способ замораживания грунтов при строительстве подземных сооружений

Формула изобретения

Способ замораживания грунтов при строительстве подземных сооружений, включающий бурение скважин с установкой в них замораживающих колонок с жидким хладоносителем, которые соединяют с резервуаром, заполненным твердым криоагентом, с обеспечением циркуляции охлажденного жидкого хладоносителя и выделения газовой составляющей криоагента, отличающийся тем, что резервуар заполняют жидким хладоносителем с обеспечением непосредственного взаимодействия в резервуаре жидкого хладоносителя и твердого криоагента и отделения газовой составляющей от жидкого хладоносителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к замораживанию грунтов при строительстве подземных сооружений.

Известен способ замораживания грунтов при строительстве подземных сооружений, включающий бурение скважин с установкой в них замораживающих колонок, охлаждение хладоносителя посредством холодильной установки и циркуляцию хладоносителя по замораживающим колонкам [1].

Недостатками этого способа являются значительные затраты энергии на охлаждение хладоносителя и большие сроки замораживания грунтов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является способ замораживания грунтов при строительстве подземных сооружений, включающий бурение скважин с установкой в них замораживающих колонок с жидким хладоносителем, которые соединяют с резервуаром, заполненным твердым криоагентом с обеспечением циркуляции охлажденного жидкого хладоносителя по замораживающим колонкам и выделения газовой составляющей криоагента [2].

Данный способ по сравнению с вышеописанным позволяет уменьшить энергетические затраты и понизить температуру хладоносителя до -45... -50С. Однако сроки замораживания остаются значительными.

Задачей изобретения является снижение температуры хладоносителя и уменьшение сроков замораживания грунтов.

Это достигается тем, что в способе замораживания грунтов при строительстве подземных сооружений, включающем бурение скважин с установкой в них замораживающих колонок с жидким хладоносителем, которые соединяют с резервуаром, заполненным твердым криоагентом с обеспечением циркуляции охлажденного жидкого хладоносителя и выделения газовой составляющей криоагента, резервуар заполняют жидким хладоносителем с обеспечением непосредственного взаимодействия в резервуаре жидкого хладоносителя и твердого криоагента и отделения газовой составляющей от жидкого хладоносителя.

На чертеже показана принципиальная схема замораживания грунтов.

Замораживающая система состоит из резервуара 1 с двумя входными отверстиями 2, 3 для подачи хладоносителя 4 и твердого криоагента 5, эжектора 6, всасывающий патрубок которого расположен в верхней части резервуара 1, и замораживающей сети. Замораживающая сеть включает замораживающие колонки 7, соединенные с резервуаром 7 посредством магистральных трубопроводов 8, и насос 9, установленный на выходе резервуара 7.

Способ замораживания грунтов при строительстве подземных сооружений осуществляют следующим образом.

Вокруг подземного сооружения на заданном от него расстоянии бурят скважины и устанавливают в них замораживающие колонки 7 с жидким хладоносителем, которые соединяют с резервуаром 7. Далее резервуар заполняют жидким хладоносителем и твердым криоагентом. В результате непосредственного взаимодействия твердого криоагента с хладоносителем происходит сублимация криоагента и интенсивное охлаждение хладоносителя. При этом газовую составляющую криоагента отделяют от жидкого хладоносителя посредством эжектора 6. Затем охлажденный хладоноситель поступает с помощью насоса 9 в замораживающие колонки, в которых он отбирает тепло от окружающего массива грунта и движется на повторное охлаждение. Циркуляцию хладоносителя по замораживающей сети осуществляют до образования ледогрунтового ограждения заданной толщины.

Данный способ позволяет уменьшить температуру хладоносителя до 70С за счет увеличения площади поверхности теплообмена хладоносителя с твердым криоагентом и обеспечить оптимальный режим работы замораживающей системы, исключив наличие газовой составляющей криоагента в жидком хладоносителе. Дальнейшее понижение температуры хладоносителя вызывает значительное повышение материальных затрат и негативно влияет на окружающую среду. При снижении температуры хладоносителя до 70С сроки замораживания грунтов при одинаковых гидрогеологических условиях уменьшаются в 2-3 раза по сравнению с известными способами замораживания грунтов с принудительной циркуляцией жидкого хладоносителя.

В качестве примера рассмотрим создание ледогрунтового ограждения при строительстве ствола диаметром 6 м при начальной температуре грунта 12С, его объемной влажности 35%, а также плотности 1800 кг/м³ и теплоемкости 0,3 ккал/(кгград). Расстояние между замораживающими колонками равно 1,1 м. В качестве хладоносителя использован трихлорэтилен (С₂НСl), а в качестве криоагента твердый диоксид углерода. При производительности насоса типа 2К-20/18 20 м³/ч на охлаждение хладоносителя от +15С до - 70С требуется 4 т/ч твердого диоксида углерода. После отбора тепла от окружающего массива грунта и повышения температуры хладоносителя на 3-5С осуществляют его охлаждение до температуры 70С посредством загрузки дополнительного количества твердого диоксида углерода 0,220 т/ч. Ледогрунтовое ограждение толщиной 1,2 м сформировано в течение 8 суток. Срок замораживания грунтов известными способами в аналогичных условиях при температуре хладоносителя 45C составляет 17,4 суток.

Таким образом, используя вышеописанный способ замораживания грунтов при строительстве подземных сооружений, срок замораживания грунтов уменьшается в 2,1 раза.

Источники информации

1. Шуплик М.Н., Месхидзе Я.М., Королев И.О. и др. Строительство подземных сооружений: Справочное пособие. М.: Недра, 1990, с.132-200.

2. Шуплик М.Н., Плохих В.А., Никифоров К.П., Киселев В.Н. Перспективы технологии замораживания грунтов в подземном строительстве. // Подземное пространство мира, №4, 2001, с.28-38 (прототип).