一种双向加强冻结装置及工作方法

摘要

本发明公开了一种双向加强冻结装置及工作方法，适用于地下工程的人工冻结技术领域。它包括螺旋形盘管和直冻结管，直冻结管与螺旋形盘管垂直布置，两者的冻结方向叠加，形成双向冻结效果，冻结施工时，直接将双向加强冻结装置插入软弱地层或者冻结壁的薄弱位置，通过入口输入的低温冷媒沿螺旋形盘管流动，并分别经过直冻结管与螺旋形盘管后，沿盘管出口流出，完成冻结循环过程。双向加强冻结装置的直冻结管插入软弱地层或者冻结壁的薄弱位置，将装置直接固定在地层表面而无需额外的支撑，螺旋形盘管和直冻结管的双向冻结叠加作用而形成立体冻结模式，可以加强冻结效果，提高冻结效率，节约施工成本。

权利要求

1.一种双向加强冻结装置，其特征在于：它包括盘状螺旋形盘管（2），螺旋形盘管（2）的管路上下两侧都设有钢板（1），螺旋形盘管（2）下方穿过钢板（1）垂直设有多根直冻结管（3），直冻结管（3）端部密封设置有锥形结构（4），直冻结管（3）与螺旋形盘管（2）通过流入冻结管（7）和流出冻结管（8）内部导通连接，螺旋形盘管（2）上方的钢板（1）表面设有保温层、并分别开有与螺旋形盘管（2）内部首尾连通的冷媒输入管口（5）和冷媒输出管口（6），其中冷媒输入管口（5）与螺旋形盘管（2）圆心端连接，冷媒输出管口（6）与螺旋形盘管（2）最外侧端连接；上下钢板（1）内部的螺旋形盘管（2）与多根直冻结管（3）之间形成的所有垂直冻结管的串联连接方式，当低温冷媒通过直冻结管（3）的流入冻结管（7）进入直冻结管（3）直至底部进行热交换，释冷后的冷媒温度升高后与后续加入的低温冷媒自动产生位置交替再通过直冻结管（3）进入流出冻结管（8），最终沿螺旋形盘管（2）的路径继续流动，依照此流通路径，低温冷媒流经整个螺旋形盘管（2）和所有直冻结管（3）后，最终从冷媒输出管口（6）中流出，完成冻结过程并在待冻结的软弱地层或者冻结壁形成立体式的冻结壁。

2.根据权利要求1所述的双向加强冻结装置，其特征在于：所述螺旋形盘管（2）的螺旋管间距以及直冻结管（3）的布置位置、数量、直径和长度根据工程需求进行调整，其中直冻结管（3）为五个并均匀分布在整个冻结装置的平面内，以提高垂直冻结的速度和均匀性。

3.一种使用权利要求1所述双向加强冻结装置的冻结方法，其特征在于步骤如下：a将双向加强冻结装置的直冻结管（3）插入待冻结的软弱地层或者冻结壁的薄弱位置，直至螺旋形盘管（2）下端的钢板（1）紧贴 软弱地层或者冻结壁表面从而固定双向加强冻结装置；

b从冷媒输入管口（5）加压注入低温冷媒，低温冷媒在螺旋形盘管（2）中沿螺旋路径流动，最终从冷媒输出管口（6）中流出，当低温冷媒流经直冻结管（3）时，通过直冻结管（3）的流入冻结管（7）进入直冻结管（3）直至底部进行热交换，释冷后的冷媒温度升高后与后续加入的低温冷媒自动产生位置交替再通过直冻结管（3）进入流出冻结管（8），最终沿螺旋形盘管（2）的路径继续流动，依照此流通路径，低温冷媒流经整个螺旋形盘管（2）和所有直冻结管（3）后，最终从冷媒输出管口（6）中流出，完成冻结过程并在待冻结的软弱地层或者冻结壁形成立体式的冻结壁，从而快速提升软弱地层或者冻结壁薄弱位置的强度，在改良后地层的维护作用下，进行开挖施工；

c 冻结结束后，直接将双向加强冻结装置拔出，清理后供其它冻结工程重复使用。

说明书

一种双向加强冻结装置及工作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种冻结装置及工作方法，尤其适用于地下工程建设中针对软弱地层或者冻结壁薄弱位置使用的一种双向加强冻结装置及工作方法。

背景技术

[0002] 在地下工程建设中，当遇到富水软土地层等复杂地质情况时，常常采用人工冻结技术对土层进行加固，来改良地层性能，以便在富水地层中完成开挖和结构构筑施工。但冻
结时，某些区域时常存在冻结壁薄弱位置，或者是开挖周围存在软弱地层时，成为工程中的
安全隐患，需要对该区域进行加强冻结。传统的加强冻结方法是将冻结管布置在钢板上形
成“冷板”，将冷板贴在软弱冻结壁上，向冻结管中通入低温冷媒来加强冻结。所以，冷板只
能朝着垂直板面这单一方向进行冻结，冻结效率低且效果差，需要较长的冻结时间。而且在
竖直布置冷板时，需要采取支撑结构来固定冻结冷板，影响冻结壁内部的施工空间，妨碍开
挖等其它施工过程，在多个区域需要同时布置冷板加强冻结时，支撑工作量大，操作极不便
捷。

发明内容

[0003] 针对以上技术问题，本发明提出一种结构更简单，针对软弱地层或者冻结壁的薄弱位置。

[0004] 新型装置及工作方法，能够利用自身固定在软弱地层或冻结壁薄弱位置上并实现三维冻结效果，即双向加强冻结装置及工作方法。

[0005] 为实现上述技术目的，本发明的双向加强冻结装置，包括盘状螺旋形盘管，螺旋形盘管的管路上下两侧都设有钢板，螺旋形盘管下方穿过钢板垂直设有多根直冻结管，直冻
结管端部密封设置有锥形结构，直冻结管与螺旋形盘管通过流入冻结管和流出冻结管内部
导通连接，螺旋形盘管上方的钢板表面设有保温层、并分别开有与螺旋形盘管内部首尾连
通的冷媒输入管口和冷媒输出管口，其中冷媒输入管口与螺旋形盘管圆心端连接，冷媒输
出管口与螺旋形盘管最外侧端连接。

[0006] 所述螺旋形盘管的螺旋管间距以及直冻结管的布置位置、数量、直径和长度根据工程需求进行调整，其中直冻结管为五个并均匀分布在整个冻结装置的平面内，以提高垂
直冻结的速度和均匀性。

[0007] 一种双向加强冻结装置的冻结方法，其步骤如下：

[0008] a将双向加强冻结装置的直冻结管插入待冻结的软弱地层或者冻结壁的薄弱位置，直至螺旋形盘管下端的钢板紧软弱地层或者冻结壁表面从而固定双向加强冻结装置；

[0009] b从冷媒输入管口加压注入低温冷媒，低温冷媒在螺旋形盘管中沿螺旋路径流动，最终从冷媒输出管口中流出，当低温冷媒流经直冻结管时，通过直冻结管的流入冻结管进
入直冻结管直至底部进行热交换，释冷后的冷媒温度升高后与后续加入的低温冷媒自动产
生位置交替再通过直冻结管进入流出冻结管，最终沿螺旋形盘管的路径继续流动，依照此
流通路径，低温冷媒流经整个螺旋形盘管和所有直冻结管后，最终从冷媒输出管口中流出，
完成冻结过程并在待冻结的软弱地层或者冻结壁形成立体式的冻结壁，从而快速提升软弱
地层或者冻结壁薄弱位置的强度，在改良后地层的维护作用下，进行开挖等施工；

[0010] c冻结结束后，直接将双向加强冻结装置拔出，清理后供其它冻结工程重复使用。

[0011] 有益效果：本发明在螺旋形盘管上下两端设置钢板，冻结更加均匀，延长了低温冷媒的循环路径，有利于提高冻结效率；在螺旋形盘管上垂直布置的直冻结管底部为锥形结
构，便于装置插入软弱土层或冻结壁薄弱位置中并固定而不需额外进行支撑，节约施工成
本；注入低温冷媒时，螺旋形盘管和垂直冻结管两者形成的冻结壁发展方向的叠加，形成双
向冻结效果，而双向冻结效果的叠加作用可以提高冻结速度和形成冻结壁的均匀性。

附图说明

[0012] 图1为本发明实施例的双向加强冻结装置的结构示意图。

[0013] 图2为本发明实施例的双向加强冻结装置中螺旋形盘管与直冻结管连接图。

[0014] 图中：1‑钢板，2‑螺旋形盘管，3‑直冻结管，4‑锥形结构，5‑冷媒输入管口，6‑冷媒输出管口，7‑流入冻结管，8‑流出冻结管

具体实施方式

[0015] 以下实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。

[0016] 如附图1和图2所示，本发明的双向加强冻结装置，包括盘状螺旋形盘管2，螺旋形盘管2的管路上下两侧都设有钢板1，如图2所示，螺旋形盘管2下方穿过钢板1垂直设有多根
直冻结管3，直冻结管3端部密封设置有锥形结构4，直冻结管3与螺旋形盘管2通过流入冻结
管7和流出冻结管8内部导通连接，螺旋形盘管2上方的钢板1表面设有保温层、并分别开有
与螺旋形盘管2内部首尾连通的冷媒输入管口5和冷媒输出管口6，其中冷媒输入管口5与螺
旋形盘管2圆心端连接，冷媒输出管口6与螺旋形盘管2最外侧端连接。

[0017] 所述螺旋形盘管2的螺旋管间距以及直冻结管3的布置位置、数量、直径和长度根据工程需求进行调整，其中直冻结管3为四个并均匀分布在整个冻结装置的平面内，以提高
垂直冻结的速度和均匀性。

[0018] 一种双向加强冻结装置的冻结方法，其步骤如下：

[0019] 1)将直冻结管3的顶部焊接在钢板1上，使直冻结管3与钢板1垂直布置，直冻结管3的底端加工成锥形结构4并密封；将螺旋形盘管2固定在钢板1表面，并在直冻结管3管口位
置与直冻结管贯通连接，形成冻结循环系统；在螺旋形盘管2表面焊接另一钢板1加强固定
作用，在此钢板1表面敷设保温层并布置冷媒输入管口5和冷媒输出管口6。

[0020] 2)将双向加强冻结装置的直冻结管3插入待冻结的软弱地层或者冻结壁的薄弱位置，直至螺旋形盘管2下端的钢板1紧软弱地层或者冻结壁表面从而固定双向加强冻结装
置；

[0021] 3)从冷媒输入管口5加压注入低温冷媒，低温冷媒在螺旋形盘管2中沿螺旋路径流动，最终从冷媒输出管口6中流出，当低温冷媒流经直冻结管3时，通过直冻结管3的流入冻
结管7进入直冻结管3直至底部进行热交换，释冷后的冷媒温度升高后与后续加入的低温冷
媒自动产生位置交替再通过直冻结管3进入流出冻结管8，最终沿螺旋形盘管2的路径继续
流动，依照此流通路径，低温冷媒流经整个螺旋形盘管2和所有直冻结管3后，最终从冷媒输
出管口6中流出，

[0022] 4)完成冻结过程并在待冻结的软弱地层或者冻结壁形成立体式的冻结壁，从而快速提升软弱地层或者冻结壁薄弱位置的强度，在改良后地层的维护作用下，进行开挖等施
工；

[0023] 5)冻结结束后，直接将双向加强冻结装置拔出，清理后供其它冻结工程重复使用。