[实用新型]一种盾构机直接推进通过孤石的冻结装置

说明书

本实用新型公开了一种盾构机直接推进通过孤石的冻结装置，本体布置在盾构机的刀盘和机体中，冻结装置包括有刀盘冻结管路和盾体冻结管路，其中刀盘冻结管路分布在被盾构机的刀盘分割成的四个区间内，每个区间布置独立的冻结冷媒介质进出回路，冻结冷媒介质进出回路与盾体冻结管路相连通；刀盘冻结管路由异型钢管组成，是由φ89mm×8mm钢管制作而成，从钢管2/3截面处剖开，即用2/3断面钢管与刀盘体焊接形成刀盘冻结管路。有益效果：本实用新型工艺简单易操作，固定孤石效果显著，不需要占用地面空间，且节约处理孤石的时间和成本，具有较大的推广价值。

技术领域

本实用新型涉及一种通过孤石的冻结装置，特别涉及一种盾构机直接推进通过孤石的冻结装置。

背景技术

目前，沿海城市的花岗岩地层中都不同程度的存在球状风化岩体(孤石)，盾构机在此地层中施工时，盾构刀具无法有效地破除该高强度岩体；且由于岩体上部或周围存在软弱地层，人工破除操作困难，盾构机掘进风险极大，严重的会导致盾构施工失败。

孤石是指存在于软质风化层中的花岗岩球状风化体，球状风化是花岗岩层中十分常见的现象，属于花岗岩的不均匀风化。花岗岩球状风化体在珠江三角洲地区常见于广州北部、深圳的大部分地区以及珠海沿岸大部分地区，搬迁作用在广东台山海底淤泥层，成都、长沙的少数卵石地层中被发现，但分布数量较少。孤石的成因有自然风化产物和搬迁作用两种，花岗岩球状风化体以及大型卵石都可能成为孤石，成为盾构法隧道掘进过程中的巨大障碍。由于孤石埋藏分布是随机的，且形状各异，大小不一，强度可达到200Mpa以上，对地铁盾构工程施工极为不利。

在盾构隧道施工中，由于孤石的影响可能出现的主要问题如下：盾构掘进困难并频繁卡刀盘；盾构姿态难以控制；刀具磨损非常严重、刀座变形、更换困难；刀盘磨耗导致刀盘强度和刚度降低，刀盘变形；刀盘受力不均匀导致主轴承受损或主轴承密封被破坏、刀盘堵塞开口率降低、盾构负载加大；被刀盘推向隧道侧面的大漂石甚至导致盾构转向，偏离隧道轴线；掘进振动大，对保护地面建筑物不利等问题。

针对孤石对盾构掘进危害的类型，国内外在工程中常用的孤石处理方法如下：1、盾构机直接掘进破除孤石；2、地面预处理破除孤石；3、开舱人工处理孤石；4、新型机械装备对孤石进行处理。这4种方法各有优缺点。新型机械装备对孤石进行处理，施工快捷有效，需约300m²地面场地，工程机械费用较高。开舱人工处理孤石工期较长，费用较高，爆破时对地层和设备产生干扰，存在一定的施工风险，安全性差。地面预处理破除孤石一般使用地面钻孔爆破、人工挖孔桩、冲孔桩等方法，工期长，钻孔和爆破时对环境影响大，人工挖孔作业人工费高且存在安全风险，冲孔施工时噪声大、地层影响大。

盾构机直接掘进破除孤石较其他方法不需要占地，地面限制条件少，可节约处理孤石的时间和成本，盾构施工速度快，噪声小，对环境干扰小。该方法需要满足两个条件：一是盾构机及刀具必须具备足够的破岩能力；二是在切削过程中，孤石必须处于固定状态，使其在盾构机刀盘转动时不随之发生转动。若要直接破除，一般情况下需提前采用注浆或冻结等措施固定孤石，然后破除。采用注浆或冻结固定孤石，目前常规做法是从地面打孔注浆或垂直冻结，这两种方法费用较大，对数量较多且遍布线路的孤石在经济上不划算，地表需要围挡，阻碍交通，注浆范围和注浆质量不易控制，垂直冻结施工长且不经济。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决在盾构隧道施工中现有的破除孤石方法存在诸多问题而提供的一种盾构机直接推进通过孤石的冻结装置。

本实用新型提供的盾构机直接推进通过孤石的冻结装置的本体布置在盾构机的刀盘和机体中，冻结装置包括有刀盘冻结管路和盾体冻结管路，其中刀盘冻结管路分布在被盾构机的刀盘分割成的四个区间内，每个区间布置独立的冻结冷媒介质进出回路，冻结冷媒介质进出回路与盾体冻结管路相连通；

刀盘冻结管路由异型钢管组成，是由φ89mm×8mm钢管制作而成，从钢管2/3截面处剖开，即用2/3断面钢管与刀盘体焊接形成刀盘冻结管路。