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第1章 冻结法 第一节 概述 第二节 蒸气压缩制冷 第三节 冻结法施工 第四节 冻结方案 第一节 概 述 一、冻结法的实质与适用条件 冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁的保护下进行井筒或地下工程掘砌施工的特殊施工技术。 其实质是利用人工制冷临时改变岩土性质以固结地层。 第一节 概 述 适用条件： 冻结法广泛用于矿井建设、地基基础、水利工程、地下铁道、河底隧道等工程。 冻结法在矿井建设中多用于立井的开凿、也用于其它地下工程的不稳定地层或含水极丰富的裂隙岩层施工。通常，当地下水含盐量不大，且地下水流速较小时(流速v＜17*l0-3m／s)，均可使用冻结法。井筒直径大小和深度基本上不受限制. 第一节 概 述 二、冻结法的发展概况 冻结深度是冻结法凿井施工技术高低的一个重要标志。目前，各主要使用冻结法凿井国家的最大冻结深度见下表。 第一节 概 述 第一节 概 述 岩土工程冻结制冷技术通常是利用物质由液态变为气态，即气化过程的吸热现象来完成的。其制冷系统多以氨作为制冷工质。为了使氨由液态变为气态，由气态又变为液态，如此循环进行，整个制冷系统由三大循环构成：氨循环系统、盐水循环系统、冷却水循环系统。这种制冷系统可获－35℃左右的低温盐水。 第一节 概 述 三、冻结法凿井原理 立井冻结凿井是利用传统的氨循环制冷技术来完成的。它是在井筒开挖之前，用人工制冷的方法，将井筒周围含水地层冻结成一个封闭的不透水的帷幕——冻结壁，用以抵抗地压、水压、隔绝地下水与井筒之间的联系。而后，在其保护下进行掘砌施工。 形成冻结壁是冻结法凿井的中心环节，是岩层冷冻的结果。人工制冷是通过冻结站的氨循环系统、盐水循环系统和冷却水循环系统来实现的。 第一节 概 述 第一节 概 述 2、氨循环 吸收了地层热量的盐水，在盐水箱内将热量传递给蒸发器中的液氨，使液氨变为饱和蒸气氨，再被氨压缩机4压缩成过热蒸气进入冷凝器7冷却，将地热和压缩机产生的热量传递给冷却水，最后这些热量传给大气。高压液氨从冷凝器7经贮氨器8、经节流阀11流入蒸发器2，液氨在蒸发器中气化吸收周围盐水的热量，这一循环称作氨循环，是制冷循环的主体。 第一节 概 述 3、冷却水循环 冷却水一般由水泵抽到地面储水池，然后送到冷凝器中吸收过热蒸气氨的热量，使其变成液态氨。吸热后的水一部分冷却后又循环使用，另一部分被排走。 第一节 概 述 制冷三大循环系统构成热泵，其功能是将地层中的热量通过压缩机排到大气中去。 第一节 概 述 由于地热在热泵作用下传递给大气使井筒地层降温、冻结形成冻结壁。人们在它的保护下进行掘砌施工，以安全穿过含水地层，这就是冻结法凿井。冻结法凿井主要工艺过程包括：冷冻站安装、钻孔施工、井筒冻结和井筒掘砌四大内容。 优点：适应于各种复杂地质和水文条件。 缺点：技术复杂、设备多、施工期长、成本高。 第一节 概 述 随着空分技术的发展，大量的制氧副产品氮气经过液化得到的液氮已被利用到实用的工业领域和国民经济部门。液氮固有的理化性质，使之成为一种比较理想的制冷工质。液氮无色、透明，稍轻于水，其外貌酷似于水。它惰性很强，没有用蚀性、对震动、热和电火花是稳定的，可能产生的危害是冻伤和窒息。 第一节 概 述 第二节 蒸气压缩制冷 一、一级压缩制冷 1、氨循环系统。 氨循环在制冷过程中起主导作用，为了使地热传递给冷却水再释放给大气，必须将蒸发器中之饱和蒸气氨压缩成为高压高温的过热蒸气，使与冷却水产生温差，在冷凝器中将热量传递给冷却水，同时过热蒸气氨冷凝成液态氨，实现气态到液态的转变。液态氨经节流阀降压流入蒸发器中蒸发，再吸收其周围盐水中之热量（地热）变为饱和蒸气氨。如此，周而复始，构成氨循环。氨循环系统设备由蒸发器、氨压缩机、冷凝器和节流阀构成。 第二节 蒸气压缩制冷 第二节 蒸气压缩制冷 2、盐水循环。 盐水循环在制冷过程中起着冷量(或热量)传递作用。该循环系统由盐水箱、盐水泵、去路盐水干管、配液圈、冻结器、集液圈及回路盐水干管组成。盐水泵是驱动盐水流动之动力。冻结器是低温盐水与地层进行热交换的换热器，盐水流速越快，换热强度就越大。冻结器由冻结管、供液管和回液管组成