一种液氮冻结施工方法与流程

1.本发明涉及土木工程技术领域，特别涉及一种液氮冻结施工方法。

背景技术：

2.液氮是一种理想的制冷介质。常压下其沸点是-195.8℃，蒸发潜热为250kj/m3；液氮冻结工艺可称为“快速冻结工艺”，因为使用液氮只需很短的时间即可冻结土体，可以达到常规盐水循环冻结速度的10倍；液氮冻结无需在工地安装冷冻站而只需把冻结管插入地层；
3.传统的液氮冻结采用冻结器直接蒸发与地下工程进行热交换的做法，造成冻结器温度极度不均衡，容易造成地下冻结工程失败。
4.本发明主要采用一种液氮间接吸热与地下工程进行热交换的方法，是一种地下工程冻结施工方法，可以很好的利用液氮副产品，并实现地下冻结工程冻结均匀，安全可靠，不需要额外增加设备，具有很好的节能环保效果。
5.为此，提出一种液氮冻结施工方法。

技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明实施例希望提供一种液氮冻结施工方法，以解决或缓解现有技术中存在的技术问题，至少提供一种有益的选择；
7.本发明实施例的技术方案是这样实现的：一种液氮冻结施工方法，包括以下步骤：
8.s1、在地表处标注拟开挖井筒等地下工程的顶视范围，并在此范围的外部标注液氮冻结施工点，该施工点需均匀分布于地下工程范围的外部；
9.s2、以s1中液氮冻结施工点为基点，向地下安置液氮冻结器；当所有液氮冻结器全部安置成型后，相邻的每组液氮冻结器假想连线可组成一个封闭的空间，该空间的中心点即为地下工程的顶视范围的中心点；
10.s3、同步启动所有液氮冻结器，液氮通过液氮供液管进入液氮冻结器；随着热交换的进行，液氮升温、气化、变成气体在液氮冻结器的内部上升，同时带动冻结器内一侧冷冻液上升，另一侧冷冻液下降，形成内循环；保证冻结器内冷冻液温度上下一致；
11.s4、待冷冻不断进行，使冻结器周围形成均匀的冻土层；待多个冻结器的冻土层相互交接到一起之后，形成完整的冻结帷幕；
12.s5、对地层内的冻结帷幕进行强度、温度检测；指标满足施工需求时，即可沿地下工程的顶视范围进行施工作业。
13.作为本技术方案的进一步优选的：在s1中，注液氮冻结施工点以环形阵列的方式均匀排布于地下工程范围的外部。
14.作为本技术方案的进一步优选的：在s2中，地表需安置液氮分布器，液氮分布器的出口均通过一个闸阀连通于一个液氮冻结器的液氮供液管；
15.液氮供液管呈j型，且其贯穿于液氮分布器的内侧；
16.作为本技术方案的进一步优选的：液氮分布器的顶部连通有一气液分离器。
17.作为本技术方案的进一步优选的：液氮分布器的内侧壁安装有分隔板，分隔板的一侧下放液氮供液管；
18.液氮冻结器的内部充满无法溶于水的油质冷冻液。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
20.一、本发明提供了特型“冻结帷幕”的施工方式，相较于传统液氮施工方法，本发明能够在地下工程的施工点形成一层封闭的冻土层，为地下工程的开挖提供安全和友好的环境保障；
21.二、同时就传统的液氮冻结器的工作方式而言，本发明通过将液氮冻结器实现双向内循环作业，使得有效适配于实际施工的地下工程的深度，保证冻土层的强度、温度上下一致，相较于传统蒸发与地下工程进行热交换的施工方式，本发明解决了传统技术中造成冻结器温度极度不均衡，容易造成地下冻结工程失败的技术缺陷。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明的施工流程示意图；
24.图2为本发明的施工侧剖示意图；
25.图3为本发明的液氮冻结器示意图；
26.图4为本发明的施工俯视示意图。
具体实施方式
27.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
28.需要注意的是，术语“第一”、“第二”、“对称”、“阵列”等仅用于区分描述与位置描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“对称”等特征的可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；同样，对于未以“两个”、“三只”等文字形式对某些特征进行数量限制时，应注意到该特征同样属于明示或者隐含地包括一个或者更多个特征数量；
29.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解；例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体成型；可以是机械连接，可以是直接相连，可以是焊接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据说明书附图结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.实施例一
31.请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种液氮冻结施工方法，包括以下步骤：
32.s1、请参阅图4，在地表处标注拟开挖井筒等地下工程的顶视范围，并在此范围的外部标注液氮冻结施工点，该施工点需均匀分布于地下工程范围的外部；
33.其中，注液氮冻结施工点以环形阵列的方式均匀排布于地下工程范围的外部。
34.s2、以s1中液氮冻结施工点为基点，向地下安置液氮冻结器；
35.请参阅图4，当所有液氮冻结器全部安置成型后，相邻的每组液氮冻结器以假想连线的方式，在俯视视角下可组成一个封闭的空间，该空间的中心点即为地下工程的顶视范围的中心点；
36.请参阅图3，地表需安置液氮分布器，液氮分布器的出口均通过一个闸阀连通于一个液氮冻结器的液氮供液管，通过液氮分布器对每个液氮冻结器进行控制；
37.液氮供液管呈j型，且其贯穿于液氮分布器的内侧；
38.液氮冻结器的内部充满无法溶于水的油质冷冻液，即使出现冻结管泄漏也不会造成冻结壁融化；
39.s3、同步启动所有液氮冻结器，液氮通过液氮供液管进入液氮冻结器；随着热交换的进行，液氮升温、气化、变成气体在液氮冻结器的内部上升，同时带动冻结器内一侧冷冻液上升，另一侧冷冻液下降，形成内循环；保证冻结器内冷冻液温度上下一致；
40.液氮分布器的内侧壁安装有分隔板，分隔板的一侧下放j型的液氮供液管；
41.请参阅图3，图中箭头所示即为冷冻液的流动方向；因分隔板进行导流，实现其一侧冷冻液上升，另一侧冷冻液下降，形成内循环。
42.s4、待冷冻不断进行，使冻结器周围形成均匀的冻土层；待多个冻结器的冻土层相互交接到一起之后，形成完整的冻结帷幕；
43.s5、对地层内的冻结帷幕进行强度、温度检测；
44.指标满足施工需求时，即可沿地下工程的顶视范围进行施工作业
45.本实施例中，具体的：液氮分布器的顶部连通有一气液分离器，用气液分离。
46.实施例二
47.请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种液氮冻结施工方法，包括以下步骤：
48.s1、请参阅图4，在地表处标注拟开挖井筒等地下工程的顶视范围，并在此范围的外部标注液氮冻结施工点，该施工点需均匀分布于地下工程范围的外部；
49.其中，注液氮冻结施工点以矩形阵列的方式均匀排布于地下工程范围的外部。
50.s2、以s1中液氮冻结施工点为基点，向地下安置液氮冻结器；
51.请参阅图4，当所有液氮冻结器全部安置成型后，相邻的每组液氮冻结器以假想连线的方式，在俯视视角下可组成一个封闭的空间，该空间的中心点即为地下工程的顶视范围的中心点；
52.请参阅图3，地表需安置液氮分布器，液氮分布器的出口均通过一个闸阀连通于一个液氮冻结器的液氮供液管，通过液氮分布器对每个液氮冻结器进行控制；
53.液氮供液管呈j型，且其贯穿于液氮分布器的内侧；
54.液氮冻结器的内部充满无法溶于水的油质冷冻液，即使出现冻结管泄漏也不会造成冻结壁融化；
55.s3、同步启动所有液氮冻结器，液氮通过液氮供液管进入液氮冻结器；随着热交换的进行，液氮升温、气化、变成气体在液氮冻结器的内部上升，同时带动冻结器内一侧冷冻
液上升，另一侧冷冻液下降，形成内循环；保证冻结器内冷冻液温度上下一致；
56.液氮分布器的内侧壁安装有分隔板，分隔板的一侧下放j型的液氮供液管；
57.请参阅图3，图中箭头所示即为冷冻液的流动方向；因分隔板进行导流，实现其一侧冷冻液上升，另一侧冷冻液下降，形成内循环。
58.s4、待冷冻不断进行，使冻结器周围形成均匀的冻土层；待多个冻结器的冻土层相互交接到一起之后，形成完整的冻结帷幕；
59.s5、对地层内的冻结帷幕进行强度、温度检测；
60.指标满足施工需求时，即可沿地下工程的顶视范围进行施工作业
61.本实施例中，具体的：液氮分布器的顶部连通有一气液分离器，用气液分离。
62.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种液氮冻结施工方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、在地表处标注拟开挖井筒等地下工程的顶视范围，并在此范围的外部标注液氮冻结施工点，该施工点需均匀分布于地下工程范围的外部；s2、以s1中液氮冻结施工点为基点，向地下安置液氮冻结器；当所有液氮冻结器全部安置成型后，相邻的每组液氮冻结器假想连线可组成一个封闭的空间，该空间的中心点即为地下工程的顶视范围的中心点；s3、同步启动所有液氮冻结器，液氮通过液氮供液管进入液氮冻结器；随着热交换的进行，液氮升温、气化、变成气体在液氮冻结器的内部上升，同时带动冻结器内一侧冷冻液上升，另一侧冷冻液下降，形成内循环；保证冻结器内冷冻液温度上下一致；s4、待冷冻不断进行，使冻结器周围形成均匀的冻土层；待多个冻结器的冻土层相互交接到一起之后，形成完整的冻结帷幕；s5、对地层内的冻结帷幕进行强度、温度检测；指标满足施工需求时，即可沿地下工程的顶视范围进行施工作业。2.根据权利要求1所述的一种液氮冻结施工方法，其特征在于：在所述s1中，注液氮冻结施工点以环形阵列的方式均匀排布于地下工程范围的外部。3.根据权利要求1所述的一种液氮冻结施工方法，其特征在于：在所述s2中，地表需安置液氮分布器，液氮分布器的出口均通过一个闸阀连通于一个液氮冻结器的液氮供液管；液氮供液管呈j型，且其贯穿于液氮分布器的内侧。4.根据权利要求3所述的一种液氮冻结施工方法，其特征在于：液氮分布器的顶部连通有一气液分离器。5.根据权利要求1～4任意一项所述的一种液氮冻结施工方法，其特征在于：液氮分布器的内侧壁安装有分隔板，分隔板的一侧下放液氮供液管；液氮冻结器的内部充满无法溶于水的油质冷冻液。

技术总结

本发明公开了一种液氮冻结施工方法，包括以下步骤：S1、在地表处标注拟开挖井筒等地下工程的顶视范围，并在此范围的外部标注液氮冻结施工点，该施工点需均匀分布于地下工程范围的外部；S2、以S1中液氮冻结施工点为基点，向地下安置液氮冻结器；当所有液氮冻结器全部安置成型后，相邻的每组液氮冻结器假想连线可组成一个封闭的空间，该空间的中心点即为地下工程的顶视范围的中心点；S3、同步启动所有液氮冻结器，液氮通过液氮供液管进入液氮冻结器；本发明提供了特型“冻结帷幕”的施工方式，相较于传统液氮施工方法，本发明能够在地下工程的施工点形成一层封闭的冻土层，为地下工程的开挖提供安全和友好的环境保障。提供安全和友好的环境保障。提供安全和友好的环境保障。