一种土压平衡盾构液氮垂直冻结和水下接收综合施工方法技术

本发明专利技术公开了一种土压平衡盾构液氮垂直冻结和水下接收综合施工方法，包括以下步骤：液氮垂直冻结施工，洞门破除和水下接收；采用旋喷桩加固盾构接收处土体，采用垂直冻结孔液氮冻结达到加固要求后凿除洞门后采用水中进洞，盾构机掘进施工；本发明专利技术的施工方法，影响范围小，施工周期短，安全可靠，利用液氮垂直冻结技术进行端头加固，预防地面坍塌，结合水中接收技术，可完全避免洞门涌水涌沙风险；较常规的地面水泥系加固工艺，液氮垂直冻结将加固体的长度由10米降低到1米内，对端头上方的场地需求大大降低，液氮冻结周期7天左右，比盐水水平冻结的加固周期缩短约40天。

A comprehensive construction method of liquid nitrogen vertical freezing and underwater receiving for EPB shield

【技术实现步骤摘要】
一种土压平衡盾构液氮垂直冻结和水下接收综合施工方法
本专利技术涉及地铁施工
，具体说是一种土压平衡盾构液氮垂直冻结和水下接收综合施工方法。
技术介绍
随着经济的发展，城市地铁建造规模逐步扩大，盾构掘进穿越富水地层等不良地质条件的工程也越来越多，冻结法施工是解决富水地层施工难题的有效手段，可有效防止突涌水灾害，改善地层特征和施工环境，但是目前的土压平衡盾构施工中采用冻结法施工存在效率低，水下接收困难等技术难题。目前盾构法施工存在的风险主要集中在盾构始发和接收过程，尤其是富水砂层，很容易出现涌水涌沙现象，尤其是在城市核心区域，地面环境复杂，因而洞门涌水涌沙产生的影响较大。目前普遍的做法有两种，一种是地面进行水泥注浆加固，结合洞门安装密封结构后进行常规接收；但是该工艺对地面环境要求高，加固质量不易保证，容易出现加固薄弱区，造成接收失败的现象；另一种是采用水平冻结加固形式，但是施工周期长，易出现冻胀融沉现象，对地面建筑物影响较大，并且接收期间容易出现施工不连续，或者局部流水，因而会导致冻结失效，出现涌水涌沙和地面坍塌的现象。因地铁车站的站位设计需要，接收端头的位置普遍靠近城市主干道、高层建筑、地铁站或者现有地铁站接收端头往往场地狭小，存在各种管线，或对地层沉降控制极为苛刻，因此，采用常规的加固形式和接收方式不能满足当前施工的需要。
技术实现思路
为解决传统端头加固工艺对地面场地要求高，加固工艺工期长，对环境影响大，并且传统接收方式无法避免洞门涌水涌沙的技术问题，本专利技术的目的是提供一种土压平衡盾构液氮垂直冻结和水下接收综合施工方法。本专利技术为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种土压平衡盾构液氮垂直冻结和水下接收综合施工方法，包括以下步骤：液氮垂直冻结施工，洞门破除和水下接收；采用旋喷桩加固盾构接收处土体，采用垂直冻结孔液氮冻结达到加固要求后凿除洞门后采用水中进洞，盾构机掘进施工。优选的，液氮垂直冻结施工包括以下步骤：一、施工前的准备工作，如进场、加工件组织等；二、钻孔定位及开孔，钻冻结管及测斜，冻结管打压，下冻结器后连接冻结器；及冻结系统部分安装；三、冻结系统调试后积极冻结；四、破除围护结构，拔除盾构机顶进范围内的冻结管，用水泥砂浆预制块及快干水泥密闭封堵，盾构机进洞，停冻封孔、注浆后撤场。优选的，冻结系统部分安装包括液氮制冷系统安装，供液管安装，液氮管路安装和液氮测温点设置。优选的，积极冻结为液氮积极冻结后进行探孔并维护冻结，其中液氮积极冻结时首先对冻结器进行预冷，分为气态氮预冷和液态氮预冷，然后进行冻结。优选的，洞门破除是指在盾构接收前，对接收洞门范围内的地下连续墙结构进行人工分层凿除，包括以下步骤：㈠、搭设脚手架；㈡、破除外侧10厘米混凝土，割除背土侧钢筋；㈢、在探孔无水流出、冻结完成交圈后，破除50cm混凝土，破除完成后将混凝土碴清理干净；㈣、通过测温孔检测温度是否完成冻结，温度满足设计要求后，破除混凝土厚度30cm，并将破除混凝土碴清理吊运出基坑；㈤、水下接收准备工作就位后，在12小时内完成地下连续墙剩余10cm混凝土及外侧钢筋破除，并将混凝土碴清理完毕，冻结掌子面裸露时间不超过2天；㈥、拆除脚手架清理现场。优选的，水下接收包括接收准备，水下接收系统安装，隧道内接收、接收端头和接收井；其中接收准备包括水平探孔和洞门密封，其中水平探孔为在盾构接收前，通过在洞门范围内做水平探孔，对端头加固效果进行检测，重点对洞门底部靠近砂卵石层的加固效果进行加密检测；洞门密封是在盾构机进入加固区前完成洞门密封结构的安装，在翻板外侧增加钢丝收紧功能，增强密封帘布的密封效果，并通过水钻取孔，在洞门钢环外侧预埋应急注浆孔，与洞门钢环内部连通。优选的，水下接收系统包括挡水墙结构，临时板支撑和注排水系统。优选的，隧道内接收包括设备维保，二次注浆、环箍注浆，应急物资准备，轨道巡查与维护、管片拼装质量控制、螺栓三次复紧；现场监控室值班，恢复掘进前队施工所需人、料、机进行排查，确保施工连续，确认管片拼装型号，下达刀盘不停转的指令，做好刀盘被冻结的预防措施，恢复掘进前对作业人员进行安全教育；接收端头包括竖向冻结期间观测、冻结管拔除，降水井启用停用、水位观测、降水记录，地面、管线沉降观测、数据报送，与第三方做好对接，端头上方管线标示，应急物资准备、储存、使用管理，风险源辨识细化公示，明确应急组织人员组成与分工；接收井工作为蓄水池水注入、洞门密封结构安装、使用，蓄水池水位观测及调整，灌水前打设洞门密封帘布收紧工作平台，洞门凿除、清理和安全管理，蓄水池挡水墙浇筑、巡视、拆除，对挡水墙布置变形监测点并实施监督。本专利技术相比现有技术具有以下优点：本专利技术的一种土压平衡盾构液氮垂直冻结和水下接收综合施工方法，采用液氮垂直冻结法形成冻结壁，然后采用洞门连续墙分步凿出，分层剥离，全过程不停机，能够防止刀盘冻结，确保洞门破除对液氮冻结的影响，避免洞门发生涌水涌沙风险，确保作业人员和盾构接收安全；本专利技术的一种土压平衡盾构液氮垂直冻结和水下接收综合施工方法，影响范围小，施工周期短，安全可靠，利用液氮垂直冻结技术进行端头加固，预防地面坍塌，结合水中接收技术，可完全避免洞门涌水涌沙风险。较常规的地面水泥系加固工艺，液氮垂直冻结将加固体的长度由10米降低到1米内，对端头上方的场地需求大大降低，液氮冻结周期7天左右，比盐水水平冻结的加固周期缩短约40天，并且采用盾构水下接收，可完全稳定地下水土流动，避免洞门涌水涌沙风险。本专利技术的一种土压平衡盾构液氮垂直冻结和水下接收综合施工方法，能够保证盾构在富水地层中的施工安全、掘进效率和施工质量；并且在原旋喷桩加固地层中利用垂直冻结孔液氮冻结进行加固地层，液氮垂直冻结施工效率高、效果好，对周边环境影响小，现场工况满足施工条件，解决了洞门破除期间容易发生涌水涌沙的问题；垂直冻结使地连墙外侧形成不透水的板块，为盾构接收凿除洞门提供条件，冻结壁不仅起到封水作用，而且起到承载作用；通过优化洞门破除工艺流程，并在盾构接收下沉井内浇筑临时挡水墙，采用水下接收，降低了盾构接收期间的涌水风险。附图说明图1为液氮垂直冻结施工的流程示意图；图2为洞门破除的流程示意图。具体实施方式本专利技术的目的是提供一种土压平衡盾构液氮垂直冻结和水下接收综合施工方法，通过以下技术方案实现：一种土压平衡盾构液氮垂直冻结和水下接收综合施工方法，包括以下步骤：液氮垂直冻结施工，洞门破除和水下接收；采用旋喷桩加固盾构接收处土体，采用垂直冻结孔液氮冻结达到加固要求后凿除洞门后采用水中进洞，盾构机掘进施工。优选的，液氮垂直冻结施工包括以下步骤：一、施工前的准备工作，如进场、加工件组织等；二、钻孔定位及开孔，钻冻结管及测斜，冻结管打压，下冻结器后连接冻结器；及冻结系统部分安装；三、冻结系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种土压平衡盾构液氮垂直冻结和水下接收综合施工方法，其特征在于：包括以下步骤：液氮垂直冻结施工，洞门破除和水下接收；采用旋喷桩加固盾构接收处土体，采用垂直冻结孔液氮冻结达到加固要求后凿除洞门后采用水中进洞，盾构机掘进施工。/n

【技术特征摘要】
1.一种土压平衡盾构液氮垂直冻结和水下接收综合施工方法，其特征在于：包括以下步骤：液氮垂直冻结施工，洞门破除和水下接收；采用旋喷桩加固盾构接收处土体，采用垂直冻结孔液氮冻结达到加固要求后凿除洞门后采用水中进洞，盾构机掘进施工。


2.根据权利要求1所述的一种土压平衡盾构液氮垂直冻结和水下接收综合施工方法，其特征在于：液氮垂直冻结施工包括以下步骤：
一、施工前的准备工作；
二、钻孔定位及开孔，钻冻结管及测斜，冻结管打压，下冻结器后连接冻结器；及冻结系统部分安装；
三、冻结系统调试后积极冻结；
四、破除围护结构，拔除盾构机顶进范围内的冻结管，用水泥砂浆预制块及快干水泥密闭封堵，盾构机进洞，停冻封孔、注浆后撤场。


3.根据权利要求2所述的一种土压平衡盾构液氮垂直冻结和水下接收综合施工方法，其特征在于：冻结系统部分安装包括液氮制冷系统安装，供液管安装，液氮管路安装和液氮测温点设置。


4.根据权利要求2所述的一种土压平衡盾构液氮垂直冻结和水下接收综合施工方法，其特征在于：积极冻结为液氮积极冻结后进行探孔并维护冻结，其中液氮积极冻结时首先对冻结器进行预冷，分为气态氮预冷和液态氮预冷，然后进行冻结。


5.根据权利要求1所述的一种土压平衡盾构液氮垂直冻结和水下接收综合施工方法，其特征在于：洞门破除是指在盾构接收前，对接收洞门范围内的地下连续墙结构进行人工分层凿除，包括以下步骤：
㈠、搭设脚手架；
㈡、破除外侧10厘米混凝土，割除背土侧钢筋；
㈢、在探孔无水流出、冻结完成交圈后，破除50cm混凝土，破除完成后将混凝土碴清理干净；
㈣、通过测温孔检测温度是否完成冻结，温度满足设计要求后，破除混凝土厚度30cm，并将破除混凝土碴清理吊运出基坑；
㈤、水下接收准备工作就位后，在12小时内完成地下连续墙...

【专利技术属性】
技术研发人员：张德文，耿传政，李文，乔晓磊，
申请(专利权)人：中铁十四局集团隧道工程有限公司，中铁十四局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37