[发明专利]高水压超长距离大断面隧道液氮冻结系统及盾构盾尾刷快速更换方法

摘要

一种高水压超长距离大断面隧道液氮冻结系统及盾构盾尾刷快速更换方法。该系统包括液氮储罐、主闸阀、供液管、分配器、配液管、冻结管、集气管、排气管、测温孔、冷排管，液氮储罐与装有主闸阀的供液管连接，供液管分两路分别与分配器连接，每个分配器分8‑10个支路，每个支路通过配液管与一组串联冻结管连接，每组最后一根冻结管与集气管连接，通过集气管与排气管连接，排气管将汽化氮气排放至空气中，冷排管前端与配液管连接，末端与集气管连接，同时提出了盾构盾尾刷快速更换方法，本发明适合于高水压超长距离大断面盾构隧道盾尾刷快速更换工程，具有形成冻结壁速度快，强度高，无毒无污染，使用安全可靠，施工方便等优点。

主权项

一种高水压超长距离大断面隧道液氮冻结系统进行盾构盾尾刷快速更换的方法，其方法步骤如下：A.液氮冻结系统严密性检测：供液管(3)、配液管(5)、冻结管(6)、集气管(7)、排气管(8)焊接完成后必须进行管道渗漏及保压测试，保压0.5h，允许降压0.05MPa后稳定15分钟压力无变化者为试压合格；B.打开主闸阀(2)进行冻结，并测定测温孔(9)中各测温点(14)的温度变化及压力表(12)读数，每天监测1次，根据监测结果反馈调节分配器(4)各支路上的阀门(11)，使得各测温孔(9)中温度下降速度一致，调节主闸阀(2)或分配器(4)各支路上阀门(11)必须配戴棉手套，防治冻伤，由于液氮排放量较大、供氮管路较长，采用轴流风机从端头井上部向隧道冻结工作面处送新鲜空气，确保隧道内氧气含量正常，液氮槽车倒车时间段内严禁其他车辆出入，每100m～200m派2人专门指挥液氮槽车，对讲机与司机保持通话，液氮冻结期间其他工作面全部停止，多余物料、机械尽可能运出隧道或摆放在冻结工作面范围以外，液氮冻结期间进入隧道人员必须经过专业培训，凭出入证并携带氧气袋进入，派专人利用测氧、氮仪对工作面50m范围内进行24小时不间断测氧、氮，0.5小时一次，并在冻结工作面附近喂养活体鸽子一只，一旦发现氧气含量低于18％报警临界值或活体出现异常反应，立即通知液氮车值班人员关闭供氮主阀门，组织人员疏散，同时采用“明灯”方法检测氮气含量，现场装上煤油灯，若明灯熄灭证明氮气含量过高；C.冻结7‑10天后，根据各测温孔(9)中监测所得地层温度计算冻结壁有效平均温度，冻结壁厚度，在更换盾尾刷位置开探测孔观察渗水情况，盾尾刷可更换的条件必须同时满足以下几个条件：液氮冻结时间7～10天，液氮冻结效果达到设计要求，根据测温孔(9)测温推测承压含水层范围冻结壁有效厚度达到设计要求，位于隧道管片(13)与盾壳间间隙中靠盾壳体处测点温度达‑2℃以下，冻结壁有效冻土平均温度要达到‑15℃及以下，测温孔(9)平均温度达到‑8℃以下，盾尾刷更换之前，在更换管片位置开2个探测孔，无水流出，若有渗漏，渗漏处必须有探孔，施工应急预案完善，并具有可操作性；D.达到盾尾刷更换条件后，拆除隧道管片(13)，更换盾尾刷；①清理盾壳及油脂仓：隧道管片(13)拆除后检查其与盾体间是否存在漏水、漏浆现象，如存在轻微渗水渗浆，用海绵条封堵渗漏位置，清理盾尾刷间油脂仓内废油脂和砂浆，检查油脂注入孔是否畅通；②拆除旧盾尾刷：用风动扳手拆除或用割枪割除旧盾尾刷，清洗螺栓孔和螺栓，由上往下，由外而内逐个拆除损坏的盾尾刷，清理杂物，对不平整位置刨光打磨；③安装新盾尾刷：利用丝锥按照螺栓孔位置安装并紧固新盾尾刷，油脂孔位置安装专用盾尾刷，相邻盾尾刷后弹簧保护板采用搭接式；④油脂管路检查及盾尾油脂涂抹：新盾尾刷更换完成后，检查盾尾注脂管路是否通畅，若堵塞则疏通后手涂WR90型盾尾油脂，涂抹时分层将钢丝刷拨开后填入油脂，涂抹后每层油脂填塞饱满，不掉落、不漏涂；⑤盾尾刷更换期间，在已拆除管片的盾体位置布设测温点，每块已拆隧道管片(13)范围内测温点之间横向间距为1m，纵向间距为0.5m；E.隧道管片(13)拼装，盾尾密封腔填充：用管片拼装机进行管片二次拼装时，一定要确认千斤顶撑靴已经顶住隧道管片(13)，定位销和螺杆安装完成后，方可慢慢拼装机吸盘，待二次拼装隧道管片稳定后，才可以完全脱离，然后用盾尾油脂泵手动泵送盾尾密封油脂，填充涂抹不密实的盾尾刷凹槽和盾尾刷；F.停止液氮冻结系统，强制解冻：在冻结区附近布置容积为1m3电加热循环水箱，利用软管将其与原冷排管(10)连接，将水箱加热至60～70℃，利用0.5m3循环水泵将热水循环于原冷排管(10)中，继续监测测温孔(9)中各测温点(14)的温度，直至隧道管片(13)外侧土体解冻；G.冻结孔、测温孔(9)封孔，隧道管片(13)补强：隧道管片(13)拼装完成，即可实施冻结管(6)和部分测温孔(9)封堵，首先割除外露部分钢管，其深度要求进入管片100mm，采用厚度10mm钢板焊接密封，采用4个的膨胀螺丝对孔口内冻结管(6)和测温孔(9)进行固定，最后用速凝水泥对孔口进行封堵，预留注浆管并填充高强度砂浆，并对隧道管片(13)进行补强；H.对冻结管(6)和测温孔(9)孔口进行封堵后，重新开启盾构机进行推进。