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岩土研究院

冻结法施工技术在岩土工程开挖中的应用

372 2020-11-23 11:13:36

冻结法是通过人为制冷的方法,将土层(岩层)中的水冻结,形成有一定强度和厚度的冻结体(临时防护结构),在其保护下进行岩土开挖的特殊施工方法。它是受自然法的启发发展起来的。


1、自然冻结法

来自西伯利亚河床下金矿开采。包括直接冻结和木垛加碎石冻结。

冻结法施工技术在岩土工程开挖中的应用

2、人工冻结法(压缩机制冷)

即采用人工制冷的方法(如冰箱、冷冻机等),将岩土冻结。制冷的主要设备为压缩机、冷凝器(蒸发器)、调节阀。

饱和蒸汽氨(-35℃)进入压缩机,压缩机对其作功,饱和蒸汽氨变成过热蒸汽氨(+120℃);过热蒸汽氨等压进入冷凝器,与冷却水进行热交换,转化为饱和蒸汽氨(+30℃),到达(+30℃)为饱和液态,继续冷却变为过冷液态(+25℃),经过调节阀,等焓降压到,进行汽化,同时吸收周围介质(冷媒剂)的热量,到达(-35℃),至此完成一次制冷循环,周而复始,达到制冷的目的。盐水(冷媒剂)在蒸发器内,吸收氨气的冷量,低温盐水由盐水泵,有供液管进入冻结管,与岩土进行热交换后进入回液管,再回到蒸发器,完成一次盐水循环。循环的结果,盐水不断吸收岩土的热量使其冻结,直到达到设计的冻土厚度。

人工冻结热量传递的途径是:岩土(冻土)→盐水→氨→冷却水→大自然。

冻结法施工技术在岩土工程开挖中的应用

3、液氮或干冰(固体CO2)直接冻结

根据上述原理即不难理解液氮或干冰(固体CO2)直接冻结,它是针对一些局部的工程量不大的制水工程(成本高)。固体CO2可以直接汽化(密封高压),液氮可直接汽化。(与打火机同理)