本發明專利技術公開了一種盾構隧道端頭垂直杯型凍結加固結構及方法，垂直杯型凍結加固結構是在盾構隧道端頭工作井外側的土體內布設“口”字形數列垂直凍結管，同時通過端頭工作井內在布設垂直凍結管的土體下部設置水平凍結管，通過在垂直凍結管和水平凍結管內循環冷媒介質，能夠在盾構隧道端頭工作井外側的土體中形成垂直杯型凍結壁加固體，加固方法為：第一步、凍結設計；第二步、制冷系統設計；第三步、鉆孔施工；第四步、凍結施工；第五步、破除槽壁；第六步、凍結管的拔除；第七步、凍脹與融沉控制。有益效果：為軟土地區富含水砂層端頭的地層加固方式，可有效解決該地區常規加固方式加固效果不佳的問題，保證盾構機順利進出洞。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種盾構隧道端頭凍結加固結構及方法，特別涉及。
技術介紹
目前，盾構隧道端頭加固是盾構法施工中的關鍵環節，具有很大的工程施工風險。在盾構進出洞時，要先進行洞門區域的地下連續墻破除，并割除所有鋼筋。洞門破除要求的時間非常緊，施工難度大。洞門破除后對加固體強度及密封性要求很高，加固效果不佳時，在洞門破除時極易出現盾構與洞門間隙涌泥涌砂及地表沉降現象，進而危及附近地下管線和建筑物的安全。為防止此類現象發生，必須選擇合理的盾構隧道端頭地層加固處理方案，以滿足強度和抗滲性的要求。在沿海軟土地區，特別是盾構隧道端頭地層為富含水砂層時，采用常規的化學加固手段很難達到工程要求，在化學加固后探孔時常常會發現有嚴重漏水漏砂現象。此時，為提高盾構隧道端頭土體強度和充分止水，保證盾構進出洞安全，在富含水砂層端頭如何選擇地層加固方式是需要解決的技術問題。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了解決在富含水砂層的地區進行盾構隧道端頭加固過程中一些加固結構和方法較難達到工程要求，常常導致嚴重漏水漏砂的問題而提供的。本專利技術提供的盾構隧道端頭垂直杯型凍結加固結構是在盾構隧道端頭工作井外側的土體內布設“口”字形數列垂直凍結管，同時通過端頭工作井內在布設垂直凍結管的土體下部設置水平凍結管，通過在垂直凍結管和水平凍結管內循環冷媒介質，能夠在盾構隧道端頭工作井外側的土體中形成垂直杯型凍結壁加固體。水平凍結管插入土體的長度與垂直凍結管平面布設寬度相等，實施全長凍結。垂直凍結管和水平凍結管的材質為無縫低碳鋼管或PVC、PPR、ABS、PE塑料管，垂直凍結管和水平凍結管的截面為圓形或工字形或X形或T形或Y形截面。本專利技術提供的盾構隧道端頭垂直杯型凍結加固方法，其方法如下所述:第一步、凍結設計:(I)凍結壁厚度設計:結合工程特點、土層條件及施工現場情況對凍結帷幕厚度進行設計，靠近工作井圍護結構的垂直凍土墻厚度大于1.6m ；I)凍結帷幕物理參數:凍土平均溫度取-10°C，凍土強度指標進行室內試驗測定；2)加固體尺寸:縱向長度:盾構主機長度+(2-3)B的止水厚度，其中B為管片寬度；橫向寬度:盾構隧道兩側3m ;深度:盾構隧道拱頂3m至拱底3m的深度方向長度內實施局部凍結，或者在地面至拱底3m的深度方向長度內實施全長凍結；(2)凍結孔的布置:凍結孔布置為1-3排，插花布置，孔間距為800mm，排間距為800mm，靠近工作井圍護結構的垂直凍結孔距離槽壁邊300-400mm ；(3)測溫孔布置:根據鉆孔的偏斜情況對測溫孔的位置進行調整，目的主要是測量凍結帷幕范圍不同部位的溫度發展狀況，以便采取相應控制措施，確保施工的安全；第二步、制冷系統設計:(I)參數選取:I)垂直凍結管選用Φ 127X4.5mm無縫低碳鋼管，水平凍結管選用Φ108Χ8ι?πι無縫低碳鋼管；2)采用鹽水冷媒介質，凍結期去路鹽水溫度為-28?-30°C，回路鹽水溫度為-25?-28。。；3)鹽水比重 1.26;4)凍結管內鹽水流量5m3/h ；5)凍結管散熱能力:260Kcal/m2.h ；6)冷量損失系數:1.2 ;(2)需冷量計算:凍結需冷量計算:Q = 1.2.π.d.H.K式中:H—凍結總長度；d—凍結管直徑；K一凍結管散熱系數；(3)凍結站設置、機組選型及數量:凍結站選用W-YSLGF600 II型螺桿冷凍機兩臺，每臺機組制冷量28 X 104Kcal/h，電機功率220kw ；(4)鹽水系統:I)鹽水干管、集配液圈選型:Φ 159 X 5mm焊管加工制作；2)氯化鈣(80%晶體)總用量:15噸；3)鹽水泵選型:選用三臺IS150-125-315型離心式水泵，流量200m3/h，電機30kw ；(5)清水系統:I)清水管選型:Φ 133X4.5mm焊管加工制作；2)選用8m3清水箱三個；3)新鮮水補充量:30mVh ；4)選用三臺IS150-125-315型離心式水泵，流量200m3/h，電機30kw ；5)選用KST - 80型冷卻塔四臺；(6)凍結壁形成預測:取凍結帷幕發展速度25mm/天，凍結管最大孔間距取800mm，則交圈時間為tl =800/2/25 = 16天，凍結壁交圈時間取20天，整個積極凍結時間宜取30天以上；第三步、鉆孔施工:(I)鉆孔設備選型:選用XP-30B工程鉆機兩臺，配特拉斯空壓機GR200 — 20空壓機一臺，采用沖擊鉆進工藝，在鉆好孔內采用下套管測斜，使用燈光測斜，必要時采用JDT-5型陀螺測斜儀測斜以保證鉆孔垂直精度；(2)鉆孔技術要求:鉆進時，按深度及地層情況的需要，及時增減鉆鋌，要求作到均勻、勻速鉆進，嚴禁忽快忽慢，壓力忽大忽小，合理掌握轉速、壓力及沖洗量，加尺或更換鉆頭時，鉆具應下到距孔底0.3?0.5m處掃孔，不準將鉆具停在一個深度長期沖洗，停電時，將鉆具提至安全深度，停電超過兩小時，將鉆具全部提出，對所有鉆具應經常詳細檢查，彎鉆桿和磨損過大的鉆桿禁止使用，終孔時應復核鉆具全長，并沖孔將巖粉排凈，再下管；凍結管進行地面配組，丈量全長，做好記錄，下管時清除管內異物，保持清潔，試壓封口后，及時將凍結管周圍的空隙用土填實，防止泥漿串孔；偏斜:凍結孔平均偏斜率不得大于5%。，凍結孔終孔間距不大于設計值，否則予以補孔，凍結深度滿足設計要求，下管長度不小于設計凍結孔深度；測斜:凍結孔施工過程中使用燈光經瑋儀進行終孔和成孔測斜并及時繪制凍結孔偏斜平面圖；第四步、凍結施工:(I)凍結施工主要設備:凍結期間總用電負荷666kw，在考慮線路電壓損失較大的情況下，整個冷凍站選用YC3 X 120+2 X 25低壓橡套電纜三根，分別供兩臺凍結機組及相應配套設備；(3)凍結站安裝:凍結站布置在一側，兩臺機組并聯安裝，可相互備用；(4)冷凍機組的安裝:I)就位與固定:按照凍結站布置圖，將冷凍機組就位后，用螺栓與基礎進行固定，固定時用水平尺對機組進行找平，通過不斷調整墊鐵將機組調平，根據現場的管路布置，靈活調整冷凝器兩頭蓋板，已達到優化管路布置的目的，將機組啟動柜可靠布置在機組旁邊，利于操作方便的位置，機組之間留下一定的空間，要對平時的操作維護帶來方便；2)管路連接:鹽水管路與清水管路與機組之間采用法蘭連接，要合理地布置安裝閥門，利于平時開啟與關閉操作，又要對維護時的擰螺栓等提供方便；3)機組密封檢測:冷凍機組要保證機組的密封性能可靠，首先進行制冷系統的檢漏，在確保系統無瀉漏后，再充氟加油；4)機組加油:檢查機組里冷凍機油的量，如果過少，要向機組加油，冷凍機組選用46#冷凍機油；(5)清、鹽水泵的安裝:檢查水泵和電機，確保在運輸和裝卸過程中沒有損傷，檢查工具和起重機械，并檢查機器的基礎，安裝泵的基礎平面要水平，放置好后再檢查一下整臺機組的水平度，泵的吸入管路和吐出管路要有各自的支架，不允許管路重量直接由泵承受，泵軸與電機旋轉方向應一致，泵的吸入口在距離鹽水箱底20cm的位置，在清水泵的吸入口安裝一道濾網，在鹽水箱中間設置一道濾網；(6)冷卻塔的安裝:冷卻塔安裝過程中要注意防火，嚴禁在塔體及其鄰近使用電焊或氣割明火，也不允許在場人員吸煙，動用明火時，采取相應的安全措施，冷卻塔基礎要保持水平，要求支柱與基面垂直，各基面高差不超過±lmm，中心距允本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種盾構隧道端頭垂直杯型凍結加固結構，其特征在于：是在盾構隧道端頭工作井外側的土體內布設“口”字形數列垂直凍結管，同時通過端頭工作井內在布設垂直凍結管的土體下部設置水平凍結管，通過在垂直凍結管和水平凍結管內循環冷媒介質，能夠在盾構隧道端頭工作井外側的土體中形成垂直杯型凍結壁加固體。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：胡俊，唐益群，周潔，
申請(專利權)人：海南大學，
類型：發明
國別省市：海南;66
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