Устройство для замораживания грунтов при строительстве подземных сооружений

Использование: Устройство относится к горной промышленности и может быть использовано при строительстве подземных сооружений. Сущность технического решения: устройство для замораживания грунтов при строительстве подземных сооружений включает резервуар, заполненный хладоносителем, замораживающие колонки, выполненные в виде труб и соединенные посредством трубопроводов с резервуаром, и насос, обеспечивающий циркуляцию хладоносителя по системе охлаждения. Наружная поверхность каждой замораживающей колонки выполнена с оребрением, расположенным по винтовой линии с углом навивки, равным =60°80°, и с заданной высотой ребра. В нижней части каждой замораживающей колонки выполнен конический наконечник. Данное устройство позволяет повысить теплообмен между массивом грунта и замораживающими колонками в 1,41,6 раза при одновременном уменьшении сроков замораживания грунтов в 1,21,3 раза и затрат по установке колонок в 2 раза.

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

Известно устройство для замораживания грунтов при строительстве подземных сооружений, содержащее замораживающие колонки, установленные в пробуренные ранее скважины, холодильную установку и систему для циркуляции хладоносителя по замораживающим колонкам [1].

Недостатком этого устройства является необходимость бурения скважин для установки замораживающих колонок, что увеличивает сроки замораживания грунтов и материальные затраты на проведение работ по бурению скважин.

Известно устройство для замораживания грунтов при строительстве подземных сооружений, содержащее резервуар, заполненный хладоносителем, замораживающие колонки, выполненные в виде труб и соединенные посредством трубопроводов с резервуаром, и насос для подачи хладоносителя в колонки [2]. Это устройство взято нами в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является также необходимость бурения скважин и размещение в них замораживающих колонок, которые расположены в обсадной трубе и находятся с некоторым зазором относительно стенок скважин, что уменьшает теплообмен между окружающим грунтом и замораживающими колонками.

Задачей данного технического решения является повышение теплообмена между массивом грунта и замораживающими колонками за счет обеспечения непосредственного контакта колонок с грунтом при одновременном уменьшении сроков замораживания грунтов и затрат по установке колонок в грунт.

Это достигается тем, что в устройстве для замораживания грунтов при строительстве подземных сооружений, содержащем резервуар с отверстиями для ввода и вывода хладоносителя, замораживающие колонки, выполненные в виде труб и соединенные посредством трубопроводов с резервуаром, и насос для подачи хладоносителя в колонки, наружная поверхность каждой замораживающей колонки выполнена с оребрением, расположенным по винтовой линии с углом навивки, равным =60°80° и с заданной высотой ребра. Кроме того, в нижней части каждой замораживающей колонки выполнен конический наконечник.

На чертеже показана принципиальная схема устройства для замораживания грунтов при строительстве подземных сооружений.

Устройство включает резервуар 1 с входным и выходным отверстиями 2, 3 для подачи и вывода хладоносителя 4, в качестве которого используют, например, водный раствор хлористого кальция, замораживающие колонки 5, соединенные с резервуаром посредством трубопроводов 6, и насос 7 для подачи хладоносителя в колонки, установленный на выходе резервуара. На наружной поверхности каждой замораживающей колонки 5 выполнено оребрение 8, расположенное по винтовой линии с углом навивки, равным =60°80°, и высотой ребра, равной h=1016 мм. В нижней части каждой замораживающей колонки выполнен конический наконечник 9. При этом выбор величины угла винтовой навивки и высоты ребра обусловлены физико-механическими свойствами грунта, в который колонки устанавливаются, требованиями обеспечения необходимой прочности замораживающих колонок, а также необходимостью увеличения теплообмена между колонками и окружающим их грунтом.

Устройство для замораживания грунтов при строительстве подземных сооружений работает следующим образом.

Для замораживания грунтов каждую колонку с наконечником в нижней части и винтовым оребрением на наружной поверхности погружают в грунт до проектной отметки при одновременном вращении и вдавливании ее в грунт. В результате такого погружения образуется скважина с уплотненной грунтовой стенкой, непосредственно контактирующей с наружной поверхностью замораживающей колонки 5. Затем хладоноситель подают с помощью насоса 7 в замораживающие колонки 5, в которых он отбирает тепло от окружающего грунта и движется на повторное охлаждение. Циркуляцию хладоносителя от резервуара 1 через трубопроводы 6 и колонки 5 повторяют до образования ледогрунтового ограждения заданной толщины.

Данное устройство позволяет повысить теплообмен по сравнению с прототипом в 1,41,6 раза за счет обеспечения непосредственного контакта колонок с окружающим грунтом, а также за счет увеличения размера контактирующей поверхности колонки с грунтом. Выполнение оребрения на наружной поверхности колонок позволяет увеличить прочность замораживающих колонок. При этом данная конструкция обеспечивает уменьшение сроков замораживания грунтов и затрат по установке колонок соответственно в 1,21,3 раза и в 2 раза за счет исключения бурения скважин для замораживающих колонок.

Настоящее устройство промышленно применимо. Вышеуказанные показатели подтверждены проведенными испытаниями в промышленных условия ОАО «Горнопроходческих работ» 1 г.Москвы.

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. Насонов И.Д., Федюкин В.А. и Щуплик М.Н. книга ч.III Технология строительства подземных сооружений. М. Недра, 1983, с.119 (прототип).

1. Устройство для замораживания грунтов при строительстве подземных сооружений, содержащее резервуар с отверстиями для ввода и вывода хладоносителя, замораживающие колонки, выполненные в виде труб и соединенные посредством трубопроводов с резервуаром, и насос для подачи хладоносителя в колонки, отличающееся тем, что наружная поверхность каждой замораживающей колонки выполнена с оребрением, расположенным по винтовой линии с углом навивки, равным =6080°, и с заданной высотой ребра.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нижней части каждой замораживающей колонки выполнен конический наконечник.