一种盾尾刷更换时环形冻结加固止水结构及其施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种盾尾刷更换时环形冻结加固止水结构，所述加固止水结构是利用环形冻结管施工设备在需要更换盾尾刷位置的土体中埋设1～2根环形冻结管，然后采用人工冻结的方式使环形冻结管周围的土体形成临时的环形冻土帷幕加固止水结构，具体工艺流程为施工准备→环形冻结管钻孔施工→冻结系统和测温系统安装→积极冻结(温度监测)→拆除管片更换盾尾刷(维护冻结)→强制解冻→环形冻结管拔除(封孔)→壁后注浆→盾构继续推进，施工方法简单，易操作实现，具有施工实用性强、施工质量控制方便、加固效果特别是止水效果好且安全可靠等突出优点，具有较大的推广应用价值。
【专利说明】
一种盾尾刷更换时环形冻结加固止水结构及其施工方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种盾尾刷更换时加固止水结构，具体涉及一种盾尾刷更换时环形冻 结加固止水结构及其施工方法。
【背景技术】
[0002] 不管是土压平衡盾构机还是泥水平衡盾构机，都是在封闭的环境下作业，盾构机 内应该是干燥的。但是，由于种种原因，盾构机内部会出现不同程度的渗水、渗泥浆等现象， 且盾构机内部渗漏现象主要集中在盾尾。如何防治与控制盾尾渗漏问题是盾构隧道施工中 又一关键课题。盾尾渗漏主要是由于管片组装不当、背填注浆不利、油脂量和压力不足、盾 尾刷损坏等造成的。
[0003] 由于管片拼装不当、盾构长距离掘进等原因，盾尾刷会不可避免的出现损坏，根据 经验，在盾构正常运作状态下盾尾刷的寿命一般在2.5km左右;盾尾刷的损坏会导致盾尾密 封性下降，严重的会影响盾构正常掘进，在这种情况下，需对损坏的盾尾刷进行更换；以往 的工程实践中盾尾刷更换大都采用加大盾尾同步注浆量以及改变注浆配比以加快浆液凝 固等措施。然而，注浆法的地层不适应性、注浆帷幕的连续性差、均匀性差、注浆土体与盾构 及管片的胶结缺乏柔性和韧性的不利因素是客观存在的，可导致封水性差的风险隐患。对 于饱水软土、注浆均匀性差的地层，水底隧道以及盾尾刷更换工期长等条件下的高风险工 程，注浆封水仍无百分之百的把握;相较于注浆止水层，冻结法形成的冻土帷幕具有连续性 好、均匀性好、封水性好、柔韧性好、强度高等优点。因此，人工冻结法开始广泛运用到盾尾 刷更换施工中来。
【发明内容】
[0004] 针对上述存在的技术问题，本发明的目的是:提出一种盾尾刷更换时环形冻结加 固止水结构及其施工方法，具有施工实用性强、施工质量控制方便、加固效果特别是止水效 果好且安全可靠等突出优点，具有较大的推广应用价值。
[0005] 本发明的技术解决方案是这样实现的：一种盾尾刷更换时环形冻结加固止水结 构，所述加固止水结构是利用环形冻结管施工设备在需要更换盾尾刷位置的土体中埋设1 ~2根环形冻结管，然后采用人工冻结的方式使环形冻结管周围的土体形成临时的环形冻 土帷幕加固止水结构。
[0006] 优选的，所述环形冻结管材质通常为无缝低碳钢管，也可以采用PVC、PPR、ABS、PE 塑料管。
[0007] 优选的，所述环形冻结管截面为圆形，也可以采用〃工字形〃、〃X形〃、〃T形〃、〃Y形〃 异形截面。
[0008] -种盾尾刷更换时环形冻结加固止水结构的施工方法具体包括如下工艺步骤：
[0009] -、工艺流程设计
[0010] 施工准备-环形冻结管钻孔施工-冻结系统和测温系统安装-积极冻结(温度监 测拆除管片更换盾尾刷(维护冻结强制解冻-环形冻结管拔除(封孔壁后注浆4 盾构继续推进；
[0011] 二、冻结设计
[0012] (1)环形冻结孔布置
[0013] 借助环形冻结管施工设备在更换盾尾刷的管片外土体的预定位置上埋设1~2根 环形冻结管，该环形冻结管在更换盾尾刷管片外土体一般为1排布置，封水要求高的情况下 也可布置2排环形冻结管；
[0014] (2)测温孔布置
[0015] 根据钻孔的偏斜情况对测温孔的位置进行调整；
[0016] 三、制冷系统设计
[0017] ⑴参数选取
[0018] 1)环形冻结管宜选用cp 127x4.5 mm无缝低碳钢管；
[0019] 2)采用盐水冷媒介质时，冻结期去路盐水温度为-28~-30°C，回路盐水温度为-25 ~-28。。；
[0020] 3)盐水比重 1.26;
[0021] 4)冻结管内盐水流量5m3/h;
[0022] 5)冻结管散热能力：260Kcal/m2.h;
[0023] 6)冷量损失系数：1.2;
[0024] (2)需冷量计算
[0025] 冻结需冷量计算:Q=i .2 ? Ji ? d ? H ? K [0026] 式中：H-冻结总长度；
[0027] d_冻结管直径；
[0028] K-冻结管散热系数；
[0029] (3)冻结站设置、机组选型及数量 [0030] (4)盐水系统
[0031] 1)盐水干管、集配液圈选型：屮159x5mm焊管加工制作；
[0032] 2)氯化钙(80 %晶体)总用量：15吨；
[0033] 3)盐水栗选型：选用3台IS150-125-315型离心式水栗（其中一台备用），流量 200m3/h，电机30kw;
[0034] (5)清水系统
[0035] 1)清水管选型：q> 133 x 4.5mm焊管加工制作；
[0036] 2)选用8m3清水箱3个；
[0037] 3)新鲜水补充量:30m3/h;
[0038] 4)选用3台IS150-125-315型离心式水栗，流量200m3/h，电机30kw;
[0039] 5)选用KST-80型冷却塔4台；
[0040] (6)冻结管设计
[0041]环形冻结管宜选用(p 127父4.5阳〇1无缝低碳钢管，也可选用屮1〇8父8阳阳 无缝低碳钢管;供液管选用cp 45x4mm无缝钢管；
[0042]四、钻孔施工工艺:钻孔准备-冻结孔测量定位-钻机安装找正-正常钻进-复 测、检漏-单孔完成-钻孔结束；
[0043] 五、冻结施工工艺:流程为生产准备-基础施工-上述设备安装-试压、包扎保温 -充氟、试运转-正常运转-盾尾刷更换-拆除-撤场;在充氟、试运转过程之前还需要进 行冻结器安装和冻结孔验收，在充氟、试运转过程中进行冷却水供给；
[0044]六、判断盾尾刷更换时是否满足以下条件
[0045] (1)积极冻结时间达到或超过30天，盐水冻结效果达到设计要求；
[0046] (2)根据测温孔测温推测环形冻土帷幕有效厚度达到1.8米，环形冻土帷幕平均温 度达到-10°c;
[0047] (3)测温孔温度都达到零度以下；
[0048] (4)施工应急预案完善，并具有可操作性；
[0049] (5)盾尾刷更换之前，在靠近环形冻土帷幕的盾尾刷附近管片位置分别开两个探 测观察孔，无水流出；
[0050] 七、冻结管拔除工艺具体包括以下顺序工艺步骤:强制解冻-盐水加热-盐水循 环-解冻测量-冻结管起拔；
[0051 ]八、冻胀与融沉控制
[0052] (1)在冻结管拔出后，要及时地将冻结孔洞用黄砂充填密实；
[0053] (2)在冻土体的融化阶段，可利用隧道管片的注浆孔向冻结加固区进行注浆压密 加固冻融土体；因冻土体的自然融化过程缓慢，宜采取小压力、多注次的方式进行注浆，注 浆压力一般为0.2~0.5MPa，浆液宜选用单液水泥浆；
[0054] (3)为了预防冻胀和融沉，设计选用标准制冷量较大的冷冻机组，在短时间内把盐 水温度降到设计值，以加快冻土发展，提高冻土强度，减少冻胀和融沉量；
[0055] (4)掌握和调整盐水温度和盐水流量，必要时可采取间歇式冻结，控制冻土发展 量，以减少冻胀和融沉；
[0056]九、盾尾刷更换
[0057]先推进到lm左右，进行圆管的焊接加长千斤顶，再进行推进，直到第一道盾尾砂完 全露出；停止推进，直接进行整圈跟换；跟换完毕后，测量定位，加焊盾尾间隙支垫，在用加 长臂进行管片拼装，顶推管片滑行，与上一环距离100mm，对孔、穿螺栓、顶推、新老管片对 接、螺栓紧固推进，圆管支撑脱出后割除；
[0058] (1)更换盾尾刷时预留出盾环向后3环范围下半圆2-3个注浆孔，并安装球阀，备用 漏水后注浆或注入聚氨酯；
[0059] (2)暴露盾尾刷，清除盾尾刷之间密封槽内的废油脂与砂浆；
[0060] (3)对盾尾刚进行检查，对磨损严重没有使用价值的盾尾刷直接割除，并对割除区 域进行磨光处理;耐磨损较轻只是被砂浆固结的盾尾刷进行清理，清理时采用钢筋钩梳理 盾尾刷，盾尾刷清理要彻底;割除的部分要重新焊接新的盾尾刷，用焊条对密封盾尾刷进行 重新焊接，焊接质量要求相邻盾尾刷之间的间距不大于3_;对盾尾刷和盾尾刷之间的密封 槽重新涂抹盾尾密封油脂；
[0061] (4)量测盾尾四周间隙并记录，制做尾盾上加焊盾尾间隙支撑圆管，圆管对管片起 到支撑作用，避免管片下落到盾壳上，使管片与上一环保持相同的盾尾间隙，确保新安装环 与上一环同心；
[0062] (5)安装管片，安装管片遵循从下向上安装的顺序，封顶K块选择II点或I点位置； 当整环拼装完成后，便向后推移管片;顶推整环拼装管片，与上一环距100mm;在两环管片相 距10mm时开始穿入螺栓，管片螺栓从已安装管片穿向新拼管片；当管片到位时，10组千斤顶 同时加力，以便两环管片接触紧密，反复紧固整环所有螺栓；
[0063] (6)管片安装到位后，要用盾尾油脂栗栗送盾尾密封油脂，填充人工涂抹不密实的 盾尾刷凹槽和盾尾刷；
[0064] (7)可设置盾尾油脂栗的工作压力，达到设定压力值后方可停止;恢复正常推进， 焊接的支撑钢板脱出管片后，进行割除，对盾壳做打磨处理；
[0065] (8)更换中采取土压保持措施，防止机体重心前移，造成姿态、间隙、盾尾整圆度发 生变化；
[0066] (9)安装管片，恢复掘进;完成一系列工作后，拼装管片，管片拼装前量测盾尾间 隙，进行管片选型；由于盾尾底部长时间受力，底部盾尾间隙较大，而上部盾尾间隙过小，管 片安装时，按先上后下进行;管片完成安装后，对盾尾注入足量油脂后方可恢复掘进；
[0067] 十、密封刷更换后的保护措施包括填充油脂、密封刷抹油、密封槽填充油脂和清理 盾壳底部。
[0068] 由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
[0069] 本发明与盾尾刷更换时预制冻结管片冻结止水相比，可应对突发性事故，打孔形 式灵活多样，可根据现场实际情况进行调整；与沿着管片直接打孔布设一周冻结管加固止 水相比，只是在管片上布设了 1-2个冻结孔，对管片的结构耐久性造成的影响不大，对盾构 隧道结构稳定性无不利影响，具有施工实用性强、施工质量控制方便、加固效果特别是止水 效果好且安全可靠等突出优点，具有较大的推广应用价值。
【附图说明】
[0070] 下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
[0071] 附图1为本发明的盾尾刷更换时环形冻结加固止水结构示意图；
[0072] 附图2为本发明中盾尾刷更换时环形冻结加固止水结构施工流程图；
[0073]附图3为本发明中的钻孔施工流程图；
[0074]附图4为本发明中的冻结施工流程；
[0075]附图5为本发明中的盾尾刷更换施工流程图；
[0076]其中：1、盾尾刷;2、土体;3、环形冻结管;4、管片。
【具体实施方式】
[0077]下面结合附图来说明本发明。
[0078] 如附图1所示的本发明的盾尾刷更换时环形冻结加固止水结构，是利用环形冻结 管施工设备在需要更换盾尾刷1位置的土体2中埋设1~2根环形冻结管3,然后采用人工冻 结的方式使环形冻结管3周围的土体2形成临时的环形冻土帷幕加固止水结构。
[0079] 本发明的盾尾刷更换时环形冻结加固止水结构施工工艺与注意事项如下：
[0080] 一、施工工艺流程
[0081] 施工准备-环形冻结管钻孔施工-冻结系统和测温系统安装-积极冻结(温度监 测)-拆除管片更换盾尾刷(维护冻结)-强制解冻-环形冻结管拔除(封孔)-壁后注浆- 盾构继续推进。整个施工流程如图2所示。
[0082]二、冻结设计 [0083] (1)环形冻结孔布置
[0084]借助环形冻结管施工设备在更换盾尾刷1的管片4外土体的预定位置上埋设1-2根 环形冻结管3,该环形冻结管3在更换盾尾刷管片外土体2-般为1排布置，封水要求高的情 况下也可布置2排环形冻结管。
[0085] (2)测温孔布置
[0086]根据钻孔的偏斜情况对测温孔的位置进行调整，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。
[0087]三、制冷系统设计 [0088] (1)参数选取
[0089] 1)环形冻结管宜选用(p 127x4.5mm无缝低碳钢管；
[0090] 2)采用盐水冷媒介质时，冻结期去路盐水温度为-28~-30°C，回路盐水温度为-25 ~-28。。；
[0091] 3)盐水比重 1.26;
[0092] 4)冻结管内盐水流量5m3/h;
[0093] 5)冻结管散热能力：260Kcal/m2.h;
[0094] 6)冷量损失系数：1.2;
[0095] (2)需冷量计算
[0096] 冻结需冷量计算:Q=1.2 q ?(!?!!? K
[0097] 式中：H-冻结总长度；
[0098] d_冻结管直径；
[0099] K-冻结管散热系数。
[0100] (3)冻结站设置、机组选型及数量
[0101] 冻结站选用W-YSLGF600II型螺杆冷冻机2台；每台机组制冷量28X 104Kcal/h，电 机功率220kw。
[0102] (4)盐水系统
[0103] 1)盐水干管、集配液圈选型：cp 159x5mm焊管加工制作；
[0104] 2)氯化钙(80 %晶体)总用量:15吨；
[0105] 3)盐水栗选型：选用3台IS150-125-315型离心式水栗（其中一台备用），流量 200m 3/h，电机30kw;
[0106] (5)清水系统
[0107] 1)清水管选型：cp 13 3x4.5 mm焊管加工制作；
[0108] 2)选用8m3清水箱3个；
[0109] 3)新鲜水补充量:30m3/h;
[0110] 4)选用3台IS150-125-315型离心式水栗，流量200m3/h，电机30kw;
[0111] 5)选用KST-80型冷却塔4台。
[0112] (6)冻结管设计
[0113]环形冻结管宜选用cp 127 x4.5mm无缝低碳钢管，也可选用cp 1〇8 x 8mm 无缝低碳钢管;供液管选用屮45x4mm无缝钢管。
[0114] 四、钻孔施工工艺:钻孔准备-冻结孔测量定位-钻机安装找正-正常钻进-复 测、检漏-单孔完成-钻孔结束。
[0115] 五、冻结施工工艺(主要针对盐水冻结时，液氮冻结为应急情况）
[0116] (1)冻结施工主要设备
[0118] 冻结期间总用电负荷约666kw，在考虑线路电压损失较大的情况下，整个冷冻站选 用YC3 X 120+2 X 25低压橡套电缆3根，分别供2台冻结机组及相应配套设备。
[0119] (2)冻结施工流程:工艺流程为生产准备-基础施工-上述设备安装-试压、包扎 保温-充氟、试运转-正常运转-盾尾刷更换-拆除-撤场;在充氟、试运转过程之前还需 要进行冻结器安装和冻结孔验收，在充氟、试运转过程中进行冷却水供给，如附图4所示。 [0120] (3)冻结站安装
[0121 ]冻结站布置在一侧，2台机组并联安装，可相互备用，冷冻站占地约200平方米。
[0122] (4)冷冻机组的安装
[0123] 1)就位与固定
[0124] 按照冻结站布置图，将冷冻机组就位后，用螺栓与基础进行可靠固定。固定时注意 要用水平尺对机组进行找平，通过不断调整垫铁将机组调平。
[0125] 根据现场的管路布置，可以灵活调整冷凝器两头盖板，已达到优化管路布置的目 的。
[0126] 将机组启动柜可靠布置在机组旁边，利于操作方便的位置，同时注意与机组之间 留下一定的空间，要对平时的操作维护带来方便。
[0127] 2)管路连接
[0128] 盐水管路与清水管路与机组之间采用法兰连接，要合理地布置安装阀门，利于平 时开启与关闭操作，又要对维护时的拧螺栓等提供方便。
[0129] 3)机组密封检测
[0130] 冷冻机组一定要保证机组的密封性能可靠，否则造成机组漏氟，制冷效率下降，达 不到理想的制冷效果。
[0131] 首先进行制冷系统的检漏，在确保系统无泻漏后，再充氟加油。
[0132] 4)机组加油
[0133] 检查机组里冷冻机油的量，如果过少，要向机组加油，冷冻机组选用46#冷冻机油。
[0134] (5)清、盐水栗的安装
[0135] 检查水栗和电机，确保在运输和装卸过程中没有损伤;检查工具和起重机械，并检 查机器的基础;安装装栗的基础平面应水平找平，放置好后再检查一下整台机组的水平度； 栗的吸入管路和吐出管路应有各自的支架，不允许管路重量直接由栗承受;栗轴与电机旋 转方向应一致;栗的吸入口不宜过高，要高于清、盐水箱底20cm左右;在清水栗的吸入口安 装一道滤网，在盐水箱中间设置一道滤网，以防止有杂物被吸入管路内。检查栗及管路及结 合处有无松动现象，用手转动栗轴，检查栗轴转动是否灵活；向轴承体内加入轴承润滑机 油，观察油位应在油标的中心线处，润滑油应及时更换或补充。
[0136] (6)冷却塔的安装
[0137] 冷却塔安装过程中应注意防火，严禁在塔体及其邻近使用电焊(或气割)等明火， 也不允许在场人员吸烟等。如动用明火，应采取相应的安全措施。
[0138] 冷却塔基础应保持水平，要求支柱与基面垂直，各基面高差不超过± 1mm。中心距 允许差为±2mm;塔体拼装时，螺栓应对称紧固，不允许强行扭曲安装，拼装后不得漏水;冷 却塔塔脚与基础固定牢固；冷却塔零部件在运输、存放过程中，其上不允许压重物，不得暴 晒，且注意明火;冷却塔进、出水管及补充水管应单独设置管道支架，避免将管道重量传递 塔体;风机叶片应妥善保管，防止变形；电机及传动件应上油，在室内存放;为避免杂物进入 喷嘴、孔口，组装前应仔细清理;冷却塔安装完毕后，应清理管道、填料表面、集水盘等污垢 及塔内遗物，并进行系统冲洗。
[0139] (7)冷冻机组调试
[0140]在制冷系统调试前，一定要做好系统内部的清洁和干燥工作；
[0141] 1)制冷剂的充注
[0142] 现场安装后，外观检查如果未发现意外损伤，如果发现制冷剂已经漏完或者不足， 应首先找出泄漏点并排除泄漏现象，然后加入制冷剂。充注时，可直接从专用充液阀门充 入;制冷剂充注量不足，会导致冷量不足;制冷剂充注量过多，不但会增加费用，而且对运行 能耗等可能带来不利影响。
[0143] 2)调试
[0144] 正式开机前可以对主要电控系统做模拟动作检测，即机组主机不通电，控制系统 通电，然后通过机组内部设定，对机组的电控系统进行检测，组件是否运行正常。如果电控 系统出现什么问题，可以及时解决。最后再通上主机电源，进行调试。
[0145] 在调试过程中，应特别注意以下几点：
[0146] 检查制冷系统中的各处阀门是否处在正常的开启状态，特别是排气截止阀，切勿 关闭。
[0147] 打开冷凝器的冷却水阀门和蒸发器的冷水阀门，冷水和冷却水的流量应符合机组 技术要求。
[0148] 启动前应注意观察机组的供电电压是否正常。
[0149] 3)运行
[0150] 按照冷冻机操作规程要求，启动机组。
[0151] 当机组启动后，根据机组说明书要求，查看机组的各项参数是否正常。
[0152] 对机组的各项数据进行记录，特别是一些主要参数一定要记录清楚。
[0153] 在机组运行过程中，应注意压缩机的增、减载机构是否正常工作。
[0154] 应正确使用制冷系统中安装的安全保护装置，如高低压保护装置、冷水和冷却水 断水流量开关、安全阀等设备，如有损坏应及时更换。
[0155] 4)异常监测
[0156] 螺杆式冷水机组如出现异常情况，应立即停机检查。
[0157] 螺杆式制冷压缩机正常运行的标志为：
[0158] 压缩机排气压力为0.8~1.5MPa(表压）；
[0159] 压缩机排气温度为45~90°C;
[0160] 压缩机的油温为40~55 °C左右；
[0161] 压缩机的油压为0.2~0.3MPa(表压）；
[0162] 压缩机运行过程中声音应均匀、平稳，无异常声音;机组的冷凝温度应比冷却水温 度高3~5°C;冷凝温度一般应控制在40°C左右，冷凝器进水温度应在32°C以下;机组的蒸发 温度应比冷媒水的出水温度低3~4°C，冷媒水出水温度一般为5~7°C左右。
[0163] (8)清、盐水栗的调试
[0164] 检查栗及管路及结合处有无松动现象，用手转动栗，试看栗轴转动是否灵活；向轴 承体内加入轴承润滑机油，观察油位应在油标的中心线处，润滑油应及时更换或补充;点动 电机，试看电机转向是否正确。开动电机，当栗正常运转后，打开出口压力表和，视其显示出 适当压力后，逐渐打开闸阀，同时检查电机负荷情况。
[0165] 观察栗体及管路是否振动过大，过大时要停车检查原因并进行处理。尽量控制栗 的流量和扬程在标牌上注明的范围内，以保证栗在最高效率点运转，才能获得最大的节能 效果。栗在运行过程中，轴承温度不能超过环境温度35°C，最高温度不得超过80°C;如发现 栗有异常声音应立即停车检查原因。
[0166] (9)其它
[0167] 冻机油选用N46冷冻机油；
[0168] 制冷剂选用氟立昂R-22;
[0169] 冷媒剂选用氯化钙溶液。
[0170] 六、盾尾刷更换的条件
[0171]盾尾刷更换必须具备如下条件：
[0172] 1、积极冻结时间达到或超过30天，盐水冻结效果达到设计要求。
[0173] 2、根据测温孔测温推测环形冻土帷幕有效厚度达到1.8米，环形冻土帷幕平均温 度达到-10°C。
[0174] 3、测温孔温度都达到零度以下。
[0175] 4、施工应急预案完善，并具有可操作性。
[0176] 5、盾尾刷更换之前，在靠近环形冻土帷幕的盾尾刷附近管片位置分别开两个探测 观察孔，无水流出。
[0177] 七、冻结管拔除工艺
[0178] (1)强制解冻
[0179] 采用人工局部解冻的方案，利用热盐水在冻结器里循环，使冻结管周围的冻土融 化。
[0180] (2)盐水加热
[0181] 用一只3m3左右的盐水箱储存盐水，用6组20kw的电热丝进行加热盐水，温度控制 在 75±10°C。
[0182] (3)盐水循环
[0183] 利用盐水栗循环盐水，水栗型号为IS150-125-315,每个冻结孔的盐水循环流量控 制在 57-m3/h。
[0184] (4)解冻测量
[0185] 利用冻结帷幕内的测温孔，每天定时测量帷幕温度的变化，直至冻结帷幕上升至 正温为止，则停止解冻作业。
[0186] (5)冻结管起拔
[0187] 冻结管解冻后，用压缩空气将管内盐水排出；快速拔出冻结管，冻结管不能蹩劲， 拔管时要常微转动冻结管，冻结管不能硬拔，如拔不动时，要继续循环热盐水解冻，直至能 拔起冻结管为止。
[0188] 八、冻胀与融沉控制
[0189] 冻胀是因土体冻结时水结冰而引起的土体膨胀，施工过程中采取如下措施控制冻 胀
[0190]和融沉：
[0191] (1)在冻结管拔出后，要及时地将冻结孔洞用黄砂充填密实。
[0192] (2)在冻土体的融化阶段，可利用隧道管片的注浆孔向冻结加固区进行注浆压密 加固冻融土体。因冻土体的自然融化过程缓慢，宜采取小压力、多注次的方式进行注浆，注 浆压力一般为0.2~0.5MPa，浆液宜选用单液水泥浆。
[0193] (3)为了预防冻胀和融沉，设计选用标准制冷量较大的冷冻机组，在短时间内把盐 水温度降到设计值，以加快冻土发展，提高冻土强度，减少冻胀和融沉量。
[0194] (4)掌握和调整盐水温度和盐水流量，必要时可采取间歇式冻结，控制冻土发展 量，以减少冻胀和融沉。
[0195] 九、盾尾刷更换
[0196] 积极冻结以后，需对环形冻结帷幕的加固止水效果进行检查，通过开两个探测观 察孔或者管片的注浆孔进行检查，确定无水后可实施盾尾刷更换，在拆除管片前，附近管片 必须做好内支撑。
[0197] 十、更换过程
[0198] 在上述的准备工作完毕后，即可进行盾尾密封刷更换；先正常推进，推进到lm左 右，进行圆管的焊接加长千斤顶，再进行推进，直到第一道盾尾砂完全露出。停止推进，直接 进行整圈跟换。跟换完毕后，测量定位，加焊盾尾间隙支垫，在用加长臂进行管片拼装，顶推 管片滑行，与上一环距离100mm，对孔、穿螺栓、顶推、新老管片对接、螺栓紧固推进，圆管支 撑脱出后割除，如附图5所示。
[0199] (1)更换盾尾刷时预留出盾环向后3环范围下半圆2-3个注浆孔，并安装球阀，备用 漏水后注衆或注入聚氨酯。
[0200] (2)暴露盾尾刷，清除盾尾刷之间密封槽内的废油脂与砂浆。
[0201] (3)对盾尾刚进行检查，对磨损严重没有使用价值的盾尾刷直接割除，并对割除区 域进行磨光处理;耐磨损较轻只是被砂浆固结的盾尾刷进行清理，清理时采用钢筋钩梳理 盾尾刷，盾尾刷清理要彻底。割除的部分要重新焊接新的盾尾刷，用〇 5mm506焊条对密封盾 尾刷进行重新焊接，焊接质量要求相邻盾尾刷之间的间距不大于3_。对盾尾刷和盾尾刷之 间的密封槽重新涂抹盾尾密封油脂。
[0202] (4)量测盾尾四周间隙并记录，制做尾盾上加焊盾尾间隙支撑圆管，圆管对管片起 到支撑作用，避免管片下落到盾壳上，使管片与上一环保持相同的盾尾间隙，确保新安装环 与上一环同心。
[0203] (5)安装管片，安装管片遵循从下向上安装的顺序，封顶K块选择II点或I点位置。 当整环拼装完成后，便向后推移管片。顶推整环拼装管片，与上一环距100mm。在两环管片相 距10mm时开始穿入螺栓，管片螺栓从已安装管片穿向新拼管片。当管片到位时，10组千斤顶 同时加力，以便两环管片接触紧密，反复紧固整环所有螺栓。
[0204] (6)管片安装到位后，要用盾尾油脂栗栗送盾尾密封油脂，填充人工涂抹不密实的 盾尾刷凹槽和盾尾刷。
[0205] (7)可设置盾尾油脂栗的工作压力，达到设定压力值后方可停止。恢复正常推进， 焊接的支撑钢板脱出管片后，进行割除，对盾壳做打磨处理。
[0206] (8)更换中采取土压保持措施，防止机体重心前移，造成姿态、间隙、盾尾整圆度发 生变化。
[0207] (9)注意事项
[0208] 1、在盾构推进到lm左右进行圆管焊接，正常推进至盾尾刷完全暴露后，停止掘进。 临时圆管的推进千斤顶顶紧管片不后缩，防止盾构机后退。
[0209] 2、首先将盾尾刷上及其盾尾密封空腔的油脂、砂浆等清除干净。将盾尾油脂注入 口也进行清理，保证油脂管路的畅通。
[0210] 3、缩回底部2个推进千斤顶，开始割除盾尾刷，其它千斤顶继续顶紧。露出的盾尾 刷割除后，把盾尾刷割除的疤痕打磨干净，开始焊接新的盾尾刷。焊接完毕，在新的盾尾刷 上涂抹盾尾油脂。
[0211] 4、更换完毕后，千斤顶伸出、顶紧。再缩回2个推进千斤顶，重复上述步骤，由底部 至顶部的顺序更换，直至第一道盾尾刷全部更换完毕。
[0212] (10)安装管片，恢复掘进。完成一系列工作后，拼装管片，管片拼装前量测盾尾间 隙，进行管片选型。由于盾尾底部长时间受力，底部盾尾间隙较大，而上部盾尾间隙过小，管 片安装时，按先上后下进行。管片完成安装后，对盾尾注入足量油脂后方可恢复掘进。
[0213] ^^一、密封刷更换后的保护措施
[0214] 保护密封刷的工作应该与更换密封刷同步进行。为防止密封刷的再次损坏，应采 取以下防范措施：
[0215] (1)填充油脂
[0216] 为了防止密封刷的损坏，同时增加密封的效果，在进行更换密封刷的过程中，需要 给每块密封刷的钢丝重新手工填注油脂(一般采用遇水不易分解的油脂）；
[0217] (2)密封刷抹油
[0218]在管片重新安装的过程中，给弹簧钢板(和管片接触的一面)抹上黄油，增加管片 与弹簧钢板间的润滑。
[0219] (3)密封槽填充油脂
[0220]更换完密封刷并重新拼装好管片后，在盾构机推进前，先通过盾尾注脂系统给密 封刷之问注入密封油脂。
[0221] (4)及时清理盾壳底部
[0222] 在掘进过程中安装每环管片时，必需将盾壳底部清理干净，防止碎石夹在管片与 盾壳之间，随着管片的后移而损伤到密封刷，同时尽量避免盾构姿态突变。
[0223] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人 士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明 精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种盾尾刷更换时环形冻结加固止水结构，其特征在于:所述加固止水结构是利用 环形冻结管施工设备在需要更换盾尾刷位置的±体中埋设1~2根环形冻结管，然后采用人 工冻结的方式使环形冻结管周围的±体形成临时的环形冻±帷幕加固止水结构。2. 根据权利要求1所述的盾尾刷更换时环形冻结加固止水结构，其特征在于:所述环形 冻结管材质通常为无缝低碳钢管，也可W采用?￥(：、？?1?、485、阳塑料管。3. 根据权利要求1或2所述的盾尾刷更换时环形冻结加固止水结构，其特征在于:所述 环形冻结管截面为圆形，也可W采用"工字形"、"X形"、"T形"、"Y形"异形截面。4. 根据上述任一权利要求所述的盾尾刷更换时环形冻结加固止水结构的施工方法，其 特征在于:具体包括如下工艺步骤： 一、 工艺流程设计 施工准备^环形冻结管钻孔施工^冻结系统和测溫系统安装^积极冻结(溫度监测） ^拆除管片更换盾尾刷(维护冻结强制解冻^环形冻结管拔除(封孔壁后注浆^盾 构继续推进； 二、 冻结设计 (1) 环形冻结孔布置 借助环形冻结管施工设备在更换盾尾刷的管片外上体的预定位置上埋设1~2根环形 冻结管，该环形冻结管在更换盾尾刷管片外±体一般为1排布置，封水要求高的情况下可布 置2排环形冻结管； (2) 测溫孔布置 根据钻孔的偏斜情况对测溫孔的位置进行调整； Ξ、制冷系统设计 (1) 参数选取 1) 环形冻结管宜选用φ 127x4.5mm无缝低碳钢管； 2) 采用盐水冷媒介质时，冻结期去路盐水溫度为-28~-30°c，回路盐水溫度为-25~- 28。。 3) 盐水比重1.26; 4) 冻结管内盐水流量5m3 A; 5) 冻结管散热能力:260Kcal/m2.h; 6) 冷量损失系数:1.2; (2) 需冷量计算 冻结需冷量计算:Q=1.2 · π · d · Η · K 式中:Η-冻结总长度； d-冻结管直径； K-冻结管散热系数； (3) 冻结站设置、机组选型及数量 (4) 盐水系统 1) 盐水干管、集配液圈选型:φ 15 9 X 5 m m焊管加工制作； 2) 氯化巧(80 %晶体)总用量：15吨； 3)盐水累选型:选用3台IS150-125-315型离屯、式水累(其中一台备用），流量200m3A，电 机30kw; (5) 清水系统 1) 清水管选型:φ 133x4.5mm焊管加工制作； 2) 选用8m3清水箱3个； 3) 新鲜水补充量:30m3A; 4) 选用3台IS150-125-315型离屯、式水累，流量200mVh，电机30kw; 5) 选用KST-80型冷却塔4台； (6) 冻结管设计 环形冻结管宜选用φ 127x4.5mm无缝低碳钢管，也可选用(pioSxSmm无缝 低碳钢管;供液管选用φ 45 X4mm无缝钢管； 四、 钻孔施工工艺:钻孔准备^冻结孔测量定位^钻机安装找正^正常钻进^复测、检 漏^单孔完成^钻孔结束； 五、 冻结施工工艺:工艺流程为生产准备^基础施工^上述设备安装^试压、包扎保溫 ^充氣、试运转^正常运转^盾尾刷更换^拆除^撤场;在充氣、试运转过程之前还需要进 行冻结器安装和冻结孔验收，在充氣、试运转过程中进行冷却水供给； 六、 判断盾尾刷更换时是否满足W下条件 (1) 积极冻结时间达到或超过30天，盐水冻结效果达到设计要求； (2) 根据测溫孔测溫推测环形冻±帷幕有效厚度达到1.8米，环形冻±帷幕平均溫度达 到-10。。 (3) 测溫孔溫度都达到零度W下； (4) 施工应急预案完善，并具有可操作性； (5) 盾尾刷更换之前，在靠近环形冻±帷幕的盾尾刷附近管片位置分别开两个探测观 察孔，无水流出； 屯、冻结管拔除工艺具体包括W下顺序工艺步骤:强制解冻^盐水加热^盐水循环^ 解冻测量^冻结管起拔； 八、 冻胀与融沉控制 (1) 在冻结管拔出后，要及时地将冻结孔桐用黄砂充填密实； (2) 在冻±体的融化阶段，可利用隧道管片的注浆孔向冻结加固区进行注浆压密加固 冻融±体;注浆压力一般为0.2~0.5MPa; (3) 在短时间内把盐水溫度降到设计值； (4) 掌握和调整盐水溫度和盐水流量，可采取间歇式冻结，控制冻±发展量； 九、 盾尾刷更换 先正常推进，推进到Im左右，进行圆管的焊接加长千斤顶，再进行推进，直到第一道盾 尾砂完全露出；停止推进，直接进行整圈跟换;跟换完毕后，测量定位，加焊盾尾间隙支垫， 在用加长臂进行管片拼装，顶推管片滑行，与上一环距离100mm，对孔、穿螺栓、顶推、新老管 片对接、螺栓紧固推进，圆管支撑脱出后割除； (1)更换盾尾刷时预留出盾环向后3环范围下半圆2-3个注浆孔，并安装球阀，备用漏水 后注浆或注入聚氨醋； (2) 暴露盾尾刷，清除盾尾刷之间密封槽内的废油脂与砂浆； (3) 对盾尾刚进行检查，对磨损严重没有使用价值的盾尾刷直接割除，并对割除区域进 行磨光处理;耐磨损较轻只是被砂浆固结的盾尾刷进行清理，清理时采用钢筋钩梳理盾尾 巧IJ，盾尾刷清理要彻底;割除的部分要重新焊接新的盾尾刷，用焊条对密封盾尾刷进行重新 焊接，焊接质量要求相邻盾尾刷之间的间距不大于3mm;对盾尾刷和盾尾刷之间的密封槽重 新涂抹盾尾密封油脂； (4) 量测盾尾四周间隙并记录，制做尾盾上加焊盾尾间隙支撑圆管，圆管对管片起到支 撑作用，避免管片下落到盾壳上，使管片与上一环保持相同的盾尾间隙，确保新安装环与上 一环同屯、； (5) 安装管片，安装管片遵循从下向上安装的顺序，封顶K块选择II点或I点位置；当整 环拼装完成后，便向后推移管片；顶推整环拼装管片，与上一环距100mm;在两环管片相距 10mm时开始穿入螺栓，管片螺栓从已安装管片穿向新拼管片；当管片到位时，10组千斤顶同 时加力，W便两环管片接触紧密，反复紧固整环所有螺栓； (6) 管片安装到位后，要用盾尾油脂累累送盾尾密封油脂，填充人工涂抹不密实的盾尾 刷凹槽和盾尾刷； (7) 可设置盾尾油脂累的工作压力，达到设定压力值后方可停止;恢复正常推进，焊接 的支撑钢板脱出管片后，进行割除，对盾壳做打磨处理； (8) 更换中采取±压保持措施，防止机体重屯、前移，造成姿态、间隙、盾尾整圆度发生变 化； (9) 安装管片，恢复掘进;完成一系列工作后，拼装管片，管片拼装前量测盾尾间隙，进 行管片选型；管片安装时，按先上后下进行;管片完成安装后，对盾尾注入足量油脂后方可 恢复掘进； 十、密封刷更换后的保护措施包括填充油脂、密封刷抹油、密封槽填充油脂和清理盾壳 底部。
【文档编号】E21D9/06GK105840202SQ201610188081
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月29日
【发明人】胡俊, 张皖湘, 汪磊, 吴顺, 陈孟春
【申请人】中铁时代建筑设计院有限公司