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（中煤矿山建设集团冻结工程处，安徽淮北235044）
摘 要介绍了笔者近年来在冻结工程施工中开展的几项技术研究，包括冷冻站氨系统安装的创新及其集装化方案，山体富水软土隧道施工中冻结支护，热虹吸蒸发器应用与创新，马鞭山铁矿硬岩快速造孔技术的研究，并提出有利于建立比较分析冻结壁发展的测温点布置原则和适合冻结造孔技术要求的钻机构思等，对冻结工程施工中技术创新有借鉴价值。
关键词冷冻站；氨系统安装；集装化；冻结支护；热虹吸蒸发器
中图分类号TU文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)092-0135-01
1996年后，笔者借助中煤矿建冻结工程处这个平台，致力于冻结工法产业链各环节技术发展、设备制造知识的拓展和实践探索，不断推进相关技术的创新，为企业冻结制冷技术处于行业领先发挥重要作用。现谈谈几项关键技术应用的体会和经验。
1冷冻站技术改进
1.1氨系统安装的创新
经过对济西矿主、副井冷冻站运转参数的深入分析，首次在刘庄矿西区二井筒冷冻站，主导设计采用分组（每组：二台高压机、二台低压机、二台中冷器、一台高压油冷贮液桶、二台蒸发式冷凝器、四台盐水箱蒸发器）安装、运转的创新。实现安装工程量减少40%，每组节省Φ150氨阀4只、Φ200氨阀2只、Φ100氨阀6只，安装成本下降36%。对高压系统工艺管道革新，首次实现运转中不停车放空气，保证冷凝压力始终与冷凝温度对应压力保持一致，彻底克服原系统冷凝压力超过1.5Mpa安全值现象的发生；降低高压机电机电流达10%；确保螺杆压缩机油冷效率最佳；创造运转6天盐水温度降到-20℃的新纪录，为冻结壁快速交圈提供条件，减少氨的漏点及补充氨环节，降低危险源等级，提升系统的安全性，该项创新已在中煤矿山集团内全面推广应用。
1.2冷冻站集装化方案
依据冻结施工流动性大周期短的特点，冻结壁形成及维护对制冷量需求在时间坐标上变化大的规律，为充分发挥设备利用率，结合方便整体运输和实现氨系统现场安装不用电焊的理念，独立构思完成中冷器结构创新，将蒸发器、中冷器、高、低压螺杆压缩机、配电系统集装在一个高2.6m，宽2.2m，长8m的框架底盘内，连接固定所有设备、管道、电控，形成一个“双级压缩，两液面自动控制”，-30℃盐水40万大卡的机组集成模块，蒸发式冷凝器位于模块的上方，采用定位式管道螺丝连接，实现无冷冻站厂房，方便增减机组模块快速组合，达到真正意义节能高效制冷系统，为进一步降低冻结工法成本，拓展应用领域提供制冷设备支撑。另主导设计冷冻站变配电设备分组集装化和35kV临时变电所集装化方案。减少制冷配电安装工作量70%、运输损失降为0、安装成本下降76%、取代传统变电房土建投入、大大缩短工期；提高配电系统的安全性和可靠性；达到电工人员效率最大化。
2山体富水软土隧道施工中冻结支护
山体富水软土隧道施工采用冻结工法进行临时支护技术，就处理技术特性、处理方法及工艺创新做全面研究，并由此研究冻结工法在水利工程中的适用范围。该技术特点：1）适应于各种复杂地质及水文地质条件下的任何含水地层的土层加固，基本不受基坑形式、平面尺寸和深度的影响。2）支护结构灵活、易控制。可根据不同地质条件、环境及场地条件灵活布置冻结孔、调节盐水的温度，从而获得高质量的冻结支护体。3）隔水性好，可靠性强、风险小。它本身就是地下水的控制系统，防渗性能是其它施工方法无法相比的。由于冻结支护体可有效地隔绝地下水通道，并具有较高的承载能力，为隧道的施工创造了良好的条件，可把隧道的整个衬砌结构的施工处在一个与其它地层隔绝的封闭走廊内，确保了隧道施工的施工质量和施工安全。4）对环境影响小，它充分利用土体自身的特点，材料是土体本身，对地下水及周围环境无污染，冻结支护解冻后，地下土层恢复原状，对水资源和城市地下水环境的保护极为有利。5）施工中冻土的融沉对地面影响较小，对隧道衬砌结构的影响可通过地基处理等技术措施加以解决。而且整个工艺较简单，施工方便，工程造价低。
冻结工法具体应用于水平隧道的冻结支护和封水，地下泵站施工的冻结临时支护和封水，交通建筑中水下基坑及桥梁基础施工的冻结支护，市政工程地下结构施工封水及临时支护，地铁车站及街区明挖施工的冻结临时支护和封水，其他各类地下建筑基坑的冻结加固以及煤矿斜井施工的冻结封水及临时支护等方面。随着社会的发展，技术要求的提高，冻结工法施工特别在建筑基础、地铁等领域应用具有不可替代的
价值。
3热虹吸蒸发器应用与创新
主导完成热虹吸蒸发器设计及试验的全过程，提出符合冻结制冷要求结构与重点环节的设计方案。同生产厂合作完成16台热虹吸蒸发器的制造，首次在山东李堂矿主、副井冷冻站采用。与原盐水箱蒸发器的比较：降低冷损失90%；占地面积减少3/4；固定盐水用量减少80%；制冷成本下降5%；液面控制失效得到解决。通过内蒙古塔然高勒矿主井冷冻站进一步改进热虹吸结构，完善液面控器的不足，在霍邱县付老庄铁矿主、副井冻结施工中，首次实现冷冻站井筒冻结全过程热虹吸蒸发器自动供液的目标，制冷成本下降15%～20%。为确保热虹吸蒸发器发挥效率，独立设计、冻结处机厂制造的冷热盐水集配器及盐水有效量化操控系统，克服人为因素影响制冷工况；创造运转4天盐水温度降到-25℃的新纪录，为-35℃以下盐水温度获得提供保证，满足深厚表土层的冻结需要。该产品现已推广到啤酒酿制行业。
4其他创新技术
4.1提出有利于建立比较分析冻结壁发展的测温点布置原则
针对济西主、副井冻结壁测温点布置方式及相关数据的研究分析，创新性提出有利于建立比较分析冻结壁发展测温点布置原则，并在刘庄矿西区二个井筒冻结壁测温点布置中采用。通过二个井筒冻结壁降温过程实测不同地层温度变化分析，首次发现冻结造孔扰动地层程度对冻结壁交圈的影响范围——设计46天冒水的冻结壁推迟到84天才冒水，获得对冻结造孔泥浆质量要求依据的工程实例，具有冻结工法过程控制的指导意义。
4.2马鞭山铁矿硬岩快速造孔技术的研究
结合现有钻机特点，集国内相关技术装置试验，主导选择液动潜孔锤的技术方案，对泥浆净化系统进行设备化集成创新性改造，实现快速穿越硬岩，效率提高一倍，为冻结工法拓展应用领域提供工程实例和技术支撑，实现不同地层泥浆质量控制的机械化程度，为国内首创。
4.3适合冻结造孔技术要求的钻机构思
因现有施工钻机的设计依据，是以方便勘探作业为目的，市场上没有真正适合冻结造孔质量要求的钻机设备。主要原因是：冻结造孔市场份额小，要求垂直度高，孔壁稳定。经调研分析，结合冻结造孔特点，主导完成以保证冻结器下放质量为目标的钻架结构和高度设计方案；以防偏为主，达到钻具结构优化后顺利提下的回转结构；以自动衡压给进、匀速给进的绞车系统的组合集成方案构思。为冻结工法的进步与拓展提供关键的设备技术支撑。
参考文献
[1]变频调速技术在净水厂应用[J].变频器世界,1999,12.
[2]广州地铁集中供冷初步设计及施工图设计.
[3]王万达.地热供暖设计要点[J].暖通空调新技术,1999,1.
[4]范瑾初,严煦世,主编.给水工程(第4版)[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.
摘 要介绍了笔者近年来在冻结工程施工中开展的几项技术研究，包括冷冻站氨系统安装的创新及其集装化方案，山体富水软土隧道施工中冻结支护，热虹吸蒸发器应用与创新，马鞭山铁矿硬岩快速造孔技术的研究，并提出有利于建立比较分析冻结壁发展的测温点布置原则和适合冻结造孔技术要求的钻机构思等，对冻结工程施工中技术创新有借鉴价值。
关键词冷冻站；氨系统安装；集装化；冻结支护；热虹吸蒸发器
中图分类号TU文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)092-0135-01
1996年后，笔者借助中煤矿建冻结工程处这个平台，致力于冻结工法产业链各环节技术发展、设备制造知识的拓展和实践探索，不断推进相关技术的创新，为企业冻结制冷技术处于行业领先发挥重要作用。现谈谈几项关键技术应用的体会和经验。
1冷冻站技术改进
1.1氨系统安装的创新
经过对济西矿主、副井冷冻站运转参数的深入分析，首次在刘庄矿西区二井筒冷冻站，主导设计采用分组（每组：二台高压机、二台低压机、二台中冷器、一台高压油冷贮液桶、二台蒸发式冷凝器、四台盐水箱蒸发器）安装、运转的创新。实现安装工程量减少40%，每组节省Φ150氨阀4只、Φ200氨阀2只、Φ100氨阀6只，安装成本下降36%。对高压系统工艺管道革新，首次实现运转中不停车放空气，保证冷凝压力始终与冷凝温度对应压力保持一致，彻底克服原系统冷凝压力超过1.5Mpa安全值现象的发生；降低高压机电机电流达10%；确保螺杆压缩机油冷效率最佳；创造运转6天盐水温度降到-20℃的新纪录，为冻结壁快速交圈提供条件，减少氨的漏点及补充氨环节，降低危险源等级，提升系统的安全性，该项创新已在中煤矿山集团内全面推广应用。
1.2冷冻站集装化方案
依据冻结施工流动性大周期短的特点，冻结壁形成及维护对制冷量需求在时间坐标上变化大的规律，为充分发挥设备利用率，结合方便整体运输和实现氨系统现场安装不用电焊的理念，独立构思完成中冷器结构创新，将蒸发器、中冷器、高、低压螺杆压缩机、配电系统集装在一个高2.6m，宽2.2m，长8m的框架底盘内，连接固定所有设备、管道、电控，形成一个“双级压缩，两液面自动控制”，-30℃盐水40万大卡的机组集成模块，蒸发式冷凝器位于模块的上方，采用定位式管道螺丝连接，实现无冷冻站厂房，方便增减机组模块快速组合，达到真正意义节能高效制冷系统，为进一步降低冻结工法成本，拓展应用领域提供制冷设备支撑。另主导设计冷冻站变配电设备分组集装化和35kV临时变电所集装化方案。减少制冷配电安装工作量70%、运输损失降为0、安装成本下降76%、取代传统变电房土建投入、大大缩短工期；提高配电系统的安全性和可靠性；达到电工人员效率最大化。
2山体富水软土隧道施工中冻结支护
山体富水软土隧道施工采用冻结工法进行临时支护技术，就处理技术特性、处理方法及工艺创新做全面研究，并由此研究冻结工法在水利工程中的适用范围。该技术特点：1）适应于各种复杂地质及水文地质条件下的任何含水地层的土层加固，基本不受基坑形式、平面尺寸和深度的影响。2）支护结构灵活、易控制。可根据不同地质条件、环境及场地条件灵活布置冻结孔、调节盐水的温度，从而获得高质量的冻结支护体。3）隔水性好，可靠性强、风险小。它本身就是地下水的控制系统，防渗性能是其它施工方法无法相比的。由于冻结支护体可有效地隔绝地下水通道，并具有较高的承载能力，为隧道的施工创造了良好的条件，可把隧道的整个衬砌结构的施工处在一个与其它地层隔绝的封闭走廊内，确保了隧道施工的施工质量和施工安全。4）对环境影响小，它充分利用土体自身的特点，材料是土体本身，对地下水及周围环境无污染，冻结支护解冻后，地下土层恢复原状，对水资源和城市地下水环境的保护极为有利。5）施工中冻土的融沉对地面影响较小，对隧道衬砌结构的影响可通过地基处理等技术措施加以解决。而且整个工艺较简单，施工方便，工程造价低。
冻结工法具体应用于水平隧道的冻结支护和封水，地下泵站施工的冻结临时支护和封水，交通建筑中水下基坑及桥梁基础施工的冻结支护，市政工程地下结构施工封水及临时支护，地铁车站及街区明挖施工的冻结临时支护和封水，其他各类地下建筑基坑的冻结加固以及煤矿斜井施工的冻结封水及临时支护等方面。随着社会的发展，技术要求的提高，冻结工法施工特别在建筑基础、地铁等领域应用具有不可替代的
价值。
3热虹吸蒸发器应用与创新
主导完成热虹吸蒸发器设计及试验的全过程，提出符合冻结制冷要求结构与重点环节的设计方案。同生产厂合作完成16台热虹吸蒸发器的制造，首次在山东李堂矿主、副井冷冻站采用。与原盐水箱蒸发器的比较：降低冷损失90%；占地面积减少3/4；固定盐水用量减少80%；制冷成本下降5%；液面控制失效得到解决。通过内蒙古塔然高勒矿主井冷冻站进一步改进热虹吸结构，完善液面控器的不足，在霍邱县付老庄铁矿主、副井冻结施工中，首次实现冷冻站井筒冻结全过程热虹吸蒸发器自动供液的目标，制冷成本下降15%～20%。为确保热虹吸蒸发器发挥效率，独立设计、冻结处机厂制造的冷热盐水集配器及盐水有效量化操控系统，克服人为因素影响制冷工况；创造运转4天盐水温度降到-25℃的新纪录，为-35℃以下盐水温度获得提供保证，满足深厚表土层的冻结需要。该产品现已推广到啤酒酿制行业。
4其他创新技术
4.1提出有利于建立比较分析冻结壁发展的测温点布置原则
针对济西主、副井冻结壁测温点布置方式及相关数据的研究分析，创新性提出有利于建立比较分析冻结壁发展测温点布置原则，并在刘庄矿西区二个井筒冻结壁测温点布置中采用。通过二个井筒冻结壁降温过程实测不同地层温度变化分析，首次发现冻结造孔扰动地层程度对冻结壁交圈的影响范围——设计46天冒水的冻结壁推迟到84天才冒水，获得对冻结造孔泥浆质量要求依据的工程实例，具有冻结工法过程控制的指导意义。
4.2马鞭山铁矿硬岩快速造孔技术的研究
结合现有钻机特点，集国内相关技术装置试验，主导选择液动潜孔锤的技术方案，对泥浆净化系统进行设备化集成创新性改造，实现快速穿越硬岩，效率提高一倍，为冻结工法拓展应用领域提供工程实例和技术支撑，实现不同地层泥浆质量控制的机械化程度，为国内首创。
4.3适合冻结造孔技术要求的钻机构思
因现有施工钻机的设计依据，是以方便勘探作业为目的，市场上没有真正适合冻结造孔质量要求的钻机设备。主要原因是：冻结造孔市场份额小，要求垂直度高，孔壁稳定。经调研分析，结合冻结造孔特点，主导完成以保证冻结器下放质量为目标的钻架结构和高度设计方案；以防偏为主，达到钻具结构优化后顺利提下的回转结构；以自动衡压给进、匀速给进的绞车系统的组合集成方案构思。为冻结工法的进步与拓展提供关键的设备技术支撑。
参考文献
[1]变频调速技术在净水厂应用[J].变频器世界,1999,12.
[2]广州地铁集中供冷初步设计及施工图设计.
[3]王万达.地热供暖设计要点[J].暖通空调新技术,1999,1.
[4]范瑾初,严煦世,主编.给水工程(第4版)[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.