加固廣泛採用凍 結法，如附圖1所示，A表示地面，B表示地面連續牆，C表示隧道中心線，D表示盾構推進方 向，E表示盾構機，F表示隧道邊界線，G表示洞口加固土體，H表示凍結器。目前，凍結法加 固盾構進出洞洞口土體所使用的凍結器如附圖2所示，外壁為有一定厚度的鋼管，常規鹽 水凍結器採用的是Q235鋼管，快速液氮凍結採用的是不鏽鋼鋼管。由於鋼管的強度高，盾 構的前端刀盤切削布設在凍土牆中的凍結器會損壞刀盤。因此，盾構向前推進範圍之內的 凍結器在凍土牆達到設計厚度之後需要先行拔除，而後盾構才能繼續向前推進。對於需要 拔除的凍結器而言，在凍結器拔除之前需要在凍結器內循環高溫鹽水，使得凍結器周圍的 土體融化，這樣才能順利的將凍結器拔除。目前，採用的拔出式凍結器施工方式存在許多不 足之處1)鋼材存在低溫冷脆性，在拔除凍結器的過程中，凍結器容易從焊接位置斷裂，一 旦凍結器斷裂，部分凍結器留在凍土牆中，盾構只能強行推進，結果是損壞刀盤，造成經濟 損失，延誤工期；2)採用快速液氮凍結時，一方面，由於液氮凍結形成的凍土牆溫度極低， 在凍結器內循環的高溫鹽水可能會結冰， 一旦結冰，處理耗時長，會嚴重影響工程進度；另 一方面，快速液氮凍結採用的凍結器均為不鏽鋼材料，成本極高；3)融化凍結器周圍土體 要消耗大量的能量，增加工程成本；4)拔除凍結器的過程本身就消耗時間，延誤工期。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種既不影響凍結效果又不影響盾構推進的免 拔除凍結器。該凍結器在凍土牆達到設計厚度之後，可留在凍土牆之內，不進行拔除，施工 中盾構的前端刀盤可以輕易地切削布設在凍土牆中的凍結器而不會損壞刀盤，這樣可有效 的降低工程成本、縮短工程期限，降低工程風險。 為實現上述目的，本發明的免拔除凍結器包括與凍結管連接為一體的上封板、下 封板及供液管，所述的凍結管及上下封板均為薄壁的鋁或銅材質；且凍結管內置有外圓周 帶凹槽、內有中心孔與供液管聯通的厚壁塑料管，厚壁塑料管與底板間有支撐件。
所述的厚壁塑料管外圓周上的凹槽為軸向式凹槽；所述的厚壁塑料管外圓周上的 凹槽為沿柱面的螺旋式凹槽；所述的厚壁塑料管的外柱面上有均布的凸點；供液管與厚壁 塑料管的中心孔間為螺紋加低溫耐腐蝕密封膠連接；所述的供液管與厚壁塑料管的中心孔間為法蘭盤與螺栓連接；厚壁塑料管與支撐件間為螺紋連接。 本發明的有益效果是凍結器的外壁凍結管採用薄壁鋁或銅管，相對於鋼管具有 強度低、韌性好和低溫延展性強的特點，盾構向前推進過程中不會損壞刀盤；凍結器內放置 的厚壁塑料管外圓周上凹槽之間的稜柱或柱表面上的突點可以對凍結管起支撐作用，防止 水土壓力及凍脹壓力把凍結器壓扁；凹槽或凸點間的空隙可以作為回液或回氣體的通道； 厚壁塑料管中間的通道可以作為供液管的延伸，為液體的循環提供通道。該凍結器在凍土 牆達到設計厚度之後，可留在凍土牆之內，不進行拔除，施工中盾構的前端刀盤可以輕易地 切削布設在凍土牆中的凍結器而不會損壞刀盤，這樣可有效的降低工程成本、縮短工程期 限，降低工程風險。


附圖1為凍結法加固盾構進出洞洞口土體示意圖； 附圖2為目前使用的凍結器； 附圖3為本發明的結構示意圖； 附圖4為圖3的A-A截面放大圖； 附圖5為圖3的B-B截面放大圖； 附圖6為附圖1中序號4厚壁塑料管的第二種結構示意圖； 附圖7為附圖1中序號4厚壁塑料管的第三種結構示意圖； 附圖8為附圖7的截面圖； 附圖9為附圖1中的序號1供液管與序號4厚壁塑料管的法蘭螺栓連接方式示意 圖； 附圖10為附圖9的俯視圖。 圖中1-供液管，2-回液管，3-凍結管，4-厚壁塑料管，5-支撐件，6上封板，7下封 板，8_底錐，9_凹槽，10-軸向式凹槽，11-螺旋式凹槽，12-凸點，13-法蘭盤，14-與螺栓。
具體實施例方式
下面結合附圖對發明作進一步說明 由附圖3所示，該免拔除凍結器主要由供液管1、回液管2、凍結管3、厚壁塑料管 4、支撐件5和底錐8構成。其中凍結管3為凍結器的主體，採用薄壁的鋁或銅材質製造，薄 壁鋁或銅管相對於鋼管具有強度低、韌性和低溫延展性強的特點，盾構向前推進過程中不 會損壞刀盤；另一方面，鋁或銅管的傳熱性能優於鋼管，因此，採用鋁或銅管作為凍結管的 免拔除凍結器具有良好的導熱性能，凍結效果不會受到影響；凍結管3的頂部設有同材質 的上密封板6，底部設有同材質的下密封板7，凍結管3的高度為實際需要凍結的高度。供 液管1、回液管2、凍結管3、上密封板6、下密封板7及底錐8之間均採用焊接的方式連接。 凍結管3的內孔置有厚壁塑料管4，厚壁塑料管4的外圓上設置有用於回液的凹槽9如附圖 4所示；凹槽9可以是均布的軸向凹槽10，使其與回液管2相通，如附圖3所示；作為回液通 道也可以採用如附圖6所示的結構，在厚壁塑料管4的柱面上加工出螺旋式凹槽11，使其與 回液管2相通；或者採用如附圖7及附圖8所示的結構，在厚壁塑料管4的柱面上加工出均 布的凸點12，凸點12間的空隙作為回液通道；並且作為回液通道不止上述幾種形式，只要
4具有與回液管2聯通的回液功能，都在本專利的保護範圍之內；厚壁塑料管4柱面上的凹槽 (10， 11)之間間隔的稜柱或突出的凸點12均可以對凍結管3起支撐作用，防止水土壓力及 凍脹壓力把凍結管3壓扁。厚壁塑料管4的中心孔與供液管1聯通，可作為供液管1的延 伸，為液體的循環提供通道，供液管1與厚壁塑料管4上的中心孔間可以採用絲扣加低溫耐 腐蝕密封膠的方式連接，也可以採用如附圖9所示的法蘭盤13與螺栓14的連接方式，而供 液管1與法蘭盤13間為焊接固定，且螺栓14為徑向均布的固定形式，如附圖IO所示。厚 壁塑料管4的下端與支撐件5為螺紋連接，且支撐件5為徑向均布設置，如附圖5所示，通 過支撐件5的支撐作用，使其厚壁塑料管4的底部離開凍結管3的底部一段距離，保證循環 的正常進行。 該免拔除凍結器適應於常規低溫鹽水凍結和快速液氮凍結使用。當採用快速液氮
結時，厚壁塑料管4的凹槽9可以作為返回氣體的通道，回液管2即為回氣管。 當進行凍結時，在一定壓力作用下低溫鹽水或液氮經供液管l，然後沿厚壁塑料管
4的中心孔進入厚壁塑料管4的底部，達到底部後沿著厚壁塑料管4外圓上的凹槽9或凸
點12間的空隙向上流動，在向上流動的過程中低溫鹽水或汽化後的氮氣與凍結管3發生熱
交換，凍結管3再與外部周圍的土體發生熱交換，將冷量傳遞給周圍的土體，土體降溫，最
終形成設計要求的凍土牆。當該凍結器在凍土牆達到設計厚度之後，可留在凍土牆之內，不
進行拔除，施工中盾構的前端刀盤可以輕易地切削布設在凍土牆中的凍結器而不會損壞刀
盤，這樣可有效的降低工程成本、縮短工程期限，降低工程風險。
權利要求
一種免拔除凍結器，包括與凍結管(3)連接為一體的上封板(6)、下封板(7)及供液管(1)，其特徵在於凍結管(3)及上下封板(6，7)均為薄壁的鋁或銅材質；且凍結管(3)內置有外圓周帶凹槽(9)、內有中心孔與供液管(1)聯通的厚壁塑料管(4)，厚壁塑料管(4)與底板(7)間有支撐件(5)。
2. 根據權利要求1所述的免拔除凍結器，其特徵在於厚壁塑料管(4)外圓周上的凹 槽(9)為軸向式凹槽(10)。
3. 根據權利要求1所述的免拔除凍結器，其特徵在於厚壁塑料管(4)外圓周上的凹 槽(9)為沿柱面螺旋式凹槽(11)。
4. 根據權利要求l所述的免拔除凍結器，其特徵在於厚壁塑料管(4)的外柱面上有 均布的凸點(12)。
5. 根據權利要求l所述的免拔除凍結器，其特徵在於供液管(1)與厚壁塑料管(4)的 中心孔間為螺紋加低溫耐腐蝕密封膠連接。
6. 根據權利要求l所述的免拔除凍結器，其特徵在於供液管(1)與厚壁塑料管(4)的中心孔間為法蘭盤(13)與螺栓(14)連接。
7. 根據權利要求l所述的免拔除凍結器，其特徵在於厚壁塑料管(4)與支撐件(5)間 為螺紋連接。
全文摘要
本發明公開了一種隧道施工中所用的免拔除凍結器。主要解決現有凍結器在盾構推進時易損壞刀盤、施工耗時長、成本高的問題。其特徵在於凍結管(3)及上下封板(6，7)均為薄壁的鋁或銅材質；且凍結管(3)內置有外圓周帶凹槽(9)、內有中心孔與供液管(1)聯通的厚壁塑料管(4)，厚壁塑料管(4)與底板(7)間有支撐件(5)。該凍結器在凍土牆達到設計厚度之後，可留在凍土牆之內，不進行拔除，施工中盾構的前端刀盤可以輕易地切削布設在凍土牆中的凍結器而不會損壞刀盤，這樣可有效的降低工程成本、縮短工程期限，降低工程風險。
文檔編號E02D3/115GK101775796SQ200910250149
公開日2010年7月14日 申請日期2009年11月30日 優先權日2009年11月30日
發明者崔建軍, 李寧, 李長忠, 王建平, 王勝利, 許舒榮, 趙根全 申請人:北京中煤礦山工程有限公司