[发明专利]用于冻结盾构机尾部周围土体的钢管片装置及其施工方法

说明书

本发明公开了一种用于冻结盾构机尾部周围土体的钢管片装置，包括：多块弧形钢管片，其依次连接形成环形钢管片；冷冻管路，在每块弧形钢管片的内表面上沿弧线设置有多排冷冻管路，相邻弧形钢管片上的同排冷冻管路通过第一管进行连接，形成多个环形冷冻管路，环形冷冻管路中的载冷剂使环形钢管片的温度降低，从而对其周围土体进行冻结；肋板，其设置在弧形钢管片的内表面上，并形成肋板腔，在肋板腔中填满凝固点低的油脂，并在肋板的端头设置一环形薄板用以封堵肋板腔以免油脂掉落。该装置能够高效地将盾构机尾部的周围土体进行冻结，使盾构机尾部形成一圈均匀的冻结帷幕，从而封堵盾尾间隙外部水土。该发明还公开了一种更换盾构机尾刷的施工方法。

技术领域

本发明涉及盾构隧道施工尾刷更换。更具体地说，本发明涉及一种用于冻结盾构机尾部周围土体的钢管片装置及其施工方法。

背景技术

随着城市化进程的加快，地铁隧道区间段越来越长，复杂地质下的盾构穿越也愈加频繁。盾构长距离、复杂地层掘进施工也成为一种必然趋势。在盾构的长距离掘进过程中，作为盾构机主要密封部件之一的盾尾密封钢丝刷(以下简称“盾尾刷”)，是非常容易损坏且难以修复的。盾构管片外壁与盾尾内侧之间存在一定的间隙，更换的最大难点在于管片拆卸后盾尾的密封止水。在盾尾刷更换中注浆封水技术虽然得到广泛应用，但是注浆法地层的不适应性、注浆帷幕的连续性差、均匀性差、注浆土体与盾构及管片的胶接缺乏柔性和韧性等不利因素是客观存在的，可导致风水性差的风险隐患。尤其当出现需要更换两道尾刷，且停机位置为富水不利地层时，对于盾尾封水要求更加严格。

相较于注浆止水，冻结法形成的冻土帷幕具有连续性好、均匀性好、封水性及柔韧性好，冻结体强度高等优点。在更换尾刷的冻结方案中，常规的冻结法难以实现，需要在盾构钢材和管片混凝土的低温适应性范围内，设计特殊形式和构造的冻结管。在隧道内相应位置的混凝土管片上打孔进行冻结的常规做法存在穿透性损坏管片，能够导致永久性渗漏隐患、冻土帷幕环向均匀性差等缺陷。此外国内已有少数工程采用在混凝土管片内置冷冻管，由于冷冻管的密封性，一旦出现渗漏则无法弥补。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种用于冻结盾构机尾部周围土体的钢管片装置，其能够高效地将盾构机尾部的周围土体进行冻结，使盾构机尾部形成一圈均匀的冻结帷幕，从而封堵盾尾间隙外部水土。

本发明还有一个目的是通过更换盾构机尾刷的施工方法，既提高了更换盾构机尾刷的效率，又提高了更换尾刷的可靠性和安全性，同时也减化了施工步骤。

为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于冻结盾构机尾部周围土体的钢管片装置，包括：

多块弧形钢管片，其依次进行连接形成一环形钢管片；

冷冻管路，在每块弧形钢管片的内表面上沿弧线设置有多排冷冻管路，相邻弧形钢管片上的同排冷冻管路通过一第一管进行连接，形成多个环形冷冻管路，环形冷冻管路中的载冷剂使环形钢管片的温度降低，从而使环形钢管片的周围土体温度也降低，以对环形钢管片的周围土体进行冻结，形成冻结帷幕；

肋板，其以垂直于弧形钢管片内表面的方式设置在弧形钢管片的内表面上，并形成肋板腔，当多块弧形钢管片连接成环形钢管片后，在所述肋板腔中填满凝固点低的油脂，并在所述肋板的端头设置一环形薄板用以封堵肋板腔以免油脂掉落。

优选的是，所述的用于冻结盾构机尾部周围土体的钢管片装置，每块弧形钢管片上每根冷冻管路的两端分别设置有垂直于冷冻管路端头的进水导管和出水导管，出水导管通过所述第一管与相邻弧形钢管片上冷冻管路的进水导管相连通，且将其中一个进水导管作为载冷剂回路，一个出水导管作为载冷剂去路，并与冷冻机组连接。