一种冻结加固装置及其盾构对接加固方法

1.本发明涉及盾构对接施工辅助技术领域，特别涉及一种冻结加固装置及其盾构对接加固方法。


背景技术：

2.盾构对接是指两台盾构机在地层中相向掘进至对接地点，在地层中进行对接以完成整条隧道的施工，一般适用于埋深大且距离长的盾构隧道施工。
3.盾构对接分为土木式对接和机械式对接两种方式，其中土木式对接法较为常用。土木式对接法是通过对接地点将地层进行加固处理，达到止水和防止地层失稳的效果，然后完成盾构拆卸并施作隧道衬砌。常规的加固方法有地面地层加固、隧道内注浆辅助法和冻结辅助法。
4.对接使用冻结法进行冻结施工，根据土木式对接法，两台盾构机掘进至一定距离时，开始进行两台盾构机轴线相互位置调整，而后继续掘进至最短距离。两台盾构机靠拢后，开始拆除盾构机内设备，并进行冻结施工，在刀盘外围形成冻土帷幕。确认冻结范围后，开始拆除盾构刀盘，并进行两台盾构机连接的钢板焊接施工。拆除刀盘时，按照分段分部拆除，拆除后立即焊接钢板封闭暴露面。盾构对接中的冻结法是在一侧或双侧盾构中安装冻结器进行冻结，使得盾构对接处地层冻结形成封闭、高强的冻土帷幕，阻止地下水进入对接工作面、抵抗外部水土压力，给盾构对接工作提供既有强度又有封水性的临时保护结构。
5.然而，上述的冻结法流程较为繁杂，必须拆除盾构机机内设备，再向土中插一定数量的冻结管，存在着冻结施工繁琐的缺点。


技术实现要素：

6.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
7.为此，本发明提出一种冻结加固装置，能够提高冻结施工的效率，缩短施工工期。
8.本发明还提出一种应用于冻结加固装置的盾构对接加固方法。
9.根据本发明第一方面实施例的冻结加固装置，包括：
10.盾构机本体；
11.可拆卸锚栓，所述可拆卸锚栓设置于所述盾构机本体沿推进方向的端部的内壁，所述可拆卸锚栓连接有吊环；
12.冻结管，所述冻结管通过所述可拆卸锚栓和所述吊环相互配合而贴合固定于所述盾构机本体的内壁，所述冻结管用于传输能够传递地层中热量的冷媒介质。
13.根据本发明实施例的冻结加固装置，至少具有如下有益效果：在盾构机本体沿推进方向的端部的内部设置有可拆卸锚栓，通过可拆卸锚栓和吊环相互配合而使得冻结管紧贴在盾构机本体的内壁上，当在冻结管中传输冷媒介质的时候，就能够将与盾构机接触的地层热量带走，从而使得地层形成冻土帷幕，实现冻结施工，通过上述技术方案，能够提高冻结施工的效率，缩短施工工期。
14.根据本发明的一些实施例，所述冻结管呈圆环状而设置于所述盾构机本体的内壁。
15.根据本发明的一些实施例，所述冻结管为无缝低碳钢管。
16.根据本发明的一些实施例，所述冻结管为pvc、ppr、abs、pe塑料管中的任意一种。
17.根据本发明的一些实施例，所述可拆卸锚栓和所述吊环均由塑料制成。
18.根据本发明的一些实施例，所述冻结管的直径为32毫米或者60毫米。
19.根据本发明的一些实施例，所述冻结管设置有用于供冷媒介质进入的进液口。
20.根据本发明的一些实施例，所述冻结管设置有用于供冷媒介质输出的出液口。
21.根据本发明第二方面实施例的盾构对接加固方法，应用于上述的冻结加固装置，所述方法包括：
22.当两台所述盾构机本体之间的距离达到预设距离阈值的情况下，利用所述冻结管传输冷媒介质而使得所述盾构机本体外壁上的地层形成冻土帷幕；
23.在所述冻土帷幕中设置若干条测温管；
24.当所述测温管测量的温度达到预设温度阈值，进行盾构对接处理。
25.根据本发明实施例的盾构对接加固方法，至少具有如下有益效果：当两台盾构机本体之间的距离达到预设距离阈值的情况下，利用冻结管传输冷媒介质而使得盾构机本体外壁上的地层形成冻土帷幕；在冻土帷幕中设置若干条测温管；当测温管测量的温度达到预设温度阈值，进行盾构对接处理；通过上述技术方案，能够提高冻结施工的效率，缩短施工工期。
26.根据本发明的一些实施例，所述进行盾构对接处理，包括：
27.对所述盾构机本体的管片进行防松处理，对所述盾构机本体进行解体处理；
28.对两台所述盾构机本体的外层盾壳焊接防水钢板环；
29.对两台所述盾构机本体的对接段进行衬砌处理。
30.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
31.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
32.图1为本发明一个实施例提供的冻结加固装置的结构示意图；
33.图2为本发明一个实施例提供的冻结加固装置的局部剖面图；
34.图3为本发明一个实施例提供的盾构对接的示意图；
35.图4为本发明一个实施例提供的盾构对接加固方法的流程图；
36.图5为本发明一个实施例提供的盾构对接加固方法的盾构对接处理的具体流程图。
37.附图标记：
38.盾构机本体100、冻结管200、可拆卸锚栓300、吊环400、盾尾注浆固结体500、冻土帷幕600。
具体实施方式
39.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
40.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
41.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
42.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
43.参照图1至图3，根据本发明第一方面的一个实施例提供了一种冻结加固装置，包括：盾构机本体100；可拆卸锚栓300，可拆卸锚栓300设置于盾构机本体100沿推进方向的端部的内壁，可拆卸锚栓300连接有吊环400；冻结管200，冻结管200通过可拆卸锚栓300和吊环400相互配合而贴合固定于盾构机本体100的内壁，冻结管200用于传输能够传递地层中热量的冷媒介质。
44.需要说明的是，在盾构机本体100沿推进方向的端部的内部设置有可拆卸锚栓300，通过可拆卸锚栓300和吊环400相互配合而使得冻结管200紧贴在盾构机本体100的内壁上，当在冻结管200中传输冷媒介质的时候，就能够将与盾构机接触的地层热量带走，从而使得地层形成冻土帷幕600，实现冻结施工，通过上述技术方案，能够提高冻结施工的效率，缩短施工工期。
45.需要说明的是，盾构机本体100的盾尾注浆固结体500能够对衬砌管片进行固定处理。
46.值得注意的是，由于盾构机本体100的内壁是金属，具有导热性，使得盾构机的外壁起到一个冻结板的作用。可拆卸锚栓300与吊环400使得冻结管200尽量贴合盾构机内壁，使得冻结管200尽量贴合盾构机本体100内壁，可保证最佳的冻结效果。
47.需要说明的是，冷媒介质可以为液态氮，液态氮是一种具有惰性的，无色，无臭，无腐蚀性，不可燃，温度极低的气体。通过在冻结管200中传输液态氮就可以将地层中的热量转移，使得地层中形成冻土，很好地防止地下水渗透，进而有利于进行后续的盾构对接处理。
48.在本发明的一些具体实施例中，冻结管200呈圆环状而设置于盾构机本体100的内壁。冻结管200呈圆环状而设置于盾构机本体100的内壁，使得冻结管200与盾构机本体100具有较大的接触面积，从而更加快速地将热量进行传递，保证较佳的冷冻效果。
49.在本发明的一些具体实施例中，冻结管200为无缝低碳钢管。无缝低碳钢管具有较强的耐低温和耐腐蚀特性，以便于进行冷媒介质传输。
50.在本发明的一些具体实施例中，冻结管200为pvc、ppr、abs、pe塑料管中的任意一种。pvc、ppr、abs、pe塑料管均具有较强的耐低温和耐腐蚀特性，并且成本较低。
51.在本发明的一些具体实施例中，可拆卸锚栓300和吊环400均由塑料制成。当可拆卸锚栓300和吊环400均由塑料制成的情况下，冻结施工结束后只需去除冻结管200，无需将可拆卸锚栓300和吊环400整体从槽中取出，以便于下一次使用此工法施工，实现循环利用。
52.在本发明的一些具体实施例中，冻结管200的直径为32毫米或者60毫米。冻结管200的直径为32毫米或者60毫米，从而很好地实现冷媒介质传递；冻结管200有多条，冻结管200之间的间距可以设定在0.5米-0.8米之间。
53.在本发明的一些具体实施例中，冻结管200设置有用于供冷媒介质进入的进液口。冻结管200还设置有用于供冷媒介质输出的出液口。通过进液口和出液口，使得冷媒介质能够循环进行传递，使得地层形成冻土帷幕600。此外，进液口和出液口处均设置有橡胶垫圈，保证两通孔处的密封性，不会造成冷媒介质的浪费。
54.需要说明的是，将液氮储罐及槽车停在隧道始发井外，利用管路将液氮输送至盾构对接处冻结工作面的冻结管200中，经循环吸收地层热量，通过集气管收集汽化氮气，再利用排气管将其排至隧道外空旷处，此种方法较盐水冻结具有冻结系统简单、温度低、冻结速度快、稳定性好、冻土强度高等优点，且冻结加固土体形式灵活，冻结规模可以根据工程实际情况而定。
55.如图4所示，根据本发明第二方面的一个实施例提供了一种盾构对接加固方法，，应用于上述实施例中的冻结加固装置，方法包括但不限于步骤s10、步骤s20和步骤s30：
56.s10，当两台盾构机本体之间的距离达到预设距离阈值的情况下，利用冻结管传输冷媒介质而使得盾构机本体外壁上的地层形成冻土帷幕；
57.s20，在冻土帷幕中设置若干条测温管；
58.s30，当测温管测量的温度达到预设温度阈值，进行盾构对接处理。
59.需要说明的是，当两台盾构机本体之间的距离达到预设距离阈值的情况下，利用冻结管传输冷媒介质而使得盾构机本体外壁上的地层形成冻土帷幕；接着在冻土帷幕中设置若干条测温管；然后当测温管测量的温度达到预设温度阈值，进行盾构对接处理。
60.如图5所示，在本发明的一些具体实施例中，上述步骤s30可以包括但不限于步骤s31、步骤s32和步骤s33。
61.s31，对盾构机本体的管片进行防松处理，对盾构机本体进行解体处理；
62.s32，对两台盾构机本体的外层盾壳焊接防水钢板环；
63.s33，对两台盾构机本体的对接段进行衬砌处理。
64.需要说明的是，首先对盾构机本体的管片进行防松处理，对盾构机本体进行解体处理，然后对两台盾构机本体的外层盾壳焊接防水钢板环，最后对两台盾构机本体的对接段进行衬砌处理。
65.值得注意的是，在矩形冻土帷幕中设置有若干测温管，测温管中设置有测温计，测温计与外部显示装置连接，测温管直径可以为45mm。
66.在盾构对接的过程中，需要说明的是，盾尾形成盾尾注浆固结体，除盾尾外，前体与中体均采用双层盾壳。拆卸时外层盾壳留在地层中，其它部件拆除后，在两台盾构留下的外层盾壳之间焊接防水钢板环作为洞内拆机的支护。在完整的钢板环保护下，可安全地进
行盾构各部件拆卸。
67.刀盘、前体、中体采用易于拆卸的分块设计方式，根据隧道内径大小，控制拆卸后的单件重量可适当分为3-6块，各块之间可采取高强螺栓连接，以便拆卸与重新拼装。
68.主轴承为盾构的重要部件，通常均采用高强度螺栓与盾壳和刀盘相连接，比较易于拆除，应适当控制主轴承的结构大小，以利于拆卸。
69.为提前准确掌握对接盾构的相对位置，保证最终对接精度，需采取下述方法对盾构的相对位置进行探测。
70.在盾构制造过程中，一般均会在盾构中体钢结构上分布8-1个盾构姿态测量点，并提供各测量点与盾构中线及刀盘中心的相对坐标，通过隧道内布设的导线和水准点测量各点的坐标及高程，然后即可计算得出盾构中心坐标与高程、盾构竖直与水平倾角等数据。以先行盾构的位置与姿态为基准，对后行盾构的掘进方向与姿态进行控制。一般在后行盾构与先行盾构相距200、100、50、30m时，应分别测量、计算一次盾构的坐标与姿态，30m以前主要进行方向调整，30m以后主要进行姿态调整。
71.由两台盾构机分别测定的坐标和高程确定的对接精度，受测量误差影响较大。在盾构对接工程中，当隧道长度计算测量误差累计值大于允许对接偏差时，不能单独采用本方法，还必须钻孔直接探测盾构相对位置。
72.先行盾构机到达预定位置并完成部分部件拆卸后，在后行盾构机距离先行盾构约50m时，从先行盾构机内向后行盾构钻设探测孔，安装测量管，利用磁性探测系统和γ线探测系统直接对后行盾构机位置进行测量，后行盾构机根据测量结果对掘进方向与姿态进行控制，修正掘进20m后再进行一次测量，再对掘进方向与姿态进行调整、继续修正掘进至对接里程。
73.为防止盾构对接解体后管片松动，在盾构解体前应将最后环管片进行纵向连接。先行盾构到达预计对接里程后，为防止盾构后退，必须将盾壳牢固的支撑在最后一环管片上。
74.为便于先行盾构对后行盾构的位置探测，先行盾构机需拆除部分部件，这些部件一般包括管片安装机、主轴承、中体等。
75.对接段大都采用有钢筋混凝土管片或钢管片进行衬砌，必须做好管片防水和与已拼装管片的连接。
76.结合工程特点、土层条件及施工现场情况对冻结帷幕厚度进行设计。冻结管在可拆卸锚栓与吊环的作用下紧贴接盾构机内壁，应保证在土体中形成高度大于2m的矩形冻土帷幕。
77.在两台对接盾构机内沿着盾构内壁圆周均匀布置冻结管，冻结管管布置原则为保证冻结管开孔间距为0.5-0.8m。冻结管直径一般为32或60mm。冻结管材质通常为无缝低碳钢管，也可以采用pvc、ppr、abs、pe等塑料管。
78.目的主要是测量冻结帷幕范围不同部位的温度发展状况，以便采取相应控制措施，确保施工的安全。测温管直径一般为45mm。
79.需要说明的是，由于本实施例中的盾构对接加固方法与上述实施例中的冻结加固装置基于相同的发明构思，因此，方法实施例中的相应内容同样适用于本系统实施例，此处不再详述。
80.本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包括计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
81.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
82.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。