一种富水岩层局部差异冻结器、安装方法及使用方法

本发明属于冻结法凿井，具体涉及一种富水岩层局部差异冻结器、安装方法及使用方法。

背景技术：

1、冻结法施工通过人工制冷技术将天然土转变为冻土，从而有效提高土体强度和稳定性。这一过程最终会形成一个封闭的冻结帷幕，不仅隔绝了地下水与地下工程之间的联系，还为地下工程施工提供了必要的冻结壁支护。

2、冻结法的应用范围广泛，包括地铁隧道、煤矿凿井、基坑支护等众多领域。与其他施工技术相比，冻结法具有明显的优势。首先，它具有极强的适应性，能够在各种复杂地质条件下进行施工。其次，冻结法是一种绿色施工技术，施工过程中无污染排放，对环境友好。最重要的是，冻结法能够有效隔绝地下水，减少地下水对施工的影响。

3、然而，冻结法的施工过程也存在一些挑战。首先，土体的低热传导性和非均质性使得冻结壁的形成和稳定性要求较高。其次，环境因素、安全和质量控制的需要使得冻结周期变得漫长。这些问题的存在，使得冻结法的施工效率受到影响，增加了施工成本。

4、近年来，在我国西部侏罗白垩系地层建井过程中，经常遇到含水层流速较大的情况，并且由于井筒穿越的地层深度较深，井筒施工过程中，可能会遇到多个含水层的情况，在含水层中，冷冻管的冷量被水流带走，导致冻结壁的交圈时间延长，有时甚至出现不交圈的情况，严重影响施工进度，危及施工安全。针对该问题可采用含水层加强的方法进行解决，但是由于含水层与隔水层交替分布，如果在每个层位都进行加强冻结的话，会导致隔水层的冻结帷幕发展不均匀，并且会造成较大的冷量浪费。为了解决这些问题，急需一种分层位差异冻结，且可以灵活快速组装的新型冻结器。

5、因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种富水岩层局部差异冻结器、安装方法及使用方法。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种富水岩层局部差异冻结器，包括外管节和内管节；

4、所述外管节的两端分别以可拆卸的方式安装有连接环，所述连接环内径小于所述外管节内径，以在外管节的两端形成阶梯台；

5、多个所述外管节沿轴向拼接，通过卡箍对相邻的两个所述外管节的连接环进行连接形成冷冻管，所述冷冻管的其中一端设有锥形端头，另一端设有上盖；

6、在多个所述外管节的其中一节或者多节内部设有所述内管节，所述内管节的两端通过可拆卸的方式连接所述连接环，所述内管节和所述外管节之间设有保温材料；

7、冷冻管内部设有进液管，所述进液管的一端延伸至锥形端头，另一段伸出所述上盖后连接供液泵，所述上盖侧部设有出液口；

8、所述进液管包括多节相互拼接的短节，所述短节与所述外管节长度相适配。

9、优选的，所述连接环外侧设有环槽，所述卡箍包括两个相互铰接的环形箍，所述环形箍内侧设有卡槽，所述卡槽的两侧分别卡入两个所述连接环的所述环槽内，以在轴向上对相邻两个所述外管节进行限位。

10、优选的，所述环形箍的非铰接端通过内六螺柱进行固定，所述卡槽的内壁为倾斜面，以随内六螺柱锁紧驱动两个所述连接环相互挤压。

11、优选的，相邻两节所述短节之间通过固定装置进行连接，所述固定装置对应支撑在所述连接环内壁。

12、优选的，所述固定装置包括套筒、伸缩杆和内衬板，所述套筒两端分别通过内螺纹装配相邻的两个所述短节；

13、所述套筒外周均匀分布有多个所述伸缩杆，所述伸缩杆端部设有抵触在所述连接环内壁的内衬板。

14、优选的，所述连接环上设有指向所述外管节和所述内管节端部的螺孔，以通过螺钉对所述外管节和所述内管节进行固定。

15、优选的，所述连接环和所述外管节之间、所述连接环和内管节之间、相邻两个所述连接环之间均设有真空氟胶防水垫圈。

16、一种富水岩层局部差异冻结器的安装方法，对上述任一冻结器进行组装，其特征在于，将一节所述外管节的一端和锥形端头进行连接，在所述外管节内进行内管节和保温材料的安装；

17、将两个短节进行拼接后插入外管节内，拼接下一外管节并通过连接环和卡箍进行固定，交替进行短节和外管节的拼接，并在设定位置进行内管节和保温材料安装，直至冷冻管拼接至设定长度，在冷冻管端部安装上盖和锥形端头。

18、优选的，短节之间通过固定装置支撑在连接环的内壁，旋动固定装置外部的伸缩杆，使伸缩杆伸长后通过内衬板顶紧连接环的内壁。

19、一种富水岩层局部差异冻结器的使用方法，通过上述任一冻结器进行土壤冻结，包括如下步骤：

20、步骤s1，确定主力冻结管的布置位置、数量和深度；

21、步骤s2，根据水流方向及含水层的位置，确定冻结器的位置及结构形式；

22、步骤s3，钻孔并下放主力冻结管和冻结器；

23、步骤s4，开启冻结器，通过温度监测系统监测关键位置温度，以此为依据判断冻结发展情况，直至冻结形成挡水帷幕；

24、步骤s5，在上游挡水帷幕的保护下，开启主力冻结管，通过测温孔判断主力冻结管对应冻结帷幕的发展情况，冻结帷幕的厚度达到要求后，开始后期掘砌施工；

25、步骤s6，停止冻结，缓慢拔出冻结器、拆卸归类零部件。

26、有益效果：本申请提供的冻结器设有非冷冻段，非冷冻段通过设置保温材料可以减少冷量的损失，并保证下游冻结帷幕厚度均匀，同时非冷冻段和有效冷冻段可以快速转换。

27、冻结施工时可根据含水层以及隔水层的分布情况选择有效冷冻段以及控制冷冻段，快速进行组装，工程结束后可拆卸以及再次回收利用。

技术特征：

1.一种富水岩层局部差异冻结器，其特征在于，包括外管节和内管节；

2.根据权利要求1所述的富水岩层局部差异冻结器，其特征在于，所述连接环外侧设有环槽，所述卡箍包括两个相互铰接的环形箍，所述环形箍内侧设有卡槽，所述卡槽的两侧分别卡入两个所述连接环的所述环槽内，以在轴向上对相邻两个所述外管节进行限位。

3.根据权利要求2所述的富水岩层局部差异冻结器，其特征在于，所述环形箍的非铰接端通过内六螺柱进行固定，所述卡槽的内壁为倾斜面，以随内六螺柱锁紧驱动两个所述连接环相互挤压。

4.根据权利要求1所述的富水岩层局部差异冻结器，其特征在于，相邻两节所述短节之间通过固定装置进行连接，所述固定装置对应支撑在所述连接环内壁。

5.根据权利要求4所述的富水岩层局部差异冻结器，其特征在于，所述固定装置包括套筒、伸缩杆和内衬板，所述套筒两端分别通过内螺纹装配相邻的两个所述短节；

6.根据权利要求1所述的富水岩层局部差异冻结器，其特征在于，所述连接环上设有指向所述外管节和所述内管节端部的螺孔，以通过螺钉对所述外管节和所述内管节进行固定。

7.根据权利要求1所述的富水岩层局部差异冻结器，其特征在于，所述连接环和所述外管节之间、所述连接环和内管节之间、相邻两个所述连接环之间均设有真空氟胶防水垫圈。

8.一种富水岩层局部差异冻结器的安装方法，对权利要求1-7任一所述的冻结器进行组装，其特征在于，将一节所述外管节的一端和锥形端头进行连接，在所述外管节内进行内管节和保温材料的安装；

9.根据权利要求8所述的富水岩层局部差异冻结器的安装方法，其特征在于，短节之间通过固定装置支撑在连接环的内壁，旋动固定装置外部的伸缩杆，使伸缩杆伸长后通过内衬板顶紧连接环的内壁。

10.一种富水岩层局部差异冻结器的使用方法，通过权利要求1-7任一所述的冻结器进行土壤冻结，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本发明提供一种富水岩层局部差异冻结器、安装方法及使用方法，冻结器包括外管节和内管节；外管节的两端分别以可拆卸的方式安装连接环，多个外管节沿轴向拼接组成冷冻管，通过卡箍对相邻的两个外管节的连接环进行连接以组成冷冻管，在多个外管节的其中一节或者多节内部设有内管节，内管节的两端通过可拆卸的方式连接连接环，内管节和外管节之间设有保温材料；通过设置保温材料可以减少冷量的损失，并保证下游冻结帷幕厚度均匀，同时非冷冻段和有效冷冻段可以快速转换；冻结施工时可根据含水层以及隔水层的分布情况选择有效冷冻段以及控制冷冻段，快速进行组装，工程结束后可拆卸以及再次回收利用。技术研发人员：王彬,张子浩,梁秀玲,程桦,荣传新,姚直书,蔡海兵受保护的技术使用者：安徽理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23