[发明专利]双螺旋式注浆型冻结装置及施工方法

说明书

本发明提供一种双螺旋式注浆型冻结装置及施工方法，包括双螺旋式注浆型冻结管，所述双螺旋式注浆型冻结管包括盐水供液管和套在所述盐水供液管外部的外管，在所述盐水供液管的管壁和所述外管的管壁之间设置有两条螺旋通道，两条所述螺旋通道均与所述盐水供液管和所述外管共用管壁，其中一条所述螺旋通道为盐水螺旋管道、另一条所述螺旋通道为注浆螺旋管道。本发明提供的双螺旋式注浆型冻结装置及施工方法，实现了将注浆堵水、加固地层技术与人工冻结特殊施工工艺的结合，并将两种施工工艺的地下管路设置在同一个管道里，既简化了施工方法又节约了钻孔和管路成本。

技术领域

本发明涉及人工地层冻结工程领域，特别是一种双螺旋式注浆型冻结装置及施工方法。

背景技术

冻结法凿井是在地下工程施工之前，首先在欲开挖地下空间的周围打一定数量的冻结孔，孔内安装冻结器，低温盐水在冻结器中流动，吸收其周围地层的热量，在松散、含水不稳定地层中形成冻结圆柱，冻结圆柱逐渐扩大并连接成封闭的、满足设计厚度和强度的圆筒—冻结圈，以抵抗土、水压力，隔绝地下水，以便安全穿过含水地层，是一种借助人工制冷手段暂时加固地层和隔断地下水的特殊的施工方法。

早在十九世纪初，俄国人就开始在西伯利亚利用天然冻结层开凿立井采金。1862年英国首先利用人工冻结技术加固基坑。1883年德国工程师博茨舒在阿尔巴里德煤矿采用冻结法开凿深103m的井筒，并获得了冻结法凿井的专利。从此，该项技术广泛应用于许多国家的工程建设中。美国常利用冻结法进行基础的加固；前苏联在地铁隧道建设中曾多次使用冻结技术作为地层加固措施；西欧国家将冻结法应用到桥涵和隧道工程的加固施工中；日本大阪交通局在该市地铁五号线工程施工中，采用冻结法冻结土体体积达70m³，以确保盾构顺利出洞。我国至1955年在波兰专家的帮助下应用冻结法建立了开滦林西矿风井以来，冻结法凿井在我国得到广泛的推广应用。

人工冻结法加固地层广泛用于不稳定地层井筒建设工程的同时，在其它岩土工程领域特别是城市地下工程中得到迅速推广。在国外，冻结法施工技术已成为一种可行的且极具竞争力的软土、不稳定含水地层加固、封堵水的有效方法。1991年德国在Eisbach河底三个平行隧道施工时出现的坍塌事故中，均使用了液氮冻结法对塌陷部位进行土层加固，收到良好的效果；1994年在德国Dusseldorf市中心火车站附近地铁扩展工程中对冻土进行了室内试验，发现土的饱和度达到60％以上时其强度和抗变形性能才能满足要求。而现今随着我国岩土工程的发展，深基础和其它地下市政工程的不断涌现，冻结法围护结构以其独特的优越性而越来越受到重视，地层冻结技术已经全面进入我国城市地下工程领域。

在人工地层冻结中，若所需冻结地层存在地下水流动时，随着地下水的流动，会带走大量冻结管的冷量，从而造成水流上方冻结管所形成的冻结圆柱很难与水流下方冻结管所形成的冻结圆柱交圈，整个冻结壁的周期极大的加长。同时由于地下水的流动造成冻结壁形成存在位置差异，水流下方先冻结，水流上方后冻结，在水流上方冻结壁部分属于较薄弱部位，影响冻结法凿井过程中冻结壁的受力状态。工程中常常通过加大冻结管管径、加大冻结低温盐水使用量和降低低温盐水温度的方法来处理相关问题，极大的增加了能耗。为了响应现代社会节能减排的号召，提供一种冻结含地下水流动地层的新型冻结管及施工工艺显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双螺旋式注浆型冻结装置及施工方法，能够克服现有冻结管及冻结法施工工艺在冻结含地下水流动地层时水流流动造成大量的冷量损失、冻结壁极难交圈、冻结周期较长、无法保证冻结壁均匀冻结、冻融后外层井壁受水压力过大和无法将注浆与冻结施工相结合等问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：