專利名稱：盾構對接地層彎管單側凍結法及其凍結管打設裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于隧道工程領域，涉及盾構對接地層的凍結法，還涉及該凍結法中所使用的凍結孔打設裝置。
背景技術：
凍結法在盾構對接工程中有良好的應用價值，其封水性與維護地層的強度與穩(wěn)定性是其他工法所無法比擬的。盾構對接中的凍結法是在一側或雙側盾構中安裝凍結器進行冷凍，使得盾構對接段外圍的土體凍結形成封閉、有較高強度的凍土帷幕，阻止地下水進入對接工作面、抵抗外部水土壓力，給盾構對接工作提供既有強度又有封水性的臨時支護。凍結器的一般安裝方法是從對接的一側或雙側盾構開孔向地層內布設有一定傾角的放射狀直線型凍結管，有時在盾構機內表面敷設貼附凍結管以加強凍結效果。凍結器的安裝一般在對接盾構到達對接位置并提供作業(yè)條件之后開始。目前常采取的盾構對接凍結法地層加固的凍結管布置方式有以下幾種從單側盾構打設放射狀直線型凍結管結合另外一側盾構內表面貼附凍結管。當兩側盾構推進到達對接位置后，從一側盾構打出單排放射狀直線型凍結管，打到對側盾構外圍一定位置，并在對側盾構內表面沿圓周布置貼附凍結管。貼附凍結管用于克服放射狀凍結管距離盾構較遠的不足，兩種凍結管結合可以保證形成連續(xù)、封閉的凍土帷幕。這種方式下，分別在兩側隧道中設置冷凍站。兩側盾構分別打設單排放射狀直線型凍結管凍結地層進行盾構對接。此種工法需要從兩側盾構分別施工，無論從強度還是封水性都容易得到保證。這種方式下，同樣是在兩側隧道中設置冷凍站。兩側盾構分別打設雙排放射狀直線型凍結管凍結進行盾構對接。此種工法與兩側分別打設單排管相比，凍土帷幕的厚度與強度都有更高的保證，與單排凍結管方案相比，適合于大埋深、高壓力情況。從目前國內外盾構對接實際工程來看，在不同條件下，以上幾種工法都有著不同程度的應用，但是也存在以下幾點不足第一，當由于某種原因人員無法進入一側盾構、或不具備凍結管施作條件時，凍結施工只能從另外一側盾構進行，此時以上幾種方法均無法實施。第二，以上幾種凍結工法施工過程都比較繁瑣，都需要在兩側盾構進行打孔、貼附凍結管操作，以及設置兩座冷凍站，需要投入大量的人力物力。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種盾構對接地層彎管單側凍結法及其凍結管打設裝置， 其采用彎曲凍結管，使得全部凍結施工作業(yè)完全僅在單側盾構中進行。為達到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是
一種盾構對接地層彎管單側凍結法，其包括以下步驟1)在盾構機殼體上裝設孔口管，孔口管遠離盾構機殼體一端設有球閥，球閥另一端設有直線形密封管，打開球閥，選用尺寸適合的鉆桿依次穿過直線形密封管、球閥和孔口管，并鉆透盾構機殼體，退出鉆桿以及關閉球閥；2)將直線形密封管更換為曲線形密封管，將彎曲的凍結管插入曲線形密封管并與夯管錘連接，調整凍結管與夯管錘方位，使凍結管和夯管錘在所預設的凍結管軸線上，打開球閥，開始夯管使得凍結管進入孔口管、盾構體；3)逐段夯入凍結管，并焊接后續(xù)凍結管管段，直至凍結管端部抵達另一側盾構體外殼處。進一步，所述曲線形密封管的長度大于直線形密封管，且其曲率與凍結管的曲率相同。所述孔口管四周設置加勁肋板與孔口管托盤焊接并固定位置，孔口管托盤固定于盾構機殼體上。所述曲線形密封管與穩(wěn)定架的一端固接，穩(wěn)定架的另一端通過密封管托盤固定于盾構機殼體上；密封管托盤與盾構機殼體的連接處焊接加勁肋板。所述孔口管上還設有旁通管。一種上述方法中所使用的凍結管打設裝置，包括孔口管、球閥、密封管、鉆桿和凍結管，孔口管一端固定于盾構機殼體上，另一端與球閥一端連接，球閥另一端與密封管一端相連；密封管包括直線形密封管和曲線形密封管，鉆桿通過密封管、球閥和孔口管對盾構機殼體鉆孔時，密封管選用直線形密封管，凍結管通過密封管、球閥和孔口管穿過盾構機殼體時，密封管選用曲線形密封管。進一步，所述曲線形密封管的長度大于直線形密封管，且其曲率與凍結管的曲率相同。所述孔口管四周設置加勁肋板與孔口管托盤焊接并固定位置，孔口管托盤固定于盾構機殼體上。所述曲線形密封管與穩(wěn)定架的一端固接，穩(wěn)定架的另一端通過密封管托盤固定于盾構機殼體上；密封管托盤與盾構機殼體的連接處焊接加勁肋板。所述孔口管上還設有旁通管。由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下特點這種方法在僅有單側隧道具備凍結施工作業(yè)條件的情況下可以形成封閉、安全的凍土帷幕，保護盾構對接工作的實施。并且， 僅需要一座冷凍站。


圖1為本發(fā)明盾構體開孔裝置結構示意圖。圖2為本發(fā)明彎曲凍結管打設裝置結構示意圖。圖3為本發(fā)明的孔口管托盤與孔口管連接示意圖。圖4為本發(fā)明的穩(wěn)定架與密封管托盤連接示意圖。圖5為本發(fā)明的曲線形密封管結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。一種盾構對接地層彎管單側凍結法，其包括以下步驟1)在盾構機殼體1上裝設孔口管4，孔口管4通過孔口管托盤2固定位置，孔口管托盤2通過螺栓3固定于盾構機殼體1上；2)孔口管4在遠離盾構機殼體1的一端設有球閥7，球閥7另一端設有直線形密封管8，打開球閥7的閥門，選用尺寸適合的鉆桿9，依次穿過直線形密封管8、球閥7和孔口管4，并鉆透盾構機殼體1，退出鉆桿后將球閥7關閉；3)將直線形密封管8更換為與凍結管12曲率相同的曲線形密封管10，穩(wěn)定架11 一端通過密封管托盤13固定于盾構機殼體1上，另一端固定于曲線形密封管10上，將彎曲的凍結管12插入曲線形密封管10并與夯管錘連接；4)調整凍結管12與夯管錘方位，使凍結管12和夯管錘在設計的凍結管軸線上； 壓緊曲線形密封管10，打開球閥7，開始夯管使凍結管12進入孔口管4、盾構體，逐段夯入凍結管12，并焊接后續(xù)凍結管12，直到凍結管12的端部抵達另外一側盾構體外殼處。在孔口管4四周設置加勁肋板5與孔口管托盤2焊接，以增強其強度。在密封管托盤13固定于盾構機殼體1的連接處焊接加勁肋板5，以增強其剛度。在孔口管4上安裝旁通管6，以便在夯入凍結管12時釋放凍結管12打入過程中凍結管12端部的水土阻力。如圖1、圖2所示，上述方法中所使用的凍結管打設裝置，包括孔口管托盤2、孔口管4、旁通管6、球閥7、直線形密封管8、鉆桿9、曲線形密封管10、穩(wěn)定架11、凍結管12。如圖3所示，孔口管托盤2用于固定孔口管4，其通過螺栓3固定在盾構外殼1上的開孔鋼板，并在其與盾構外殼1的連接部位采用橡膠墊圈進行封水。旁通管6安裝于孔口管4上，用來釋放凍結管12打入過程中凍結管12端部的水土阻力。球閥7設置于孔口管4遠離盾構外殼1的一端的端部，其是在施工過程中需要拔出鉆桿9或凍結管12時進行管路暫時性封堵的裝置。直線形密封管8和曲線形密封管10分別是在鉆桿9與凍結管12 打入過程中封堵孔口管4內部水和泥漿的裝置，內部填充物為盤根。如圖5所示，曲線形密封管10根據現(xiàn)有的直線形密封管改進而成，按照實際工程中所需的曲率進行制作，包括外管15、內管16和盤根17，內管16端部設置盤根17，且內管16套設于外管15之內，在第一段凍結管進入曲線形密封管時通過將曲線形密封管10的內管16向內推從而使盤根17緊貼凍結管12外壁，然后將密封管內管16、外管15通過法蘭盤加以固定以實現(xiàn)泥漿的封堵， 確保凍結管進入密封管的全過程的密封性。穩(wěn)定架11安裝于曲線形密封管10的兩端，因為彎曲的凍結管12與曲線形密封管10的曲率半徑是相同的，通過對曲線形密封管10位置的固定實現(xiàn)對凍結管12的定位，如圖4所示，穩(wěn)定架11采用一定厚度的鋼板，一端預留半圓的孔洞同時預留螺栓孔來連接曲線形密封管10，另一端焊接到盾構殼體1上的密封管托盤 13上，密封管托盤13是為了固定穩(wěn)定架11而臨時在盾構殼體1上設置的方便拆卸的鋼板， 通過螺栓與盾構殼體1連接，為保證結構的穩(wěn)定，并在連接部位焊接加勁肋板5加強。由于鉆桿9對盾構殼體1鉆孔時所采用的直線形密封管8，相對于凍結管12夯入時所采用的曲線形密封管10較短，從而其距離盾構殼體1較近，而且在鉆孔的過程中直線形密封管8不承擔偏離直線形密封管軸線8方向的力的作用，在鉆孔過程中位置的固定容易保證，故不需要設置密封管托盤，而曲線形密封管10在彎曲的凍結管12的夯打過程中容易使曲線形密封管10偏離設計方位而產生偏差，所以采用穩(wěn)定架11加以固定，并設置密封管托盤13。為了保證彎曲凍結管12能夠順利通過直線段的孔口管4，孔口管4的直徑要大于彎曲的凍結管12直徑。上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明的范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種盾構對接地層彎管單側凍結法，其特征在于采用彎曲凍結管實現(xiàn)僅需在對接兩側隧道的單側隧道安置凍結系統(tǒng)，無需另一側隧道提供凍結施工作業(yè)條件。
2.一種盾構對接地層彎管單側凍結法，其特征在于其包括以下步驟1)在盾構機殼體上裝設孔口管，孔口管遠離盾構機殼體一端設有球閥，球閥另一端設有直線形密封管，打開球閥，選用尺寸適合的鉆桿依次穿過直線形密封管、球閥和孔口管， 并鉆透盾構機殼體，退出鉆桿以及關閉球閥；2)將直線形密封管更換為曲線形密封管，將彎曲的凍結管段第一段插入曲線形密封管并與夯管錘連接，調整凍結管與夯管錘方位，使凍結管和夯管錘在所預設的凍結管軸線上， 打開球閥，開始夯管使得凍結管進入孔口管、盾構體；3)逐段夯入凍結管，并焊接后續(xù)凍結管，直至凍結管端部抵達另一側盾構體外殼處。
3.如權利要求2所述的盾構對接地層彎管單側凍結法，其特征在于所述曲線形密封管的長度大于直線形密封管，且其曲率與凍結管的曲率相同。
4.如權利要求2所述的盾構對接地層彎管單側凍結法，其特征在于所述孔口管四周設置加勁肋板與孔口管托盤焊接并固定位置，孔口管托盤固定于盾構機殼體上。
5.如權利要求2所述的盾構對接地層彎管單側凍結法，其特征在于所述曲線形密封管與穩(wěn)定架的一端固接，穩(wěn)定架的另一端通過密封管托盤固定于盾構機殼體上；密封管托盤與盾構機殼體的連接處焊接加勁肋板。
6.如權利要求2所述的盾構對接地層彎管單側凍結法，其特征在于所述孔口管上還設有旁通管。
7.—種權利要求2所述的方法中所使用的凍結管打設裝置，其特征在于包括孔口管、 球閥、密封管、鉆桿和凍結管，孔口管一端固定于盾構機殼體上，另一端與球閥一端連接，球閥另一端與密封管一端相連；密封管包括直線形密封管和曲線形密封管，鉆桿通過密封管、 球閥和孔口管對盾構機殼體鉆孔時，密封管選用直線形密封管，凍結管通過密封管、球閥和孔口管穿過盾構機殼體時，密封管選用曲線形密封管。
8.如權利要求7所述的凍結管打設裝置，其特征在于所述曲線形密封管的長度大于直線形密封管，且其曲率與凍結管的曲率相同。
9.如權利要求7所述的凍結管打設裝置，其特征在于所述孔口管四周設置加勁肋板與孔口管托盤焊接并固定位置，孔口管托盤固定于盾構機殼體上。
10.如權利要求7所述的凍結管打設裝置，其特征在于所述曲線形密封管與穩(wěn)定架的一端固接，穩(wěn)定架的另一端通過密封管托盤固定于盾構機殼體上；密封管托盤與盾構機殼體的連接處焊接加勁肋板。
11.如權利要求7所述的凍結管打設裝置，其特征在于所述孔口管上還設有旁通管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種盾構對接地層彎管單側凍結法及其凍結管打設裝置，該凍結法采用彎曲凍結管實現(xiàn)僅需在單側隧道安置凍結系統(tǒng)，特別適用于另一側隧道無法提供凍結施工作業(yè)條件的情況。其原理是從對接的單側盾構打出彎曲凍結管，使其端部接近對側盾構殼體，從單側隧道制冷凍結后形成環(huán)繞盾構對接部位四周的、具有絕對封水性和良好強度的凍土帷幕，在其保護下完成盾構對接作業(yè)。其凍結管打設方法是先用鉆桿在盾構殼體上開孔，然后用夯管方式打出彎曲凍結管。其凍結管打設裝置是在盾構機殼體上裝設孔口管，并通過球閥連接直線形或曲線形密封管，具有封水防噴功能。鉆桿開孔作業(yè)時選用直線形密封管，打設彎曲凍結管時選用曲線形密封管。
文檔編號E21D9/093GK102392653SQ201110321819
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權日2011年10月21日
發(fā)明者張洛瑜, 曹明亮, 胡向東, 舒暢, 賀龍鵬 申請人:同濟大學