Способ замораживания водопроницаемых грунтов
Иллюстрации
Реферат
СПОСОБ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ВОДОПРОНИЦАЕМЫХ ГРУНТОВ, включающий нагнетание в грунт охлаждающей жидкости, имеющей температуру ниже 0°С, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса замораживания водопроницаемых грунтов, охлаждающую жидкость замещают жидкостью, температура замерзания которой выще температуры охлаждающей жидкости, а теплота льдообразования ниже теплоты льдообразования воды. . (Л 05 00 со со О5
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
1!2
Зс5Р Е 02 D 31Г
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3426921/29-33 (22) 23.04.82 . (46) 30.12.83. Бюл. № 48 (72) Д. И. Могилевский (53) 624.139.62 (088.8) (56) l. Авторское свидетельство СССР № 117243, кл. Е 21 D 1/12, 1958.
2. Авторское свидетельство СССР
¹ 654741, кл. Е 02 D 3/115, 1978.
3, Авторское свидетельство СССР № 697724, кл. Е 21 0 1/14, !977 (прототип).,.Я0„„1063936 А (54) (57) СПОСОБ ЗАМОРА)КИВАНИЯ
ВО,цОПРОНИЦАЕМЫХ ГРУНТОВ, включающий нагнетание в грунт охлаждающей жидкости, имеющей температуру ниже 0 С, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса замораживания водопроницаемых грунтов, охлаждающу|о жидкость замещают жидкостью, температура замерзания которой выше температуры охлаждающей жидкости, а теплота льдообразования ниже теплоты льдообразования воды.
1063936 с плотностью 1,2 — 1,203 кг/л и CaClq с плотностью 1,36 — 1,37 кг/л. Закачиваемая жидкость 7, обладая большей плотностью, чем охлаждающая жидкость 3, вытесняет последнюю по всему объему охлажденных грунтов в зоне 6, причем скорость фильтрации жидкости 7 должна быть такой, чтобы последняя до окончания нагнетания не за35 мерзл а.
После поступлейия жидкости 7 из труб 5 нагнетание и отбор ее прекращают. Прекратив дни>кение, жидкость 7, обладающаянизкой теплотой льдообразования, находя4> щаяся в зоне переохлажденных грунтов 6, замерзает, отбирая от них тепло и образуя при этом зону 8 замороженных грунтов.
Так как зона 6 охлажденных грунтов больше расположенной внутри нее зоны и одновременно температура в ней ниже температуры
,45 в зоне 8 замороженных грунтов, то значи, тельно уменьшается теплоприток. извне к зоне 8 замороженных грунтов, не допуская тем самым оттаивания последних.
Введение в охлажденные грунты жидкости с низкой скрытой теплотой льдообразования позволяет значительно ускорить процесс замораживания вследствие гораздо меньшей передачи тепла от скелета грунта к жидкости с малой теплотой льдообразования, чем к воде, поскольку скрытая теплота льдообразования воды 80 ккал/кг; а у растворов
NaC1 и СаСlа соответственно 50,4 и
50,8 ккал/кг при той же температуре замерзания, что и у воды.
Изобретение относится к строительству подземных сооружений в сложных гидрогеологических условиях под защитой ледогрунтовых ограждений, в частности к замораживанию грунтов посредством охлаждающей жидкости.
Известен способ замораживания грунтов, включающий нагнетание в грунт холодной воды, оттесняющей воду с повышенной температурой (1).
Недостатком данного способа является низкая эффективность вследствие возможного понижения температуры воды и грунта только до 0 С, тогда как основное время и затраты энергии идут на отбор теплоты льдообразования.
Известен также способ замораживания грунтов, в котором грунт предварительно пропитывают при помощи иглофильтров жидким материалом с температурой затвердения выше 0 С, например мазутами высоких марок, а затем в пропитанном грунте размещают колонки, заполненные хладагентом, при циркуляции которого происходит теплообмен между наружным воздухом и грунтом (2 .
Недостатком способа является использование сложной технологии, в том числе иглофильтров и замораживающих колонок.
Кроме того, замораживание грунта осуществляется путем теплопередачи от колонки к грунту, а не непосредственно от охлаждаюшей жидкости к грунту, в который она проникает. При этом грунт обрабатывается жидким материалом предварительно, что не позволяет после этого пропускать в него охла>кдающую жидкость, которая вытесняет замерзаемый жидкий материал.
Наиболее близким к предлагаемому является способ замораживания водопроницаемых грунтов путем нагнетания в грунт через скважины под давлением опережающей жидкости при температуре выше 0 С с одновременным отбором жидкости н оттесняемой ею воды через другие скважины, затем нагнетания охлаждающей жидкости, имеющей температуру ниже 0 С, и опережающей жидкости, причем обе жидкости должны быть нерастворимы в воде (3).
Недостатком известного способа является низкая скорость замораживайия грунта, обусловленная необходимостью замораживания грунтовых вод с большой теплотой льдообразования.
Цель изобретения — ускорение процесса замораживания водопроницаемых грунтов.
Указанная цель достигается тем, что согласно способу замораживания водопроницаемых грунтов, включающему нагнетание в грунт охлаждающей жидкости, имеющей .температуру ниже 0 С, охлаждающую жидкость замещают . жидкостью, температура замерзания которой выше температуры ох5 о 15
25 лаждающей жидкости, а теплота льдообразования ниже теплоты льдообразования воды.
На фиг. 1 изображен замораживаемый грунт при нагнетании в него охлаждающей жидкости; на фиг. 2 — то же, при замещении охлаждающей жидкости.
Способ осуществляют, следующим образом.
На первой стадии замораживания (фиг. 1) через перфорированные трубы 1, посаженные с помощью известных средств в грунт 2, закачивают охлаждающую жидкость 3 в виде максимально охлажденного эвтектического раствора соли, например NaC1, с температурой охлаждения — 24 С и плотностью
1,175 кг/л при CaCI с температурой охлаждения — 55 С и плотностью 1,286 кг/л. Жидкость 3, проходя через грунт 2, охлаждает его до заданной температуры. Одновременно начинают отбор «отработанной» охлаждающей жидкости 4 через перфорированные трубы 5. При прокачивании охлаждающей. жидкости 3 через грунт 2 в последнем образуется зона 6 переохлаждения.
На втором этапе замораживания (фиг. 2) через перфорированную трубу: в грунт 2 закачивают жидкость 7 с температурой замерзания 0 — (— 5) С и с низкой теплотой льдообразования, например растворы NaC1
1063936
Составитель Г. Гаврищук
Редактор Т. Мермелштейн Тех ред И. Вср«с Корректор А. Повх
Заказ!0437/32 Тираж 673 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета: СССР по делам изобретений и открытий
1 l 3035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, . 4
Известно, что при заморажнванйи воды наибольшее время затрачивается на отнятие скрытой теплоты льдооб разо в а н и я. Так, соотношение периодов замораживания воды выражается как 24.2а.Ха=2:20:1, где 2»вЂ” период охлаждения воды от начальной температуры до температуры замерзания; Ха— период отдачи скрытой теплоты водой при ее замерзании; Ез — период охл аждения льда от температуры замерзания до заданной температуры.
Следовательно, введение жидкости со скрытой теплотой льдообразования
50.ккал/кг после охлаждения массива грунтов до необходимых температур позволяет ,сократить самый длительный период (Z ) отдачи скрытой теплоты льдообразования жидкостью (Я -.100% =40%), а следовательно, и время замораживания массива по сравнению с замораживанием водонасыщенных грунтов при скрытой теплоте льдообразования воды 80 икал/кг.
Использование предлагаемого способа позволяет сократить время замораживания1 обеспечить одновременность замораживаний грунтов по всему объему, получить одинако- вые температуры в замороженном массиве грунтов, уменьшить теплоприток к заморо-. женному грунту, что увеличивает срок его, службы.
Способ легко реализуется, так как для него не требуются дорогие и дефицитные. жидкости, не смешивающиеся с водой (в качестве охлаждающей и замерзаемой жидкостей применяются широко распространенные растворы NaCl u СаС1а разных плотностей),: и может быть применен для быстрого создания ледогрунтовых завес как линейных, так и по замкнутому контуру вЬкруг выработок.