免拔除冻结器 【技术领域】
本发明涉及一种隧道施工中适用于冻结法加固盾构进出洞洞口土体的冻结器，具体地说是一种适应于常规低温盐水冻结和快速液氮冻结的免拔除冻结器。
背景技术
冻结法加固洞口土体的原理是使土体中水分冻结，整个冻结范围内土体暂时形成有相当强度的冻结固体，在这种冻结固体支护下，拆除洞口封门，并待掘进设备进入洞门圈内、洞口密封装置安装完毕、洞口施工时的密封性能建立后等情况下，再解冻和进入正常进出洞施工。由于冻结法加固洞口土体具有形成的冻土墙均匀性好，强度高，地下连续墙与冻土墙胶结好，能有效的防止洞口漏水流砂的特点，故盾构进出洞洞口土体加固广泛采用冻结法，如附图1所示，A表示地面，B表示地面连续墙，C表示隧道中心线，D表示盾构推进方向，E表示盾构机，F表示隧道边界线，G表示洞口加固土体，H表示冻结器。目前，冻结法加固盾构进出洞洞口土体所使用的冻结器如附图2所示，外壁为有一定厚度的钢管，常规盐水冻结器采用的是Q235钢管，快速液氮冻结采用的是不锈钢钢管。由于钢管的强度高，盾构的前端刀盘切削布设在冻土墙中的冻结器会损坏刀盘。因此，盾构向前推进范围之内的冻结器在冻土墙达到设计厚度之后需要先行拔除，而后盾构才能继续向前推进。对于需要拔除的冻结器而言，在冻结器拔除之前需要在冻结器内循环高温盐水，使得冻结器周围的土体融化，这样才能顺利的将冻结器拔除。目前，采用的拔出式冻结器施工方式存在许多不足之处：1)钢材存在低温冷脆性，在拔除冻结器的过程中，冻结器容易从焊接位置断裂，一旦冻结器断裂，部分冻结器留在冻土墙中，盾构只能强行推进，结果是损坏刀盘，造成经济损失，延误工期；2)采用快速液氮冻结时，一方面，由于液氮冻结形成的冻土墙温度极低，在冻结器内循环的高温盐水可能会结冰，一旦结冰，处理耗时长，会严重影响工程进度；另一方面，快速液氮冻结采用的冻结器均为不锈钢材料，成本极高；3)融化冻结器周围土体要消耗大量的能量，增加工程成本；4)拔除冻结器的过程本身就消耗时间，延误工期。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是提供一种既不影响冻结效果又不影响盾构推进的免拔除冻结器。该冻结器在冻土墙达到设计厚度之后，可留在冻土墙之内，不进行拔除，施工中盾构的前端刀盘可以轻易地切削布设在冻土墙中的冻结器而不会损坏刀盘，这样可有效的降低工程成本、缩短工程期限，降低工程风险。
为实现上述目的，本发明的免拔除冻结器包括与冻结管连接为一体的上封板、下封板及供液管，所述的冻结管及上下封板均为薄壁的铝或铜材质；且冻结管内置有外圆周带凹槽、内有中心孔与供液管联通的厚壁塑料管，厚壁塑料管与底板间有支撑件。
所述的厚壁塑料管外圆周上的凹槽为轴向式凹槽；所述的厚壁塑料管外圆周上的凹槽为沿柱面的螺旋式凹槽；所述的厚壁塑料管的外柱面上有均布的凸点；供液管与厚壁塑料管的中心孔间为螺纹加低温耐腐蚀密封胶连接；所述的供液管与厚壁塑料管的中心孔间为法兰盘与螺栓连接；厚壁塑料管与支撑件间为螺纹连接。
本发明的有益效果是：冻结器的外壁冻结管采用薄壁铝或铜管，相对于钢管具有强度低、韧性好和低温延展性强的特点，盾构向前推进过程中不会损坏刀盘；冻结器内放置的厚壁塑料管外圆周上凹槽之间的棱柱或柱表面上的突点可以对冻结管起支撑作用，防止水土压力及冻胀压力把冻结器压扁；凹槽或凸点间的空隙可以作为回液或回气体的通道；厚壁塑料管中间的通道可以作为供液管的延伸，为液体的循环提供通道。该冻结器在冻土墙达到设计厚度之后，可留在冻土墙之内，不进行拔除，施工中盾构的前端刀盘可以轻易地切削布设在冻土墙中的冻结器而不会损坏刀盘，这样可有效的降低工程成本、缩短工程期限，降低工程风险。
【附图说明】
附图1为冻结法加固盾构进出洞洞口土体示意图；
附图2为目前使用地冻结器；
附图3为本发明的结构示意图；
附图4为图3的A-A截面放大图；
附图5为图3的B-B截面放大图；
附图6为附图1中序号4厚壁塑料管的第二种结构示意图；
附图7为附图1中序号4厚壁塑料管的第三种结构示意图；
附图8为附图7的截面图；
附图9为附图1中的序号1供液管与序号4厚壁塑料管的法兰螺栓连接方式示意图；
附图10为附图9的俯视图。
图中1-供液管，2-回液管，3-冻结管，4-厚壁塑料管，5-支撑件，6上封板，7下封板，8-底锥，9-凹槽，10-轴向式凹槽，11-螺旋式凹槽，12-凸点，13-法兰盘，14-与螺栓。
【具体实施方式】
下面结合附图对发明作进一步说明：
由附图3所示，该免拔除冻结器主要由供液管1、回液管2、冻结管3、厚壁塑料管4、支撑件5和底锥8构成。其中冻结管3为冻结器的主体，采用薄壁的铝或铜材质制造，薄壁铝或铜管相对于钢管具有强度低、韧性和低温延展性强的特点，盾构向前推进过程中不会损坏刀盘；另一方面，铝或铜管的传热性能优于钢管，因此，采用铝或铜管作为冻结管的免拔除冻结器具有良好的导热性能，冻结效果不会受到影响；冻结管3的顶部设有同材质的上密封板6，底部设有同材质的下密封板7，冻结管3的高度为实际需要冻结的高度。供液管1、回液管2、冻结管3、上密封板6、下密封板7及底锥8之间均采用焊接的方式连接。冻结管3的内孔置有厚壁塑料管4，厚壁塑料管4的外圆上设置有用于回液的凹槽9如附图4所示；凹槽9可以是均布的轴向凹槽10，使其与回液管2相通，如附图3所示；作为回液通道也可以采用如附图6所示的结构，在厚壁塑料管4的柱面上加工出螺旋式凹槽11，使其与回液管2相通；或者采用如附图7及附图8所示的结构，在厚壁塑料管4的柱面上加工出均布的凸点12，凸点12间的空隙作为回液通道；并且作为回液通道不止上述几种形式，只要具有与回液管2联通的回液功能，都在本专利的保护范围之内；厚壁塑料管4柱面上的凹槽(10，11)之间间隔的棱柱或突出的凸点12均可以对冻结管3起支撑作用，防止水土压力及冻胀压力把冻结管3压扁。厚壁塑料管4的中心孔与供液管1联通，可作为供液管1的延伸，为液体的循环提供通道，供液管1与厚壁塑料管4上的中心孔间可以采用丝扣加低温耐腐蚀密封胶的方式连接，也可以采用如附图9所示的法兰盘13与螺栓14的连接方式，而供液管1与法兰盘13间为焊接固定，且螺栓14为径向均布的固定形式，如附图10所示。厚壁塑料管4的下端与支撑件5为螺纹连接，且支撑件5为径向均布设置，如附图5所示，通过支撑件5的支撑作用，使其厚壁塑料管4的底部离开冻结管3的底部一段距离，保证循环的正常进行。
该免拔除冻结器适应于常规低温盐水冻结和快速液氮冻结使用。当采用快速液氮冻结时，厚壁塑料管4的凹槽9可以作为返回气体的通道，回液管2即为回气管。
当进行冻结时，在一定压力作用下低温盐水或液氮经供液管1，然后沿厚壁塑料管4的中心孔进入厚壁塑料管4的底部，达到底部后沿着厚壁塑料管4外圆上的凹槽9或凸点12间的空隙向上流动，在向上流动的过程中低温盐水或汽化后的氮气与冻结管3发生热交换，冻结管3再与外部周围的土体发生热交换，将冷量传递给周围的土体，土体降温，最终形成设计要求的冻土墙。当该冻结器在冻土墙达到设计厚度之后，可留在冻土墙之内，不进行拔除，施工中盾构的前端刀盘可以轻易地切削布设在冻土墙中的冻结器而不会损坏刀盘，这样可有效的降低工程成本、缩短工程期限，降低工程风险。