CN109026055B - 洞门环梁施工中的冻结壁围护结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及盾构隧道施工围护结构技术领域，公开了一种洞门环梁施工中的冻结壁围护结构及其施工方法。包括A排冻结管和B排冻结管；在A排冻结管和B排冻结管内依次通入液氮和盐水后，在车站基坑与隧道管片连接处及隧道管片四周的地层中形成冻结壁围护结构；A排冻结管位于车站基坑的既有咬合桩内，由地面垂直打入，是由冻结管沿垂直于隧道水平轴线方向的纵截面并列排布组成的管幕；B排冻结管与A排冻结管沿隧道水平轴线方向并列排布，位于A排冻结管远离车站基坑一侧，B排冻结管包括一组垂直设置的Bc管和位于Bc管两侧的B0管与Bx管，B0管与Bx管倾斜对称设置。本发明土体加固性能好，可有效解决向密封连接处涌砂涌水现象。
Description
技术领域
本发明涉及盾构隧道施工围护结构技术领域，特别是涉及一种洞门环梁施工中的冻结壁围护结构及其施工方法。
背景技术
盾构隧道施工过程中，先隧后站的施工方式应用越来越广泛，先行完成施工的隧道，与后期明挖施工的车站之间的密封连接结构，是隧道安全较为重要的一个环节，也是施工的重要风险源之一。
盾构隧道与车站的接口，一般需要进行围护桩凿除，管片拆除，洞门开挖等施工，之后再进行永久二衬结构施工，将盾构隧道管片与车站内衬墙结构连为整体。在洞门开挖的过程中，从盾构管片的背后涌砂涌水的现象较为严重；通常在隧道贯通后施做洞门环梁，时间较长，管片与围护结构之间有缝隙，水及细砂等容易从缝隙中流出，接口处长时间暴露，容易造成地面沉降及接口发生涌水涌砂等安全事故，尽早封闭可消除这种风险，同时在洞门环梁施工时常有水从管片与围护结构后的缝隙中流出，不断流出的水将带走混凝土中的水泥浆，使得混凝土内部空洞，洞门环梁的施工质量难以保证，从而使得洞门环梁封闭后往往出现较多、较大的漏水点，后期再进行注浆封堵也效果有限，随着使用时间的推移，洞门环梁注浆堵漏处也会出现复漏，如此形成的洞门环梁密封效果差，渗漏现象严重。
目前，最为常用的解决方式是注浆进行土体加固。但是注浆加固离散性大，加固体不均匀，效果差，开挖安全性相对较差。
发明内容
本发明提供一种土体加固性能好，可有效解决向密封连接处涌砂涌水现象的洞门环梁施工中的冻结壁围护结构及其施工方法。
解决的技术问题是：盾构隧道与车站之间的密封连接结构经常会出现从管片背后涌砂涌水的现象，现有的注浆解决方式加固离散性大，加固体不均匀，效果差，后期开挖安全性相对较差。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明洞门环梁施工中的冻结壁围护结构，包括A排冻结管和B排冻结管；在A排冻结管和B排冻结管内依次通入液氮和盐水后，在车站基坑与隧道管片连接处及隧道管片四周的地层中形成冻结壁围护结构；
A排冻结管位于车站基坑的既有咬合桩内，由地面垂直打入，底端均超出隧道管片底面设置，A排冻结管是由冻结管沿垂直于隧道水平轴线方向的纵截面并列排布组成的管幕；
B排冻结管与A排冻结管沿隧道水平轴线方向并列排布，位于A排冻结管远离车站基坑一侧，B排冻结管包括一组垂直设置的Bc管和位于Bc管两侧的B0管与Bx管，Bc管的数量与A排冻结管数量一致，且一一对应设置，B0管与Bx管倾斜对称设置，由地面倾斜打入，分别从隧道管片两侧穿过、于隧道管片下方相交。
本发明洞门环梁施工中的冻结壁围护结构，进一步的，所述冻结壁围护结构的厚度不小于洞门环梁宽度的1.5倍。
本发明洞门环梁施工中的冻结壁围护结构，进一步的，所述A排冻结管底端超出隧道管片底面的距离不小于2.5m。
本发明洞门环梁施工中的冻结壁围护结构，进一步的，所述A排冻结管与既有咬合桩偏心设置，A排冻结管偏向既有咬合桩远离远离车站基坑的一侧边沿设置。
本发明洞门环梁施工中的冻结壁围护结构，进一步的，所述B排冻结管与A排冻结管的间距不大于洞门环梁宽度的0.5倍。
本发明洞门环梁施工中的冻结壁围护结构，进一步的，所述A排冻结管均匀间隔排布，相邻冻结管之间的距离为1-1.5m；A排冻结管包括位于两侧边的A1管和An管，以及位于A1管与An管之间的一组Ai管，A1管与An管分别位于隧道管片两侧；A1管与An与隧道管片的最小水平距离不超过1m。
本发明洞门环梁施工中的冻结壁围护结构，进一步的，所述Bc管包括位于两侧边的B1管和Bn管，以及位于B1管与Bn管之间的一组Bi管，Bi管由地面垂直打入、底端伸至隧道管片外侧面上方。
本发明洞门环梁施工中的冻结壁围护结构，进一步的，所述B0管和Bx管与竖直方向的夹角不小于20°，B0管和Bx管与隧道管片外侧面的最小距离不超过0.5m。
本发明洞门环梁施工中的冻结壁围护结构，进一步的，所述A排冻结管与B排冻结管中的每根冻结管为不锈钢管。
本发明洞门环梁施工中的冻结壁围护结构的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、确定冻结管的设置位置；
根据待施工的洞门环梁的位置和宽度，结合工程特点、土层条件以及施工现场情况确定冻结壁的厚度；根据咬合桩的位置和直径确定A排冻结管的地面打入位置，并由此确定B排冻结管的地面打入位置；
步骤二、布设冻结孔；
将冻结管由地面打入，注意控制冻结管的打入角度和长度；
步骤三、设置测温孔；用于实时掌握冻结壁不同部位的温度发展情况，以便根据温度变化及时调整冷冻循环介质和具体的冻结参数；
步骤四、拆除冻结孔的施工设备，将冻结管与液氮冻结系统连接；
步骤五、液氮积极冻结；以液氮为冷冻介质，运行液氮冻结系统冻结周围土层，在隧道管片的外侧周围和洞门环梁的施工截面处形成封闭的冻结壁围护结构；
步骤六、液氮积极冻结达到设计冻结条件后，拆除液氮冻结系统，将冻结管与盐水冻结系统连接；
步骤七、盐水维持冻结；以盐水为冷冻介质，运行盐水冻结系统进行维持冻结，同时进行洞门环梁的施工；
步骤八、在洞门环梁的施工过程中，破除隧道管片、隧道内填充墙以及既有咬合桩时，A排冻结管中的Ai管暴露在外的部分以保温层进行隔热保护；
步骤九、在洞门环梁施工完成后，拆除盐水冻结系统，切除隧道内的冻结管，孔洞做密封处理。
本发明洞门环梁施工中的冻结壁围护结构与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明洞门环梁施工中的冻结壁围护结构中的冻结管分两排设置，A排冻结管竖直穿过隧道管片， B排冻结管围设在隧道管片四周，且最两侧的冻结管倾斜向下伸入隧道管片底部，将与车站围护结构的连接的隧道端部整面冻结，避免洞门环梁施工对既有隧道产生影响；冻结区域准确覆盖洞门环梁的施工位置，可有效避免洞门环梁与其围护结构之间的渗水渗砂现象，形成的冻结壁牢固性强，均匀性好，围护效果理想，质量可靠。
本发明冻结管从地面打入，施工难度小，不会对既有隧道和即将进行的车站施工产生任何不利影响，与从隧道内向外水平设置冻结管的方式相比，施工周期短，难度小，效率高，冻结范围大，围护效果好。
本发明采用液氮积极冷冻和盐水维护冷冻的方式相结合，在确保冻结效果的同时，大大减少了液氮的使用量，降低了施工成本，避免了不必要的浪费。
下面结合附图对本发明的洞门环梁施工中的冻结壁围护结构及其施工方法作进一步说明。
附图说明
图1为本发明洞门环梁施工中的冻结管设置的截面示意图；
图2为A排冻结管的排布示意图；
图3为B排冻结管的排布示意图；
图4为冻结管排布的横截面示意图；
图5为施工完成的冻结壁围护结构示意图。
附图标记：
1-A排冻结管；2-B排冻结管；3-既有咬合桩；4-车站基坑；5-隧道管片；6-冻结壁。
具体实施方式
如图1至图5所示，本发明洞门环梁施工中的冻结壁围护结构，包括设置在车站基坑4与隧道管片5连接处的A排冻结管1和B排冻结管2；在A排冻结管1和B排冻结管2内依次通入液氮和盐水后，会在车站基坑4与隧道管片5连接处及隧道管片5四周的地层中形成厚度不小于洞门环梁宽度1.5倍的冻结壁6围护结构。
如图2所示，A排冻结管1位于车站基坑4的既有咬合桩3内，由地面垂直打入，底端均超出隧道管片5底面设置，超出的距离不小于2.5m；A排冻结管1是由冻结管沿垂直于隧道水平轴线方向的纵截面并列排布组成的管幕，均匀间隔设置，相邻冻结管之间的距离为1-1.5m；A排冻结管1包括位于两侧边的A1管和An管，以及位于A1管与An管之间的一组Ai管，Ai管的数量不少于5根，A1管与An管分别位于隧道管片5两侧，与隧道管片5的最小水平距离不超过1m。
如图4所示，A排冻结管1与既有咬合桩3偏心设置，A排冻结管1与既有咬合桩3远离远离车站基坑4的一侧边沿的最小距离不超过100mm。
如图3所示，B排冻结管2与A排冻结管1沿隧道水平轴线方向并列排布，位于A排冻结管1远离车站基坑4一侧，与A排冻结管1的间距不大于洞门环梁宽度的0.5倍；B排冻结管2包括一组垂直设置的Bc管和位于Bc管两侧的B0管与Bx管，Bc管的数量与A排冻结管1数量一致，且一一对应设置，也包括位于两侧边的B1管和Bn管，以及位于B1管与Bn管之间的一组Bi管，Bi管由地面垂直打入、底端伸至隧道管片5外侧面上方，Bi管的底端与隧道管片5外侧面的垂直距离不大于50mm；B0管与Bx管倾斜对称设置，由地面倾斜打入，分别与B1管和Bn管交叉后、从隧道管片5两侧穿过，于隧道管片5下方相交，B0管和Bx管与竖直方向的夹角不小于20°，B0管和Bx管与隧道管片5外侧面的最小距离不超过0.5m。
A排冻结管1与B排冻结管2中的冻结管为不锈钢管。
本发明洞门环梁施工中的冻结壁围护结构的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、确定冻结管的设置位置；
根据待施工的洞门环梁的位置和宽度，结合工程特点、土层条件以及施工现场情况确定冻结壁6的厚度；根据咬合桩的位置和直径确定A排冻结管1的地面打入位置，并由此确定B排冻结管2的地面打入位置；确保冻结壁6围护结构的厚度不小于洞门环梁宽度1.5倍；
步骤二、布设冻结孔；
采用地质钻机钻孔，然后泥浆护壁成孔，施工中注意控制钻孔的钻进角度，及时进行纠偏，成孔完成后，下放壁厚不小于6mm的无缝低碳钢管，然后在无缝低碳钢管内套设放入不锈钢管；
步骤三、设置测温孔；用于实时掌握冻结壁6不同部位的温度发展情况，以便根据温度变化及时调整冷冻循环介质和具体的冻结参数；
测温孔分布在隧道的两侧和顶部中央位置，设置在相邻冻结孔形成的冷冻交圈的最小叠合位置处，即为冷冻体最薄弱的地方，最外侧测温孔距离最外侧冻结孔1m；
步骤四、拆除冻结孔的施工设备，将内部的不锈钢管与液氮冻结系统连接；
液氮冻结系统由液氮循环干管、冻结器、连接管路、控制阀门等组成，冻结管路连接完成后，对供液不锈钢软管、液氮循环干管、排气管等外漏部分采用聚乙烯材料进行保温；
步骤五、液氮积极冻结；以液氮为冷冻介质，运行液氮冻结系统冻结周围土层，在隧道管片5的外侧周围和洞门环梁的施工截面处形成封闭的冻结壁6围护结构；液氮冻结系统的N2出气口的氮气温度控制在-100℃；
步骤六、液氮积极冻结达到设计冻结条件后，拆除液氮冻结系统，将冻结管与盐水冻结系统连接；
盐水冻结系统由冻结站、去回路盐水干管、控制阀门组成，冻结站通过去回路盐水干管与冻结管连接，通过控制阀门完成盐水维护冷冻的调节过程；
步骤七、盐水维持冻结；以盐水为冷冻介质，运行盐水冻结系统进行维持冻结，同时进行洞门环梁的施工；
盐水维护冻结的过程中，盐水去路与回路的温差控制在2℃内，并结合土体测温数据进行信息化施工；
步骤八、在洞门环梁的施工过程中，破除隧道管片5、隧道内填充墙以及既有咬合桩3时，A排冻结管1中的Ai管暴露在外的部分以保温层进行隔热保护；
步骤九、在洞门环梁施工完成后，拆除盐水冻结系统，切除隧道内的冻结管，孔洞做密封处理；
具体的拆除方式；先关闭盐水冻结系统的阀门，拆除洞门内冻结管的保温层，切除隧道内的冻结管，然后采用环氧砂浆进行孔口封堵，并在冻结管孔洞内预留注浆管，待解冻完成后进行注浆封堵。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.洞门环梁施工中的冻结壁围护结构的施工方法，其特征在于：所述洞门环梁施工中的冻结壁围护结构，包括A排冻结管（1）和B排冻结管（2）；在A排冻结管（1）和B排冻结管（2）内依次通入液氮和盐水后，在车站基坑（4）与隧道管片（5）连接处及隧道管片（5）四周的地层中形成冻结壁（6）围护结构；
A排冻结管（1）位于车站基坑（4）的既有咬合桩（3）内，由地面垂直打入，底端均超出隧道管片（5）底面设置，A排冻结管（1）是由冻结管沿垂直于隧道水平轴线方向的纵截面并列排布组成的管幕；
B排冻结管（2）与A排冻结管（1）沿隧道水平轴线方向并列排布，位于A排冻结管（1）远离车站基坑（4）的一侧，B排冻结管（2）包括一组垂直设置的Bc管和位于Bc管两侧的B0管与Bx管，Bc管的数量与A排冻结管（1）数量一致，且一一对应设置，B0管与Bx管倾斜对称设置，由地面倾斜打入，分别从隧道管片（5）两侧穿过、于隧道管片（5）下方相交；
施工方法包括以下步骤：
步骤一、确定冻结管的设置位置；
根据待施工的洞门环梁的位置和宽度，结合工程特点、土层条件以及施工现场情况确定冻结壁（6）的厚度；根据咬合桩的位置和直径确定A排冻结管（1）的地面打入位置，并由此确定B排冻结管（2）的地面打入位置；
步骤二、布设冻结孔；
将冻结管由地面打入，注意控制冻结管的打入角度和长度；
步骤三、设置测温孔；用于实时掌握冻结壁（6）不同部位的温度发展情况，以便根据温度变化及时调整冷冻循环介质和具体的冻结参数；
步骤四、拆除冻结孔的施工设备，将冻结管与液氮冻结系统连接；
步骤五、液氮积极冻结；以液氮为冷冻介质，运行液氮冻结系统冻结周围土层，在隧道管片（5）的外侧周围和洞门环梁的施工截面处形成封闭的冻结壁（6）围护结构；
步骤六、液氮积极冻结达到设计冻结条件后，拆除液氮冻结系统，将冻结管与盐水冻结系统连接；
步骤七、盐水维持冻结；以盐水为冷冻介质，运行盐水冻结系统进行维持冻结，同时进行洞门环梁的施工；
步骤八、在洞门环梁的施工过程中，破除隧道管片（5）、隧道内填充墙以及既有咬合桩（3）时，A排冻结管（1）中的Ai管暴露在外的部分以保温层进行隔热保护；
步骤九、在洞门环梁施工完成后，拆除盐水冻结系统，切除隧道内的冻结管，孔洞做密封处理。
2.根据权利要求1所述的洞门环梁施工中的冻结壁围护结构的施工方法，其特征在于：所述冻结壁（6）围护结构的厚度不小于洞门环梁宽度的1.5倍。
3.根据权利要求1所述的洞门环梁施工中的冻结壁围护结构的施工方法，其特征在于：所述A排冻结管（1）底端超出隧道管片（5）底面的距离不小于2.5m。
4.根据权利要求1所述的洞门环梁施工中的冻结壁围护结构的施工方法，其特征在于：所述A排冻结管（1）与既有咬合桩（3）偏心设置，A排冻结管（1）偏向既有咬合桩（3）远离车站基坑（4）的一侧边沿设置。
5.根据权利要求1所述的洞门环梁施工中的冻结壁围护结构的施工方法，其特征在于：所述B排冻结管（2）与A排冻结管（1）的间距不大于洞门环梁宽度的0.5倍。
6.根据权利要求1所述的洞门环梁施工中的冻结壁围护结构的施工方法，其特征在于：所述A排冻结管（1）均匀间隔排布，相邻冻结管之间的距离为1-1.5m；A排冻结管（1）包括位于两侧边的A1管和An管，以及位于A1管与An管之间的一组Ai管，A1管与An管分别位于隧道管片（5）两侧；A1 管与隧道管片的最小水平距离以及An 管与隧道管片之间的最小水平距离均不超过1m。
7.根据权利要求6所述的洞门环梁施工中的冻结壁围护结构的施工方法，其特征在于：所述Bc管包括位于两侧边的B1管和Bn管，以及位于B1管与Bn管之间的一组Bi管，Bi管由地面垂直打入、底端伸至隧道管片（5）外侧面上方。
8.根据权利要求1所述的洞门环梁施工中的冻结壁围护结构的施工方法，其特征在于：所述B0管和Bx管与竖直方向的夹角不小于20°，B0管和Bx管与隧道管片（5）外侧面的最小距离不超过0.5m。
9.根据权利要求1所述的洞门环梁施工中的冻结壁围护结构的施工方法，其特征在于：所述A排冻结管（1）与B排冻结管（2）中的每根冻结管为不锈钢管。
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