冻结法施工讲解

压缩机：将饱和蒸汽氨（近似绝热）压缩为高温高压的过热 蒸汽氨； 冷凝器：将过热蒸汽氨等压冷却为高压常温液态氨(+q)； 节流阀：将高压常温液态氨转变为低压液态氨； 蒸发器：将低压液态氨等压蒸发为饱和蒸汽氨(-q)。
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汽氨1压缩成为 高压高温的过热蒸汽氨2，使与冷却水产生温差，在冷 凝器中将热量传递给冷却水（等压），同时过热蒸汽氨 冷凝成液态氨3，实现气态到液态的转变。液态氨经节 流阀高压液态氨变为低压液态氨4（等焓），进入蒸发 器中蒸发，再吸收其周围盐水中之热量(地热)变为饱和 蒸汽氨，周而复始，构成氨循环系统。
以上四项称为一级压缩制冷系统的四个热参数。
1.2、实际制冷能力பைடு நூலகம்算
三大循环与实际循环过程有一定差异。在氨循环中，压 缩并非等熵过程。冷凝和蒸发过程与环境之间有温差，非 等压且是不可逆过程。节流过程也并非可逆过程。同时， 由于汽缸余隙，制冷工质存在着流量和压头损失。因此， 实际压缩功大于理论功，实际输气量小于汽缸理论容积。
(如软土、含水不稳定土层、流砂、高水压及高地压地层)条 件下冻结技术
有效、可行； (3) 灵活性好，可以人为地控制冻结体的形状和扩展范围，必要时可以绕 过地下障碍物进行冻结； (4) 可控性较好，冻结加固土体均匀、完整； (5) 经济上较合理。
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，在其保护下进行挖砌施工。
1、冻结法的实质： 利用人工制冷临时改变岩土性质以固结地层。 2、冻结法的特点： 能有效隔绝地下水；适用性强，几乎不受地层条件限制； 灵活性好；污染性小；经济合理。
二、概述
1、 冻结法的起源与发展
人工制冷技术的发展和应用，产生了工程冻结。 1862年，英国南威尔士在建筑基础施工中，首先使用了 人工制冷加固土壤。 1883年，德国工程师波茨舒(F.H.Poetsch)在德国阿尔 巴里德煤矿用冻结法开凿了深度103m的井筒，并获专利。 1955年，我国在开滦林西风井开始使用冻结法凿井，冻 结深度105m。
• 盐水循环
• 该循环系统由盐水箱、盐水泵、去路盐水干管、 配液圈、 冻结器、集液圈和回路盐水干管组成。
• 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。根据工程需要可采用 正、反两种盐水循环系统，正常情况下用正循环 供液。 在制冷过程中起着冷量传递作用。
2 二级压缩制冷
问题的提出
随着冻结深度的增加，要求更低的盐水温度。通常，一级 压缩若使用氨作为制冷工质时，经济蒸发温度只能达到-25℃ 左右，目前深井冻结一般要求经济蒸发温度达到-25 ℃~-35 ℃，一级压缩制冷便无能为力了。
一级压缩制冷压缩机受力部件强度受压力差的限制。一般 规定，以氨或氟利昂F22为制冷工质时，压缩机的压力差pkp0≤1.37MPa；压缩比pk/p0≤8，否则排气温度过高，有可能引 起润滑油碳化，使压缩机无法正常运行。
基于上述原因，必须采用二级压缩制冷。
2.1、二级压缩制冷原理
二级压缩制冷原理和空压机的二级压缩原理一样，它是在 低压机和高压机之间增加了一个中间冷却器，用以保证压缩 机有一个正常运行工况，保证压差和压缩比不超过允许值。
中间冷却器的功能：冷却低压机排出的过热蒸汽氨，使之 变成具有中间压力(即中间温度)的饱和蒸汽氨以利于高压机 吸收。使本来采用一级压缩制冷大于8 的压缩比，分为两个 小于8的一级压缩。
2、我国冻结法使用现状
自1955年以来，冻结法凿井技术逐步发展到 东北、华北、华东及河南等地区，冻结冲积层厚 度由浅到深，水文地质条件由较复杂到复杂。
目前全国冻结井筒的数量已超过600多个，冻 结深度由最初的105m发展到800m，有的井筒已 实现全深冻结，做到井筒开挖无需排水设施。地 铁等城镇建设50多处、累积冻结长度超过140公 里、冻结冲积层（Q+N含水的软岩、土、砂地层） 厚度587.4m、冻结最深已达到800m。
冻结法施工技术简介
部门：生产技术部 作者：白向斌
第1章 冻结法概述
一、冻结法的实质与特点
冻结法的全称为人工地层冻结技术（Artificially ground freezing method）这种方法利用人工制冷的方法， 将低温介质送入地层，使地层中的水冻结成冰，从而使土层 的强度增大，地下水得到控制的地基临时性处理方法。
3、冻结法优点——环境友好的施工方法 冻结只是临时改变岩土的承载、密封性能，为构筑新的地下空 间服务，施工完成后，根据需要可拔除冻结管，冻土将解冻融 化，土将逐渐恢复到未冻结状态。
冻结法不污染环境，是“绿色”施工方法
冻结法具备的优点：
(1) 安全性好，可有效的隔绝地下水； (2) 适应面广，适用于任何含一定水量的松散岩土层，在复杂水文地质
三大循环系统：盐水循环、氨循环和冷却水循环。制 冷三大循环构成热泵，其功能是将地层中的热量通过压缩 机排到大气中去。
第2章 蒸气压缩制冷
1、一级压缩制冷 2、二级压缩制冷 3、制冷工质与冷媒剂 4、制冷设备 5、冻结系统
1、一级压缩制冷
一级压缩制冷原理 一级压缩制冷由三大循环构成：氨循环、盐水循环和冷却 水循环。
冷却水循环
冷却水把氨蒸汽中的热量释放给大气。冷却水温 度越低，制冷系数就越高，冷却水温一般较氨的 冷凝温度低5~10℃。冷却水由水泵驱动，通过冷 凝器进行热交换，然后流入冷却塔再入冷却水池， 冷却后的循环水应随时由地下水补充。
热参数
等压蒸发：单位理论制冷量q0=h1-h4 等熵压缩：单位理论压缩功l0=h2-h1 等压冷凝：单位冷凝热量qk=h2-h3=q0+l0 制冷系数：ε0=q0/l0=(h1-h4)/(h2-h1)表示单位压缩理论功所能 制取的冷量，反应系统制冷效率。