[实用新型]液氮冻结管及具有该管的液氮冻结模型试验装置

说明书

本实用新型公开了液氮冻结管及具有该管的液氮冻结模型试验装置，包括进液管、出气管、外管，所述进液管设置在所述外管内部，所述进液管上设置有多个通孔，所述进液管通过多个所述通孔与所述外管连接，所述进液管位于所述外管内部的一端密封，另一端与液氮输入管路连通。本实用新型通过在进液管上沿管壁等距离对称开设多个小孔，并将进液管底端封堵，以保证冻结管的外管管壁温度分布的均匀性；在冻结过程中，液氮沿进液管进入外管内，并在外管中气化，达到低温快速冻结的目的，冻结完成，可将进液管与出气管从外管中拔出后，盾构机便可直接切割PVC塑料外管；并且液氮冻结管外管的管壁温度分布均匀、可以节约工程工期和成本。

技术领域

本实用新型涉及液氮冻结温度场技术领域，具体涉及液氮冻结管及具有该管的液氮冻结模型试验装置。

背景技术

人工液氮冻结就是将一定数量的冻结管垂直或水平布置在需要冻结加固的土体中，通过冻结管中的液氮来吸收土体中的热量。液氮冻结虽能达到快速封水的目的，但因液氮消耗量大，相对于其他工法来说造价相对较高。在实际冻结工程当中，每冻1立方米土大约需要消耗1200L—1500L液氮，因此为了节约液氮用量，节省工程成本，可以在实际工程中采用局部冻结对洞门进行加固。

传统液氮冻结管的结构包括出气管、进液管和外管。液氮的沸点为-195.8℃，当液氮自进液管进入外管中，由于周边土体温度远高于液氮沸点，液氮会迅速发生汽化，并和周边土体发生剧烈的热交换。采用传统冻结管冻结时，由于进液管仅在底端开口，液氮极易在进液管底部积存，而出气管位置则为气态氮，造成自外管底部向管口方向，外管管壁温度逐渐升高，进而导致外管周边土体温度分布极其不均匀。现有液氮冻结管管壁温度的研究和液氮冻结土体温度场的现场实测也证实了这一特征，为此，提出液氮冻结管及具有该管的液氮冻结模型试验装置。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于：如何解决现有液氮冻结管的外管管壁温度不均匀的问题，同时为免去盾构洞门冻结加固中的外管拔除工作，提供了液氮冻结管。

本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本实用新型包括进液管、出气管、外管，所述进液管设置在所述外管内部，所述进液管上设置有多个通孔，所述进液管通过多个所述通孔与所述外管连通，所述进液管位于所述外管内部的一端密封，另一端与液氮输入管路连通，所述出气管与所述外管连通。

优选的，所述进液管、所述出气管的材质为金属，所述外管的材质为塑料。

优选的，所述通孔等间距对称设置在所述进液管的两侧。

优选的，所述液氮冻结管还包括第一法兰盘，所述进液管、所述出气管均通过所述第一法兰盘与所述外管的顶部可拆卸连接。

优选的，所述液氮冻结管还包括第二法兰盘，所述第二法兰盘设置在所述外管的底部，用于密封外管底部。

本实用新型还提供了液氮冻结模型试验装置，包括液氮冻结系统与温度监测系统，所述液氮冻结系统包括增压液氮罐、软管与液氮冻结管，所述增压液氮罐通过所述软管与所述液氮冻结管的进液管连接，所述温度监测系统包括温度传感器与温度数据采集仪，所述温度传感器与所述温度数据采集仪电连接，所述温度传感器设置在所述液氮冻结管周围的土体中。

优选的，所述增压液氮罐上设置有排液阀，所述软管与所述排液阀连接。

优选的，所述软管外部设置有保温层。

优选的，所述液氮冻结管周围的土体中设置有多个温度测点，所述进液管管口与所述出气管管口均设置有一个温度测点，所述温度传感器设置在各所述温度测点上。

本实用新型还提供了液氮冻结模型试验方法，包括以下步骤：

S1：外管管壁温度测点布置