[发明专利]一种盾构隧道端头垂直杯型冻结加固结构及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种盾构隧道端头冻结加固结构及方法，特别涉及一种盾构隧道端头垂直杯型冻结加固结构及方法。

背景技术

目前，盾构隧道端头加固是盾构法施工中的关键环节，具有很大的工程施工风险。在盾构进出洞时，要先进行洞门区域的地下连续墙破除，并割除所有钢筋。洞门破除要求的时间非常紧，施工难度大。洞门破除后对加固体强度及密封性要求很高，加固效果不佳时，在洞门破除时极易出现盾构与洞门间隙涌泥涌砂及地表沉降现象，进而危及附近地下管线和建筑物的安全。为防止此类现象发生，必须选择合理的盾构隧道端头地层加固处理方案，以满足强度和抗渗性的要求。在沿海软土地区，特别是盾构隧道端头地层为富含水砂层时，采用常规的化学加固手段很难达到工程要求，在化学加固后探孔时常常会发现有严重漏水漏砂现象。此时，为提高盾构隧道端头土体强度和充分止水，保证盾构进出洞安全，在富含水砂层端头如何选择地层加固方式是需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决在富含水砂层的地区进行盾构隧道端头加固过程中一些加固结构和方法较难达到工程要求，常常导致严重漏水漏砂的问题而提供的一种盾构隧道端头垂直杯型冻结加固结构及方法。

本发明提供的盾构隧道端头垂直杯型冻结加固结构是在盾构隧道端头工作井外侧的土体内布设“口”字形数列垂直冻结管，同时通过端头工作井内在布设垂直冻结管的土体下部设置水平冻结管，通过在垂直冻结管和水平冻结管内循环冷媒介质，能够在盾构隧道端头工作井外侧的土体中形成垂直杯型冻结壁加固体。

水平冻结管插入土体的长度与垂直冻结管平面布设宽度相等，实施全长冻结。

垂直冻结管和水平冻结管的材质为无缝低碳钢管或PVC、PPR、ABS、PE塑料管，垂直冻结管和水平冻结管的截面为圆形或工字形或X形或T形或Y形截面。

本发明提供的盾构隧道端头垂直杯型冻结加固方法，其方法如下所述：

第一步、冻结设计：

(1)冻结壁厚度设计：

结合工程特点、土层条件及施工现场情况对冻结帷幕厚度进行设计，靠近工作井围护结构的垂直冻土墙厚度大于1.6m；

1)冻结帷幕物理参数：

冻土平均温度取-10℃，冻土强度指标进行室内试验测定；

2)加固体尺寸：

纵向长度：盾构主机长度+(2-3)B的止水厚度，其中B为管片宽度；

横向宽度：盾构隧道两侧3m；

深度：盾构隧道拱顶3m至拱底3m的深度方向长度内实施局部冻结，或者在地面至拱底3m的深度方向长度内实施全长冻结；

(2)冻结孔的布置：

冻结孔布置为1-3排，插花布置，孔间距为800mm，排间距为800mm，靠近工作井围护结构的垂直冻结孔距离槽壁边300-400mm；

(3)测温孔布置：

根据钻孔的偏斜情况对测温孔的位置进行调整，目的主要是测量冻结帷幕范围不同部位的温度发展状况，以便采取相应控制措施，确保施工的安全；

第二步、制冷系统设计：

(1)参数选取：

1)垂直冻结管选用φ127×4.5mm无缝低碳钢管，水平冻结管选用φ108×8mm无缝低碳钢管；

2)采用盐水冷媒介质，冻结期去路盐水温度为-28～-30℃，回路盐水温度为-25～-28℃；

3)盐水比重1.26；

4)冻结管内盐水流量5m³/h；

5)冻结管散热能力：260Kcal/m².h；

6)冷量损失系数：1.2；

(2)需冷量计算：

冻结需冷量计算：Q＝1.2·π·d·H·K

式中:H—冻结总长度；

d—冻结管直径；

K—冻结管散热系数；

(3)冻结站设置、机组选型及数量：

冻结站选用W-YSLGF600 Ⅱ型螺杆冷冻机两台，每台机组制冷量28×104Kcal/h，电机功率220kw；

(4)盐水系统：

1)盐水干管、集配液圈选型：φ159×5mm焊管加工制作；

2)氯化钙(80％晶体)总用量：15吨；

3)盐水泵选型：选用三台IS150-125-315型离心式水泵，流量200m³/h,电机30kw；

(5)清水系统：

1)清水管选型：φ133×4.5mm焊管加工制作；