本實用新型涉及一種地下工程凍結(jié)施工實訓(xùn)裝置，適用于巖土工程模擬施工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

凍結(jié)法施工技術(shù)，就是在地下工程施工當(dāng)中，利用人工制冷技術(shù)把土壤中（或裂隙巖層中）的水凍結(jié)成冰，形成凍土帷幕結(jié)構(gòu)體來抵抗水土壓力（或封堵地下水力通道），以保證地下工程施工的順利進(jìn)行。作為一種成熟的施工方法，凍結(jié)法施工技術(shù)在國際上被廣泛應(yīng)用于城市地下工程和煤礦建設(shè)中。

凍結(jié)法施工效果的影響因素較多。自然因素包括土質(zhì)，土層含水量，土中含鹽量等。設(shè)計因素有凍結(jié)管直徑、凍結(jié)管間距、鹽水溫度等。以上各因素對凍結(jié)壁厚度和凍結(jié)時間均有影響。

目前，用于教學(xué)的凍結(jié)法施工裝置多為演示模型，結(jié)構(gòu)簡單，不具備凍結(jié)試驗和研究的功能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種研究凍結(jié)效果與凍結(jié)管路布置、凍結(jié)時間、土層含水量、土層含鹽量等參數(shù)之間關(guān)系的模擬施工實訓(xùn)裝置。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型采取的技術(shù)方案為：一種地下工程凍結(jié)施工實訓(xùn)裝置，包括若干段內(nèi)鋼筒和一體式外鋼筒，模擬土層位于所述內(nèi)鋼筒和所述外鋼筒之間的空腔里；所述外鋼筒下端通過井壁環(huán)形擋板固定在下支承筒體上，所述下支承筒體內(nèi)側(cè)壁面安裝有支座，所述支座上安裝有井壁支承千斤頂，所述內(nèi)鋼筒穿過導(dǎo)向環(huán)后支撐在所述井壁支承千斤頂上；所述外鋼筒上端固定有反力架耳環(huán)，所述反力架耳環(huán)中間安裝有井壁下移千斤頂，所述井壁下移千斤頂通過反力下梁推動每段所述內(nèi)鋼筒向下運(yùn)動；所述模擬土層內(nèi)設(shè)有若干凍結(jié)孔，所述凍結(jié)孔內(nèi)安裝有凍結(jié)管，環(huán)形水管位于所述模擬土層的上端，所述模擬土層內(nèi)還設(shè)有溫度傳感器。

上述方案中，所述內(nèi)鋼筒和所述外鋼筒之間的空腔設(shè)置有若干塊隔板，每相鄰兩塊所述隔板之間放置有不同類型的模擬土層。

上述方案中，所述反力架耳環(huán)的下方還設(shè)有反力上梁，所述反力上梁上固定有若干土層壓力補(bǔ)償千斤頂，所述土層壓力補(bǔ)償千斤頂通過承力板與所述模擬土層接觸。

上述方案中，與所述井壁下移千斤頂接觸的一段內(nèi)鋼筒為帶有視窗口的內(nèi)鋼筒。上述方案中，所述環(huán)形水管的入口與連接在外鋼筒上的水平供水管連接，所述凍結(jié)管的入口與連接在外鋼筒上的供液管連接，所述凍結(jié)管與位于在所述模擬土層內(nèi)的集液圈連接。。

上述方案中，所述下支承筒體上開有進(jìn)人口。

上述方案中，所述外鋼筒通過外筒連接法蘭連接呈一體。

上述方案中，所述反力架耳環(huán)通過反力架法蘭連接在所述外鋼筒上的上支承蓋上。

本實用新型的有益效果：1） 通過設(shè)置模擬的凍結(jié)施工裝置，可以揭示凍結(jié)體形成過程；2） 利用本發(fā)明的模擬凍結(jié)施工裝置，可以改變不同的環(huán)境條件，來揭示凍結(jié)效果與凍結(jié)管路布置、凍結(jié)時間、土層含水量、土層含鹽量等參數(shù)之間的關(guān)系。

附圖說明

為了使本實用新型的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實施例并結(jié)合附圖，對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明裝置的主視圖。

圖2為本發(fā)明裝置的俯視圖。

圖3為圖1中A-A的剖面圖。

圖4為支護(hù)前的凍結(jié)壁結(jié)構(gòu)圖。

圖5為支護(hù)后的凍結(jié)壁結(jié)構(gòu)圖。

圖6為本發(fā)明開有視窗孔的普通鋼制內(nèi)鋼筒的俯視圖。

圖7為圖6中B-B剖面圖。

圖中：1-反力架耳環(huán)；2-反力上梁；3-井壁下移千斤頂；4-反力下梁（十字）；5-反力架法蘭；6-上支承蓋；7-集液圈；8-模擬土層；9-外鋼筒；10-凍結(jié)孔；11-隔板；12-外筒連接法蘭；13-凍結(jié)管；15-下支承筒體；16-導(dǎo)向環(huán)；17-井壁支承千斤頂；18-支座；19-井壁環(huán)形擋板；20-供液管；22-環(huán)形水管；23-水平供水管；24-進(jìn)人口；25-視窗口；26-土層壓力補(bǔ)償千斤頂；27-承力板；28-溫度傳感器；29-內(nèi)鋼筒。

具體實施方式

如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明的一種地下工程凍結(jié)施工實訓(xùn)裝置包括若干段內(nèi)鋼筒29和一體式外鋼筒9，模擬土層8位于所述內(nèi)鋼筒29和所述外鋼筒9之間的空腔里；其中，所述內(nèi)鋼筒29和所述外鋼筒9之間的空腔設(shè)置有若干塊隔板11，每相鄰兩塊所述隔板11之間可以放置有不同類型的模擬土層8。所述外鋼筒9通過外筒連接法蘭12連接呈一體。所述外鋼筒9下端通過井壁環(huán)形擋板19固定在下支承筒體15上，所述下支承筒體15上開有進(jìn)人口24。所述下支承筒體15內(nèi)側(cè)壁面安裝有支座18，所述支座18上安裝有井壁支承千斤頂17，所述內(nèi)鋼筒29穿過導(dǎo)向環(huán)16后支撐在所述井壁支承千斤頂17上；其中，與所述井壁下移千斤頂3接觸的一段內(nèi)鋼筒29上開有視窗口25（見附圖圖6及圖7所示）。其他段的內(nèi)鋼筒為普通鋼制內(nèi)鋼筒，上面不開視窗口。所述外鋼筒9上端固定有反力架耳環(huán)1，其具體連接方式為：所述反力架耳環(huán)1通過反力架法蘭5連接在所述外鋼筒上的上支承蓋6上。所述反力架耳環(huán)1中間安裝有井壁下移千斤頂3，所述井壁下移千斤頂3通過反力下梁4推動每段所述內(nèi)鋼筒29向下運(yùn)動；所述反力架耳環(huán)1的下方還設(shè)有反力上梁2，所述反力上梁2上固定有若干土層壓力補(bǔ)償千斤頂26，所述土層壓力補(bǔ)償千斤頂26通過承力板27與所述模擬土層8接觸。所述模擬土層8內(nèi)設(shè)有若干凍結(jié)孔10，所述凍結(jié)孔10內(nèi)安裝有凍結(jié)管13，所述凍結(jié)管13的入口與連接在外鋼筒9上的供液管20連接，所述凍結(jié)管13與位于所述模擬土層8內(nèi)的集液圈7連接，所述凍結(jié)管13內(nèi)的冷媒體與模擬土層8進(jìn)行熱交換后返回到集液圈7。環(huán)形水管22位于所述模擬土層8的上端，所述環(huán)形水管22的入口與連接在外鋼筒9上的水平供水管23連接，所述模擬土層8內(nèi)還設(shè)有溫度傳感器28。

本實用新型提供的凍結(jié)施工模擬裝置的操作原理如下：（1）在內(nèi)鋼筒29和所述外鋼筒9之間的空腔里裝填模擬土層8。具體講，由隔板11分開的三個部分裝填不同性狀的模擬土層。模擬土層內(nèi)布置凍結(jié)管、環(huán)形水管和溫度傳感器等。土層由下往上分層裝填，內(nèi)部分段的內(nèi)鋼筒（相當(dāng)于鋼制組合井壁）隨土層加高也相應(yīng)加高。模擬深部土體時，在土層裝填滿之后，用土層壓力補(bǔ)償千斤頂對土層加壓。（2）給土層供水到設(shè)計含水量，輸送循環(huán)冷凍液到凍結(jié)管。

（3）記錄溫度傳感器數(shù)據(jù)，判斷土層凍結(jié)情況。（4）工作人員從進(jìn)人口24進(jìn)入，通過開有視窗口的內(nèi)缸筒可以觀察不同部位不同模型處的井壁凍結(jié)情況。（5）凍結(jié)完畢后，移除井壁支承千斤頂17并用井壁下移千斤頂3推動最上面的內(nèi)鋼筒，則所有內(nèi)缸筒帶動帶有視窗口的內(nèi)鋼筒緩慢下移，模擬凍結(jié)井筒開挖（詳見圖4）。在模擬凍結(jié)井筒開挖過程中，視下移情況，在帶有視窗口的缸筒上面不斷接長普通缸筒并不斷下移，模擬井筒支護(hù)（詳見圖5）。

以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。