CN105937397A - 一种深埋隧道分段开挖冻结法加固的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水平隧道开挖的新型施工方法。其技术要点包括如下步骤：（1）打钻、下放垂直冻结管；（2）冻结施工；（3）施工竖井及扩大硐室；（4）安装地下盐水箱；（5）施工隧道内外冻结孔及冻结施工；（6）开挖隧道；（7）截断隧道内冻结管及软管恢复冻结。本发明可以在地面不具备施工垂直封口冻结管的条件下，实现隧道水平冻结封口，保证隧道施工安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种水平隧道开挖掘进的新型施工方法，此方法可适用于软土地层深埋长距离隧道分段开挖。
背景技术
当前深埋长隧道一般采用TBM隧道掘进机进行施工，但是当隧道处于含水粉细砂等软土地层条件时，TBM掘进时容易出现突（涌）水、突泥事故，导致卡机现象。
软土地层一般特点是含水量较大，据此可以考虑采用水平冻结法进行封水，用人工冻结法在隧道施工面外部形成封闭的冻结壁防止施工过程中水土涌入工作面，这样就可以大大减少开挖施工的风险。
人工水平冻结技术已经成熟，水平冻结形成的封闭冻结壁可以保证隧道开挖施工的安全。但当地表由于覆土太厚或覆盖江河等特殊原因，不具备从地面施工封底孔的条件时，可以采用此全断面水平冻结的施工方法。该施工方法可以实现水平冻结封口，从而实现在深埋软土地层中的分段冻结开挖。
发明内容
本发明的目的是为了解决深埋隧道冻结法施工由于地面原因无法施工垂直封底孔而提出的一种施工方法。该方法可在隧道上方地面不具备施工垂直冻结孔的情况下在开挖范围内布置水平冻结管，进行全断面水平冻结封口，实现冻结施工的安全施工。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明主要有三大施工区域组成，工作竖井，扩大硐室和隧道。
正式开挖隧道前要施工工作竖井以及扩大硐室。
扩大硐室的作用是为隧道水平冻结打孔，开挖提供作业空间。
为提高施工的安全性，工作竖井以及扩大硐室均采用垂直冻结进行加固。
工作竖井采用全深冻结，考虑开挖深度应适当增加冻结深度。扩大硐室采用分段冻结。隧道外轮廓冻结管采用全深冻结，隧道空间内采用分端冻结。
冻结孔的布置要均匀合理，保证底部冻土体形成良好。
暴露在地层外的冻结管及工作面要做好保温措施，确保冷量能够有效的利用到该冻结的土体。
主要步骤包括：
第一步：打垂直钻孔、下放垂直冻结管。打钻过程中要实时测斜，保证偏斜满足设计要求，对于不满足偏斜要求的要增加补孔，确保正常开冻后能形成均匀的冻结帷幕。
第二步：冻结施工，对冻结管施工质量进行验收后，进行竖井和扩大硐室的冻结施工。考虑到竖井开挖完毕后才开始扩大硐室开挖，所以施工区域Ⅱ的冻结时间比竖井长2个月左右，所以可以选用较大的冻结孔间距。
第三步：开挖工作竖井和扩大硐室。竖井开挖采用分层开挖，及时支护，确保结构稳定。在竖井施工完成后，利用分段冻结形成的冻结帷幕保护下，在竖井与隧道连接处前后两个方向同时开挖8m左右的硐室空间，硐室前端直径扩大1m以便隧道冻结管打孔施工。
第四步：安装地下盐水箱，在扩大硐室中轴线上安装施工平台，在施工平台上安装盐水泵和地下盐水箱并连接扩大硐室空间内的冻结管，与地面冻结站形成完整冻结系统。
第五步：施工隧道水平冻结孔及冻结施工，隧道轮廓外的水平冻结孔按照一定角度向外发散，隧道空间内的冻结孔平行于隧道轴线。合理选取冻结孔间距，钻过程中要实时测斜，保证偏斜满足设计要求，对于不满足偏斜要求的要增加补孔，确保正常开冻后能形成封闭的冻结帷幕。
第六步：开挖水平隧道，在隧道水平冻结形成封闭冻结壁后，进行分段开挖，每一段开挖完成后及时施作衬砌。
第七步：截断隧道空间内冻结管及恢复冻结，每段开挖完成后把隧道空间内冻结管截断，用软管连接地下盐水箱恢复后续冻结。
重复第六、七步直至隧道开挖完成。
如开挖隧道长度大，可在此段开挖末端进行扩大断面作为扩大硐室，在扩大硐室内继续打水平孔，冻结，开挖，即重复第五、六、七步直至隧道开挖完成。水平冻结管与地下盐水箱用冻结干管连接。
在上述第一步中，要对冻结管进行打压试漏，满足要求方可进行下一步的施工。
在上述第二步中，要对冻结管上部分进行保温，确保冷量有效用于需冻土体。有需要时打探孔考查冻结情况。
在上述第三步中，工作竖井开挖要合理确定掘进段高，及时施作井壁结构。开挖硐室空间时需要截断硐室空间内的垂直冻结管，冻结管在截断前要彻底清除管中的盐水，防止盐水泄漏侵蚀结构。
在上述第四、五步中，要对冻结管及地下盐水箱进行试漏，满足要求方可进行下一步的施工。隧道轮廓外冻结管发散角度根据冻结壁厚度及封口要求确定。隧道空间内水平冻结管布置要根据地层条件、封口要求以及施工效率综合确定。
在上述第六步中，要注意保护隧道内冻结管不被破坏
在上述第七步中，在截断冻结管前需要彻底清除管中盐水，连接软管要进行保温。
在上述第二、五、七步中，具体开冻时间以及盐水循环温度要根据实际施工状况和地层条件而定，开冻后如果发现冻结效果欠佳，在后续开挖步骤中要适当放缓开挖速度，及时施作结构，防止基地隆起、涌水。
本发明可解决深埋长距离隧道开挖冻结法施工由于条件限制无法垂直封口的问题，实现水平冻结封口，形成封闭冻结壁，保证隧道施工安全。
附图说明
图1为本发明施工区域冻结管布置俯视图。
图2为本发明地下冻结系统布置图。
图3为本发明隧道开挖示意图。
图中：1-工作竖井，2-扩大硐室，3-隧道，4-垂直冻结管，5-隧道轮廓外冻结管，6-隧道空间内水平冻结管，7-竖井结构，8-扩大硐室结构，9-隧道结构，10-盐水泵，11-地下盐水箱，12-施工平台，13-冻结壁，14-待开挖土体，15-软管。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但他们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。
参阅附图，深埋软土地层隧道开挖施工方法实施方式包括如下步骤：
步骤一：打垂直钻孔、下放垂直冻结管4。打钻过程中要实时测斜，保证偏斜满足设计要求，对于不满足偏斜要求的要增加补孔，确保正常开冻后能形成均匀的冻结帷幕。
步骤二：冻结施工，对冻结管4施工质量进行验收后，进行工作竖井1和扩大硐室2的冻结施工。考虑到工作竖井1开挖完毕后才开始扩大硐室2开挖，所以扩大硐室2的冻结时间比竖井长2个月左右，所以可以选用较大的冻结孔间距。
步骤三：开挖工作竖井1和扩大硐室2。竖井开挖采用分层开挖，及时施作竖井结构7，确保结构稳定。在竖井施1完成后，利用分段冻结形成的冻结帷幕保护下，在竖井与隧道连接处前后两个方向同时开挖8m左右的硐室空间2，硐室前端直径扩大1m以便隧道冻结管5和6打孔施工。
步骤四：安装地下盐水箱11，在扩大硐室中轴线上安装施工平台12，在施工平台上安装盐水泵10和地下盐水箱11并连接扩大硐室空间内的冻结管4，与地面冻结站形成完整冻结系统。
步骤五：施工隧道水平冻结孔5和6及冻结施工，隧道轮廓外的水平冻结孔5按照一定角度向外发散，隧道空间内的冻结孔6平行于隧道轴线。合理选取冻结孔间距，钻过程中要实时测斜，保证偏斜满足设计要求，对于不满足偏斜要求的要增加补孔，确保正常开冻后能形成封闭的冻结帷幕。
步骤六：开挖水平隧道3，在隧道水平冻结形成封闭冻结壁13后，进行分段开挖，每一段开挖完成后及时施作隧道衬砌9。
步骤七：截断隧道空间内冻结管6及恢复冻结，每段开挖完成后把隧道空间内冻结管6截断，用软管15连接地下盐水箱11恢复后续冻结。
重复第六、七步直至隧道开挖完成。
如开挖隧道长度大，可在此段开挖末端进行扩大断面作为扩大硐室2，在扩大硐室2内继续打水平孔5和6，冻结，开挖，即重复第五、六、七步直至隧道3开挖完成。水平冻结管5和6与地下盐水箱11用冻结干管连接。
隧道开挖过程中隧道空间内冻结管6需要截断，冻结管6在截断前要彻底清除管中盐水，防止盐水泄露对已有结构造成侵蚀。同时注意及早用软管15连接恢复冻结，防止隧道后端冻结壁融化。
人工冻结部分，可以采用冷冻机-盐水冻结，特殊情况下也可采用液氮冻结。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。
Claims (7)
1.深埋隧道分段开挖冻结法加固的施工方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤一：施工垂直冻结管4。在打钻过程中冻结管4，上下两段冻结管焊接时要做好焊缝质量控制。打钻过程中要实时测斜，保证偏斜满足设计要求，对于不满足偏斜要求的要增加补孔。
步骤二：冻结施工。扩大硐室2外围冻结管4可适当选取较大管距。
步骤三：开挖工作竖井1和扩大硐室2。开挖工程中施作竖井结构7和扩大硐室结构8，保证工作竖井1和扩大硐室2结构稳定。
步骤四：安装地下盐水箱11。在扩大硐室2中轴线上安装施工平台12，并在施工平台12上安装地下盐水箱11和水泵10。
步骤五：施工隧道轮廓外冻结管5和隧道空间内水平冻结管。
步骤六：开挖至水平隧道3。在冻结管5和冻结管6进行冻结施工并形成封闭冻结壁13后，进行分段开挖并及时施作隧道结构9。
步骤七：截断隧道空间内冻结管6及恢复冻结，用软管15连接被截断的冻结管6和地下盐水箱11。
重复步骤六、七直至隧道开挖完成。
2.根据权利要求1所述的深埋隧道分段开挖冻结法加固的施工方法，其特征在于：步骤一、二中，要对冻结管4进行打压试漏及保温。
3.根据权利要求1所述的深埋隧道分段开挖冻结法加固的施工方法，其特征在于：步骤三中，硐室空间2前端直径扩大1m以便隧道冻结管5和6施工。
4.根据权利要求1所述的深埋隧道分段开挖冻结法加固的施工方法，其特征在于：步骤五中，要对隧道轮廓外冻结管5和隧道空间内遂平冻结管6进行测斜、打压试漏及保温。
5.根据权利要求1、4所述的深埋隧道分段开挖冻结法加固的施工方法，其特征在于：步骤五、六中，采用隧道空间内冻结管6对冻结壁13进行封底，形成封闭的包围隧道外轮廓及隧道开挖面的冻结壁13。
6.根据权利要求1所述的深埋隧道分段开挖冻结法加固的施工方法，其特征在于：步骤六中，要注意隧道空间内冻结管6在开挖过程中不被破坏。
7.根据权利要求1所述的深埋隧道分段开挖冻结法加固的施工方法，其特征在于：步骤七中，在截断隧道空间内冻结管6前需要彻底清除管中盐水，连接软管15需要做好保温。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160914 |