凍結法的發(fā)展和基本原理

1、凍結法的發(fā)展和基本原理摘要摘要：凍結法是利用人工制冷技術，使地層中的水結冰，把天然巖土變成凍土，增加其強度和穩(wěn)定性，隔絕地下水與地下工程的聯(lián)系，以便在凍結壁的保護下進行井筒或地下工程掘砌施工的特殊施工技術。關鍵詞關鍵詞：凍結法，制冷，施工凍結法起源于天然凍結。由于人工制冷技術的發(fā)展和應用，產(chǎn)生了工程凍結。1862年英國南威爾士在建筑基礎施工中，首先使用了人工制冷加固土壤。1883年德國工程師波茨舒，在德國阿爾巴里得煤礦，用凍結法開鑿了深

2、度為103米的井筒，獲得了凍結法鑿井技術專利。之后，該項技術傳播到世界上許多國家。蘇聯(lián)從1928年開始使用凍結法，至今采用凍結法鑿井數(shù)目已經(jīng)超過400個，成為當今世界采用凍結法鑿井規(guī)模最大的國家之一。凍結深度是凍結法鑿井施工技術高低的一個重要標志。我國于1955年在開灤林西風井開始使用凍結法鑿井，井筒凈直徑5米，凍結深度105米。此后，凍結法鑿井技術逐漸推廣到東北，華北，華東，中南地區(qū)。至1990年，凍結鑿井數(shù)目約300個，累計凍結井筒

3、深度50km，最大凍結深度435m。我國已經(jīng)是世界上用凍結法鑿井穿過表土層最厚的國家之一。自1992年起，凍結法工藝被廣泛應用于城市地鐵工程施工中。1凍結法鑿井原理立井凍結鑿井是利用傳統(tǒng)的氨循環(huán)制冷技術完成的。它是在井筒開挖之前，用人工制冷的方法，將井筒周圍含水地層凍結成一個2制冷系統(tǒng)壓縮制冷由三大循環(huán)構成：氨循環(huán)，鹽水循環(huán)和冷卻水循環(huán)。2.1氨循環(huán)系統(tǒng)。氨循環(huán)在制冷過程中起主導作用，為了使地熱傳遞給冷卻水再釋放給大氣，必須將蒸發(fā)器中飽

4、和蒸汽氨成為高壓高溫的過熱蒸汽，使與冷卻水產(chǎn)生溫差，在冷凝器中將熱量傳遞給冷卻水，同時過熱蒸汽氨冷凝成液態(tài)氨，實現(xiàn)氣態(tài)到液態(tài)的轉變。液態(tài)氨經(jīng)節(jié)流閥降壓流入蒸發(fā)器中蒸發(fā)，再吸收其周圍鹽水中的熱量變成飽和蒸汽氨。如此，周而復始，構成氨循環(huán)。氨循環(huán)系統(tǒng)設備由蒸發(fā)器，氨壓縮機，冷凝器和節(jié)流閥構成。2.2鹽水循環(huán)。鹽水循環(huán)在制冷過程中起著冷量傳遞作用。該循環(huán)系統(tǒng)由鹽水流動的動力。凍結器是低溫鹽水與地層進行熱交換的換熱器，鹽水流速越快，換熱強度越大

5、。凍結器由凍結管，供液管和回液管組成。根據(jù)工程需要可采用正、反兩種鹽水循環(huán)系統(tǒng)，正常情況下用正循環(huán)供液。積極凍結期間，凍結器進出口溫度差一般為3至7攝氏度，消極凍結期間，其進出口溫度差為1至3攝氏度。蒸發(fā)器中氨的蒸發(fā)溫度與其周圍的鹽水溫度相差5至7攝氏度。凍結器表面的吸熱率即單位時間、單位面積的吸熱量為263至292W每平米。為了觀察鹽水在凍結管中是否漏失應在去、回路鹽水干管和凍結器進出口處安裝計量計。上述鹽水循環(huán)稱為閉路鹽水循環(huán)系統(tǒng)。