[发明专利]一种无冻结器液氮人工地层冻结方法

说明书

本发明提供一种无冻结器液氮人工地层冻结方法，属于人工地层冻结技术领域。该方法首先进行施工钻孔，即一次钻孔，然后通过在钻孔内插入液氮注入管，进行钻孔及周边范围地层冻结；一次钻孔孔内泥水及周边地层已成冻结状态后进行二次钻孔施工，形成稳定的孔道，再持续注入液氮冻结地层。在冻土体范围、温度、强度达到设计要求后，停止液氮注入，完成冻结。该方法充分利用液氮的低温、快速冻结的性质，强制冻结地层，为二次钻孔干作业提供条件，二次钻孔后能够在地层中形成天然的液氮热交换空间，液氮直接与土体接触，能够获得更高的换热效率、提高冻结速度。减少了传统冻结器加工、生产、安装环节，节约材料，降低成本，提高施工进度。

技术领域

本发明涉及人工地层冻结技术领域，特别是指一种无冻结器液氮人工地层冻结方法。

背景技术

人工地层冻结法是利用人工制冷技术，将地层中的热量置换走，从而降低地层温度直至地层中的水结冰，使地层成为冻结状态，冻结后的土体具有一定的强度，能够抵挡外界水土压力，达到隔水和地层加固的目的。根据制冷介质的不同，人工地层冻结法可分为传统的低温盐水冻结和新型的液氮冻结、干冰冻结等方法。标准大气压下，液氮汽化温度为-196℃。液氮汽化时吸收大量热量，可以快速冻结土体，与传统低温盐水冻结相比，冻结速度更快、冻土体温度更低、强度更大。随着钢铁工业的发展，作为液氧生产副产品的液氮产量随之增加，价格逐步降低，液氮应用于人工地层冻结中的案例逐渐增多。

目前的液氮冻结器还是参考传统盐水冻结系统中的冻结器设计方法，即在底部封闭的钢管中通入供液管，低温液体在钢管中流动，从而带走地层热量。如：液氮冻结器(申请号：200720069041.1)，与传统的低温盐水冻结器并无明显差别，仍然是由冻结管、底锥、供液管和出气管构成。类似的液氮冻结器专利主要集中在对此冻结器的液氮供液方式改进方面，如“液氮花管均匀冻结器(申请号：200720035238.3)”、“地层液氮冻结器(申请号：201010000963.3)”、“具有多供液管的液氮冻结器(申请号：201110264991.0)”等。其共性的施工方法为：在地层中施工钻孔，在钻孔中安放液氮冻结器，冻结器中通入液氮，液氮在冻结器中汽化吸热，并转变为氮气，从出气管排出。施工过程涉及冻结钻孔施工、加工冻结器、安装冻结器，冻结完成后还可能涉及冻结器的拔出；冻结器的加工又涉及供液管、出气管、底锥、隔板等的加工和连接。

液氮人工地层冻结常用于工程抢险中的封水冻结和土体加固，应用传统液氮冻结器进行地层冻结的方法存在工序多、加工件多、费时费力的弊端，极容易延误抢险时机。

本发明提供一种无冻结器液氮人工地层冻结方法，免除传统液氮人工地层冻结施工中的冻结器加工、冻结器拔出等工序，加快施工进度、降低施工成本。

发明内容

本发明针对传统液氮冻结器进行地层冻结的方法存在工序多、加工件多、费时费力的弊端，提供一种无冻结器液氮人工地层冻结方法。

该方法具体步骤如下：

(一)施工钻孔，即一次钻孔：根据地层类型和钻孔深度、钻孔直径，选择钻孔方式，形成冻结深度范围内的钻孔，并进行清孔处理，确保钻孔底部浮渣厚度小于300mm；