Способ замораживания грунтов при строительстве подземных сооружений

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при строительстве подземных сооружений. Способ замораживания грунтов при строительстве подземных сооружений включает бурение скважин с установкой в них замораживающих колонок с жидким хладоносителем, которые соединяют с резервуаром, заполненным твердым криоагентом с обеспечением циркуляций охлажденного жидкого хладоносителя и выделения газовой составляющей криоагента. Новым является то, что резервуар заполняют жидким хладоносителем с обеспечением непосредственного взаимодействия в резервуаре жидкого хладоносителя и твердого криоагента и отделения газовой составляющей от жидкого хладоносителя. Технический результат изобретения состоит в снижении температуры хладоносителя и уменьшении сроков замораживания грунтов. 1ил.

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... -50°С. 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 70°С 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 70°С 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 12°С, его объемной влажности 35%, а также плотности 1800 кг/м³ и теплоемкости 0,3 ккал/(кг×град). 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 +15°С до - 70°С требуется 4 т/ч твердого диоксида углерода. После отбора тепла от окружающего массива грунта и повышения температуры хладоносителя на 3-5°С осуществляют его охлаждение до температуры 70°С 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 45°C 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).

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.

РИСУНКИРисунок 1