超深地铁侧向泵站冻结法设计与施工

上海市轨道交通12号线嘉善路站—陕西南路站区间隧道超深侧向泵站,采用水平冻结法施工,布置水平冻结孔84个、测温孔7个、泄压孔2个。冷冻站安装5台冷冻机,冻结总需冷量333 646kJ/h。冻结站开机运转57d后,盐水温度保持在-30℃左右,基本能满足设计要求。冻结后,侧向泵站冻土帷幕平均温度、厚度等均达到设计要求,保证了侧向泵站掘砌施工安全,地面、管线沉降及隧道沉降变形均在允许范围之内。     

冻结法凿井采用新式制冷设备的效益和风险

冻结法凿井中,存在冻结站氨用量过大和盐水用量过多两个问题。前者会形成重大危险源,影响施工安全;后者在工程结束后,大量盐水排放会污染环境。优化设计从减少冻结站系统氨用量和盐水用量入手,采用新式制冷设备,可大幅度降低氨用量和盐水用量,取得明显的经济效益和社会效益。通过工程实践,验证了优化设计的可行性、安全性和经济性;但也存在一定的潜在风险,需要引起高度重视。     

单冻结管隔热理论分析

在深井冻结施工中,为减少冷量损失或保护井口周围结构基础,理应控制浅部的部分冻结孔或全部冻结孔的冷量.根据单冻结管温度场数值计算,对几种隔热状态效果进行比较,得出了隔热与不隔热之间冻结管外表面热流密度的数量关系,可用于指导施工及冻结设计.     

PVC管低温传热特性及高效输冷应用研究

为探究PVC管输送低温盐水的可行性,首先通过PVC管约束条件下的温度应力试验,获得了PVC管低温收缩应变增长规律及线膨胀系数,为低温管路收缩节设计提供依据。然后对PVC管路横截面温度场进行了数值模拟,结果显示:冻结前20d内,PVC盐水管壁温度随时间的延长,成对数规律分布,外壁温度比管内盐水温度高3~12℃;与同条件下的钢管相比,PVC管保温层中心点温度高出1.5~4℃。PVC管输送低温盐水,千米温差小于0.5℃,冷量散失量仅为同条件钢管的42.3%左右,节能效果显著,值得推广应用。     

冻结井筒大体积混凝土井壁温度场实测研究

营盘壕煤矿副井井筒采用全深冻结法施工。井筒内壁浇筑施工中,通过对3个水平温度的现场实测,分析了井壁温度场变化规律。结果表明:大体积混凝土浇筑后,产生大量水化热,导致内壁温度上升,1.25~1.5d左右,温度达到峰值,最高达到86℃。水化热传递到冻结壁,导致冻结壁温度上升,最高达到21.9℃,升温幅度23.4℃,壁后冻土局部开始融化,最大融化距离达1 920mm,对井壁稳定性造成不利影响。之后,在冻结管盐水循环产生的冷量与水化热共同作用下,内壁及冻结壁温度开始下降。至浇筑后35d左右,内壁稳定在正温状态,对内壁混凝土早期强度发展有利。     

深立井冻结需冷量设计计算优化方法

为了研究西部白垩-侏罗系地层井筒需冷量计算公式,研究冻结深度和冻结管圈径和井筒需冷量之间的关系,以文家坡煤矿冻结工程为背景,建立有限元模型,导出单根冻结管的热流量,计算井筒所需冷量,并通过数值计算分析得到回归方程。得出深度和圈径与需冷量呈正相关关系,拟合方程所得到的冷量更加节约且满足需求,为冷量控制提供参考。     

斜井局部保温技术研究与应用

结合山西长治古城煤矿主斜井冻结工程实例,分析斜井冻结工程的特殊性,找到了顶部非冻结段及冻结管穿过开挖荒径以内部分局部冻结方法,成功地将井筒冻结冷量损失降低,节省近一半供液管,并对井筒掘进条件进行了改善,为今后类似斜井直孔施工的井筒冻结提供参考。     

冻结管盐水回收系统研究与应用

立井和斜井冻结工程,冻结管直径一般较小,采用高扬程潜水泵回收冻结管内的盐水很难实现,给掘砌施工带来了许多困难。以斜井冻结工程为例,如果盐水不回收,大量充满盐水的冻结管在掘进过程中被割断,盐水会直接排到掘进工作面,既影响进度,又污染环境;尤其是冻结孔较深时,由于压力较大,盐水很容易喷伤作业人员或喷坏设备。为此,通过试验研究,研发出了利用压气排出冻结管内盐水的冻结管盐水回收系统,解决了上述难题。工程实际应用表明,该冻结管盐水回收系统不仅简单易行,安全可靠,而且经济、高效、环保。     

大体量冻结工程长距离输冷冻结系统设计优化研究

针对大体量人工冻结工程经验缺乏的问题,介绍了广州地铁11号线云台花园站—大金钟站区间隧道横通道冻结工程系统设计。该工程是大体量隧道人工冻结工程,冷量输送距离达260 m。分析了该工程的冻结设计参数与冻结孔分组情况,设计了该工程的长距离输冷冻结系统。此冻结系统结构复杂,盐水系统采用内外循环系统,设备繁多,冷冻机多达28台。利用该套长距离输冷冻结系统使横通道冻结工程安全顺利完成,为类似大体积人工冻结工程提供参考依据。     

寒区冻结工程利用自然冷能的空冷换热技术研究

西北地区冬季有着充沛的自然冷能。为了有效利用这种自然冷能进行井筒冻结,设计了翅片管式盐水空冷换热器;并在低温冷库内,进行了盐水空冷换热试验。结果表明:降低气温,可大幅提升空冷换热效果;增加空气及盐水流量,可小幅提升空冷换热效率。为评价空冷盐水的工程实用性,以地处锡林郭勒盟的鲁新煤矿主井井筒冻结工程为背景,对3种温度状态盐水形成的冻结壁温度场进行了数值模拟,结果表明:在相同孔间距下,准低温(-10~-15℃)盐水冻结壁交圈时间为人工制冷盐水的1.5~2倍,约占当地冬季时间的1/2;适度缩小孔间距后,冻结壁交圈时间与正常孔间距下的人工制冷盐水交圈时间相当。试验及数值模拟表明:寒区可以利用盐水空冷换热技术,开发利用自然环境冷能来进行井筒冻结。     

深厚冲积层多井共站冻结优化设计

为了减少深厚冲积层冻结法凿井的设备占用、降低冻结费用,基于冻结时井筒最大需冷量的变化规律,提出多井共站的冻结设计方法.研究通过合理安排各井筒的冻结开机时间,错开各井筒最大需冷量峰值,从而降低冻结站的最大总需冷量,达到减少设备装机、提高运转效率的目的.赵楼煤矿主、副、风三井筒三井共站冻结工程实践表明,多井共站冻结比各井筒单独冻结可少装机45%左右.     

市政冻结技术的应用与展望

由于市政工程周边环境较为复杂,富水地层中降水法受到限制,故常采用人工冻结法加固土体。介绍市政冻结技术的发展历程、应用现状及关键技术问题,总结出按强度指标确定的冻结壁厚度计算公式;研发出保压平衡钻进新工艺,解决钻进过程中冻结管钻不进、断裂等问题;研发出PVC管盐水高效输送技术,输送冷量的散失量仅为同条件钢管的37.83%;对冻融环境效应及工程控制对策给出典型冻结案例,分析市政冻结技术发展存在的问题,并对今后的发展做了展望。     

大流量高流速径流水地层井筒冻结技术

以姑山矿为例，通过改进冻结程序和利用新技术、新方法，解决了水文地质资料缺失以及高流速大流量深地层径流水造成的过水通道水流量较大，使得冷量损失过大，正常冻结壁交圈时间延长的问题，使冻结技术参数达到了设计目标，满足了充填井井筒安全开挖的条件。     

真空管隔温技术在斜井冻结中应用的研究

为解决斜井冻结工程中掘进断面隔温管效果差、冻土温度低、挖掘速度慢的难题,应用传热学原理,选用与冻结管同材质的无缝钢管制作中空管,将环状间隙抽成真空,研制适合斜井冻结施工的钢制真空管,减少了冷量向地层的传递,实现了井帮温度-5～2℃、综合成井速度大于60 m/月的冻结效果。经地面试验和冻结工程应用验证,钢制真空管隔温技术制作工艺简便、隔温效果良好、可回收利用,提高了斜井冻结施工效率,降低了材料消耗和对环境的污染。     

高流速地下水井筒冻结施工技术

古城矿井地处兖州市东郊水源开采基地,因地下水长期连续大量地开采,深度38~104m段冲积层最大地下水流速达到了40.08m/d。要在如此大的动态水流中顺利形成冻结壁有很大难度。为了保证井筒冻结段掘砌施工安全顺利,对高流速地下水段冲积层采取了增设1圈辅助冻结孔的加强冻结措施;同时采用减小冻结孔间距,-30℃低温盐水冻结,双供液系统,高流速盐水循环方式,冻结孔钻进施工中压浆等多种做法,使得主、副井筒冻结壁提前交圈封水,井筒提前开挖,缩短了制冷工期,节约了冻结费用,取得了明显的技术经济效益。     

东荣三矿风井透水涌砂分析与处理

双鸭山矿业集团公司东荣三矿东风井于1994年1月8日掘进深219m时,冻结管断裂,漏失盐水融化冻结壁,造成透水、涌砂淹井。该矿把测温孔改为冻结孔进行强化冻结,经过90d的强化冻结,透水"窗口"闭合,达到了设计强度,将事故损失降到最低点。     

节能技术在冻结站的应用

矿井冻结法施工,电能消耗成本通常占项目成本的1/3左右。矿井冻结站整个制冷过程可分为氨循环系统、盐水循环系统和冷却水循环系统,这3个循环系统均以电能为动力。根据冻结法施工特点,探讨了3个循环系统设备选型、安装工艺,以及冻结站运行管理等方面可采取的节能措施。并通过工程实例,说明了节能带来的经济效益。     

煤矿冻结站自动控制及监测技术研究与应用

煤矿冻结工程远程信息化监测及调节站自动化控制技术,可对特定工程条件对冻结施工过程中氨液液位等的重要参数进行实时监测与监控,并提供工程安全信息报警预测与工程信息反馈,在保证施工安全、提供实时图像和数据信息、调整冷量、施工合理化管理等方面可以发挥巨大作用。华亭煤业集团有限责任公司新庄矿冻结站采用冻结工程远程信息化监测及调节站自动化控制技术,安装液氨自动控制系统,实现无人值守,减轻了施工人员工作负担,节约了施工成本、提高了系统的可靠性。     

冻结法凿井(一)

第一讲 冻结法凿井概述 一、冻结法凿井的实质和原理 冻结法凿井是在井筒开凿之前,用人工制冷的方法将井筒周围的地层冻结成封闭的不透水的圆筒——冻结壁,以抵抗地压和隔开地下水与井筒的联系,并在冻结壁的保护下进行掘砌工作的一种特殊凿井法。 为了形成冻结壁,预先在拟凿井筒外围按圆周布置一定数量的冻结孔,孔深略大于冻结深度,在孔内安装冻结器(由冻结管、供液管与回液管组成)。冻结站制出的低温盐水(-20～-30℃的氯化钙溶液)经去路     

聚氨酯在浅部地层冻结管保温中的节能研究

针对冻结施工中浅部地层冷量散失,产生的冻胀危害永久井架安全的情况,将单管稳态导热温度分布曲线用于冻结管保温层及周围土体的温度分布,得出土体显热散冷量公式,然后结合相变换热公式分析冻结管在保温前后周围土体的相变换热量,最后给出工程实例测温数据及数值拟合曲线,验证单管稳态温度分布曲线的适用性。数据分析表明:159 mm冻结管经50 mm聚氨酯保温后,壁外降温幅度约为保温前的50%,冻结管外3 m范围内温度降幅明显;未保温冻结管管外1m处温度降至0℃需60 d,而保温后则需210 d以上,同样冻结期内产生相变土体体积远小于未保温情况,从而节省大量潜热耗冷量。