[科普中国]-冻结循环

冻结循环是指竖井冻结法掘进工艺中，由氨、冷却水和盐水等二个循环所组成的冷却系统。其循环过程是：由冷媒剂(盐水)吸收岩层的热量，并把这部分热量传给制冷剂(液氨)，经压缩作功后，氨把这部分热量传给冷却水，冷却水把热量带到大自然中。

简介冻结循环是指竖井冻结法掘进工艺中，由氨、冷却水和盐水等二个循环所组成的冷却系统。其循环过程是：由冷媒剂(盐水)吸收岩层的热量，并把这部分热量传给制冷剂(液氨)，经压缩作功后，氨把这部分热量传给冷却水，冷却水把热量带到大自然中1。

氨循环实际上是卡诺逆循环的热功转换过程。它是用氨作制冷剂、液氨在蒸发器中蒸发变为饱和蒸气时，吸收蒸发器周围盐水中的热量。使之成为低温盐水，而氨的饱和蒸气则被压缩机吸入井压缩为过热蒸气，后经冷凝器冷却成高压饱和液氨，再通过节流阀减压为低压液氨而流人蒸发器中重新蒸发，构成氨循环。根据对制冷温度的不同要求，氨循环有一级压缩、二级压缩等不同循环系统。

冷却水循环冷却水用来冷却氨的过热蒸气。在冷凝器中由于冷却水的淋洗而把氨的过热蒸气的热量带走，使氨的温度降到冷凝温度而液化，而冷却水则必须不停地循环流动，不断补充部分新水。通常由水源、水泵、冷凝器、泄水沟、循环水池构成冷却水循环系统2。

盐水循环盐水(冷媒剂)在制冷过程中起着传递冷量的作用。它从蒸发器外部的盐水箱内取得冷量后，用盐水泵排经干管、配液圈、供液管进入各冻结器底部，再沿冻结管和供液管间的环形空间自下而上流动并吸收冻结管周围地层的热量而使地层降温冻结，上升盐水又经回液管、集液圈、干管返回冷冻站的盐水箱，构成盐水循环。

冻结压力成因冻结压力是指竖井冻结法掘进施工期间，冻结壁作用于井壁上的压力。主要有并简开掘后形成的二次应力场、土中水结冰时体积膨胀和某些粘性土层吸湿后自身体积膨胀等成因。一般以前两者为主，但枯性土层特别是膨胀性大的粘土层则三者兼有，且以后者为主3。

冻结压力形成过程冻结压力随时间变化，且受施工方式的影响。其形成过程是，在形成冻结壁的过程中，地层处于原岩应力状态下冻结膨胀，产生附加应力场，使总的地应力升高，冻结壁内部积聚较多能量，当并筒开挖后，冻结壁的约束解除，应力重新分布。其内侧产生塑性变形，井帮以不断向并内位移形式释放能量，砌壁使冻结壁位移受阻，便产生对井壁的压力，这是冻结壁变形引起的变形压力，它构成前期的冻结压力。在砌筑井壁后，尤其是采用混凝土井壁时，混凝土的水化热使壁后冻土融化，此时冻结压力下降；当融土在冻结孔供冷下又重新回冻时产生冻胀力，同时由于混凝土析出的多余水分迁移到土层中，土体含水率增加，冻胀加剧，这些为回冻胀力，它使后期的冻结压力回升以至达到最大值。当冷冻站停止供冷后，冻结壁温度上升井开始自然解冻，冻结压力逐渐下降并向永久地压过渡。可见，冻胀力、回冻胀力等仅是冻结压力的一部分、但有时是很主要的部分。

影响冻结压力的因素主要有原始地应力和二次应力场、土层性质、冻结深度、冻结温度、井壁材料和构造、施工工艺等。不同条件下冻结压力变化规律和最大值不同。一般砂性土冻结压力很小，而粘性土特别是钙质粘土层的冻结压力则较大。冻结压力尚无通用的理论公式计算，多用在井壁内安装压力盒等方式实侧，设计井壁时可采用类比法参照条件相似的井筒的实测资料加以选取2。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学