水平冷冻固结与钢套箱组合盾构进洞施工方法技术

本发明专利技术涉及一种水平冷冻固结与钢套箱组合盾构进洞施工方法，在洞门处布置冻结孔和测温孔；单个洞门冻结制冷设备包括：冷冻机组、盐水循环泵、冷却水循环泵和冷却塔；钢套箱包括依次螺栓连接的调整环、标准环和后端盖，调整环前端与洞门钢圈焊接连接；标准环下部设有支座，标准环分为上下两半，由螺栓连接；反力系统由反力架和钢支撑组成，使反力系统满足盾构进洞时套箱的受力要求，在钢套箱内先铺设低标号砂浆；从地面采用导管向钢套箱顶部加料口加入填仓土，使流状土充满钢套箱，剩余局部空间加水填满，确保钢套箱密封不漏。本发明专利技术提高盾构施工进洞的成功率和安全性，降低盾构进洞时涌水、涌砂的风险。

【技术实现步骤摘要】
水平冷冻固结与钢套箱组合盾构进洞施工方法
本专利技术涉及一种盾构进洞施工方法，水平冷冻固结与钢套箱组合盾构进洞施工方法。
技术介绍
在我国近年来，城市地下交通正在如火如荼的发展。“盾构法”无疑是当下进行城市地下交通施工的首选施工方法。“进洞”是盾构法施工过程中重要的风险控制点。在进洞过程中极易发生涌水、涌砂、塌方等风险，因此在复杂不良地层盾构进洞施工过程中需采取相应的技术措施，以保障盾构施工进洞的安全。目前现有的盾构进洞保障技术措施主要是：水泥系加固法盾构进洞施工技术。采用水泥系加固法施工技术进行盾构进洞洞门土体加固，具有：适用地层广、原材料供应范围广、固结体形状可以控制且强度高、耐久性与可灌性好、机动灵活、浆液集中且流失较少。缺点是：当桩长超过15m后桩体的垂直度较难保证，易造成桩体之间搭接咬合效果不佳，达不到理想的止水和加固土体的效果；砂土、粉土地层，加固适应性较差。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的缺陷，提供一种水平冷冻固结与钢套箱组合盾构进洞施工方法，避免了水泥系加固咬合不佳造成止水效果不好的问题；同时也解决了垂直冷冻加固法受地面施工条件限制和盾构埋深影响的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的：一种水平冷冻固结与钢套箱组合盾构进洞施工方法，其特征在于，它包括：（一）盾构水平冷冻加固设计与施工；（1）冻结加固厚度设计；P=0.013H；P为洞口中心处水土压力；H为洞口中心埋深；；h为冻结加固体厚度；D为加固体开挖内直径；B为系数1.2；P为洞口中心处水土压力；K为安全系数2.0；σ为抗拉折强度；（2）水平冻结孔的布置；在洞门处布置冻结孔，冻结孔的数量为40-60个，其中外圈布置20-50个，中圈布置10-20个，内圈布置5-10个，内圈中有一个冻结孔布置在洞门中心；设置测温孔6-8个，在外圈均匀布设4-6个测温孔，在中圈和内圈之间以及内圈和洞门中心之间各布设1-2个测温孔；（3）冷冻制冷设计冻结管的散热系数取250kcal/m2•h，冷量损失系数取1.3，采用Q=πdHKmc，其中，Q为单个洞门冻结需冷量，d为冷冻加固直径，H冻结加固厚度，K为冷量损失系数，m为冻结管散热系数，c为温差值；单个洞门冻结制冷设备包括：冷冻机组、盐水循环泵、冷却水循环泵和冷却塔；使用到的管路包括盐水干管、集配液管、冷却水管、水平冻结管、垂直冻结管、测温管和供液管；还包括盐水箱、冷却水箱、冷冻机油、制冷剂和冷媒剂；（4）冻结加固的设计要求；a．钻孔施工开孔误差不大于100mm。钻孔最大偏斜值不得大于150mm，且所有钻孔均应进行终孔测斜，并绘制钻孔偏斜图和各钻孔位置成孔图，据此确定是否补孔及补孔位置，外圈孔不进入盾构开挖面；b．冻结管、测温管管材均采用20号碳素结构钢，管路连接均采用外管箍焊接连接，选择的外管箍材质应与连接管路材质相同；c．冻结孔钻进深度不小于设计值，不大于设计0.5m，不能循环盐水的管头长度不得大于150mm；d．冻结管下放后应进行注入清水试压，试验压力为工作盐水压力的1.5-2.0倍，经试压30min压力下降不超过0.05MPa，再延续15min压力不变为合格；e．施工冻结孔时的土体流失量不得大于冻结孔体积，否则应及时进行注浆控制地层沉降；f．设计积极冻结时间不小于35天。要求冻结孔单孔流量不小于5m³/h；积极冻结7天盐水温度降至-18℃以下；开挖时盐水温度降至-28℃以下；去、回路盐水温差不大于2℃。如盐水温度和盐水流量达不到设计要求，应延长积极冻结时间；g．积极冻结时，在冻结区附近200m范围内不得采取降水措施。在冻结区内土层中不得有集中水流；h．开挖区冻结孔布置圈冻结壁与接受井支护交界处温度不高于－8℃，其他部位冻结壁平均温度为－10℃及以下；（二）盾构钢套箱结构与安装；钢套箱包括依次螺栓连接的调整环、标准环和后端盖，调整环前端与洞门钢圈焊接连接；标准环下部设有支座，标准环分为上下两半，由螺栓连接；反力系统由反力架和钢支撑组成，反力架设于后端后后端，钢支撑撑在后端盖后端的反力架上，使反力系统满足盾构进洞时套箱的受力要求，在钢套箱内先铺设低标号砂浆；安装套箱时长度根据盾构接收井的长度进行调整，由于盾构机为曲线进洞，调整环根据盾构进洞的角度预先设置出预留角度，洞门钢圈与调整环采用烧焊连接，钢套箱的法兰端与调整环采用螺栓连接；钢套箱定位时，要求钢套箱架中心线、线路中心线两条控制线重合，误差不大于1cm，在开始安装钢套箱之前，首先在基坑里确定线路中心线，也就是钢套箱的中心线，钢套箱安装完成后，对钢套箱位置进行复测，在确认与盾构机到达的中心线满足重合要求后，采用槽钢或工字钢对钢套箱左右进行加撑固定；从地面采用导管向钢套箱顶部加料口加入填仓土，使流状土充满钢套箱，剩余局部空间加水填满，确保钢套箱密封不漏。所述的水平冷冻固结与钢套箱组合盾构进洞施工方法，其特征在于：所述冻结孔的数量为59个，其中外圈布置34个，中圈布置16个，内圈布置9个，内圈中有一个冻结孔布置在洞门中心；所述的水平冷冻固结与钢套箱组合盾构进洞施工方法，其特征在于：所述测温孔有6个，在外圈均匀布设4个测温孔，在中圈和内圈之间以及内圈和洞门中心之间各布设1个测温孔；所述的水平冷冻固结与钢套箱组合盾构进洞施工方法，其特征在于：所述冷冻机组选用YSLGF300型，每组标准制冷量23.65万kcal/h，实际工况制冷量8.5万kcal/h，电机功率110kw，盐水循环泵选用IS150-125-400型，流量200m3/h，扬程32m，电机功率30kw；冷却水循环泵选用IS150-100-250型，流量100m3/h，扬程20m，电机功率11kw；冷却塔选用KST-80RT型，电机总功率8kw。所述的水平冷冻固结与钢套箱组合盾构进洞施工方法，其特征在于：所述盐水干管和集配液管均选用159×5mm无缝钢管，集配液管与羊角连接选用2″高压胶管；冷却水管选用127×4.5mm无缝钢管；水平冻结管采用20＃(Q235B)钢材的φ89×8mm的低碳无缝钢管，丝扣连接，单根长度1～2m；垂直冻结管采用20＃(Q235B)钢材的φ127×4.5mm的低碳无缝钢管；测温管均采用φ50×3mm的低碳无缝钢管；供液管选用φ40PVE管。所述的水平冷冻固结与钢套箱组合盾构进洞施工方法，其特征在于：所述盐水箱容积4.5m3；冷却水箱容积8m3，冷冻机油选用N46冷冻机油，制冷剂选用R22制冷剂，冷媒剂用氯化钙溶液作为冷冻循环盐水，盐水比重为1.26，冻结制冷施工冷却水补充量为15m3/h。本专利技术的有益效果是：为了确保盾构在复杂地质情况下成功的进行进洞施工，保证盾构进洞的安全和提高盾构进洞的成功率，故采用水平冷冻固结与钢套箱组合盾构进洞施工方法，避免了水泥系加固咬合不佳造成止水效果不好的问题；同时也解决了垂直冷冻加固法受地面施工条件限制和盾构埋深影响的问题，提高盾构施工进洞的成功率和安全性，降低盾构进洞时涌水、涌砂的风险。附图说明下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步的详细说明：图1为冻结孔和测温孔的分别示意图。图2为钢套箱的结构示意图。具体实施方式如图1所示：一种水平冷冻固结与钢套箱组合盾构进洞施工方法，以∅7.1m直径洞门，∅6.760m单圆土压平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水平冷冻固结与钢套箱组合盾构进洞施工方法，其特征在于，它包括：盾构水平冷冻加固设计与施工；冻结加固厚度设计；P=0.013H；P为洞口中心处水土压力；H为洞口中心埋深；

【技术特征摘要】
1.一种水平冷冻固结与钢套箱组合盾构进洞施工方法，其特征在于，它包括：盾构水平冷冻加固设计与施工；冻结加固厚度设计；P=0.013H；P为洞口中心处水土压力；H为洞口中心埋深；；h为冻结加固体厚度；D为加固体开挖内直径；B为系数1.2；P为洞口中心处水土压力；K为安全系数2.0；σ为抗拉折强度；水平冻结孔的布置；在洞门处布置冻结孔，冻结孔的数量为40-60个，其中外圈布置20-50个，中圈布置10-20个，内圈布置5-10个，内圈中有一个冻结孔布置在洞门中心；设置测温孔6-8个，在外圈均匀布设4-6个测温孔，在中圈和内圈之间以及内圈和洞门中心之间各布设1-2个测温孔；冷冻制冷设计冻结管的散热系数取250kcal/m2•h，冷量损失系数取1.3，采用Q=πdHKmc，其中，Q为单个洞门冻结需冷量，d为冷冻加固直径，H冻结加固厚度，K为冷量损失系数，m为冻结管散热系数，c为温差值；单个洞门冻结制冷设备包括：冷冻机组、盐水循环泵、冷却水循环泵和冷却塔；使用到的管路包括盐水干管、集配液管、冷却水管、水平冻结管、垂直冻结管、测温管和供液管；还包括盐水箱、冷却水箱、冷冻机油、制冷剂和冷媒剂；（4）冻结加固的设计要求；a．钻孔施工开孔误差不大于100mm；钻孔最大偏斜值不得大于150mm，且所有钻孔均应进行终孔测斜，并绘制钻孔偏斜图和各钻孔位置成孔图，据此确定是否补孔及补孔位置，外圈孔不进入盾构开挖面；b．冻结管、测温管管材均采用20号碳素结构钢，管路连接均采用外管箍焊接连接，选择的外管箍材质应与连接管路材质相同；c．冻结孔钻进深度不小于设计值，不大于设计0.5m，不能循环盐水的管头长度不得大于150mm；d．冻结管下放后应进行注入清水试压，试验压力为工作盐水压力的1.5-2.0倍，经试压30min压力下降不超过0.05MPa，再延续15min压力不变为合格；e．施工冻结孔时的土体流失量不得大于冻结孔体积，否则应及时进行注浆控制地层沉降；f．设计积极冻结时间不小于35天；要求冻结孔单孔流量不小于5m³/h；积极冻结7天盐水温度降至-18℃以下；开挖时盐水温度降至-28℃以下；去、回路盐水温差不大于2℃；如盐水温度和盐水流量达不到设计要求，应延长积极冻结时间；g．积极冻结时，在冻结区附近200m范围内不得采取降水措施；在冻结区内土层中不得有集中水流；h．开挖区冻结孔布置圈冻结壁与接受井支护交界处温度不高于－8℃，其他部位冻结壁平均温度为－10℃及以下；（二）盾构钢套箱结构与安装；钢套箱包括依次螺栓连接的调整环、标准环和后端盖，调整环前端与洞门钢圈焊接连接；标准环下部设有支座，标准环分为上下两半，由螺栓连接；反力系...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛艺超，姚喜民，凌建宝，
申请(专利权)人：上海宝冶集团有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31