CN113756823A - 盾构机内的间接环形冻结装置、其安装方法及冻结系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盾构机内的间接环形冻结装置、其安装方法及冻结系统，涉及工程施工领域。盾构机内的间接环形冻结装置，包括：冻结管，所述冻结管布置在盾构机壳体内侧，其中冻结管利用盾构机壳体传递热量进行盾构机壳体内外两侧的热交换而实现间接冻结，形成沿盾构机壳体外侧成圆环形状环绕布置的冻结壁；以及测温管，所述测温管伸入冻结壁的测温孔内，其中测温孔的深度接近且不大于冻结壁的厚度。本发明实现盾构机壳体外侧含水土层彻底封水冻结，封闭沿壳体圆周的环形流水通道，并且避免由盾构机壳体从内至外径向开孔后向土体植入冻结系统，而伴随产生的次生漏水风险，确保冻结的有效性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及工程施工技术领域，尤其涉及一种盾构机内的间接环形冻结装置、其安装方法及冻结系统。
背景技术
现有冻结法施工技术，主要原理为将冻结管直接打入地下含水地层中，使冻结管与土体直接接触，冻结管设计采用垂直、水平或倾斜的方式进行布置，然后在冻结管中注入盐溶液，运行盐水制冷系统使地层降温冻结并形成具有临时承载和隔水作用的冻结壁。
关于盾构机接收的施工风险则主要表现为：因土体加固质量难以保证而致洞门喷涌现象频现，继而导致大量水土流失以致周边环境破坏，引发不良社会影响，尤其是处于深覆土、高水压、强渗透地层条件下的盾构机接收施工作业风险尤为巨大。盾构机接收过程中一旦出现渗漏水险情，需要针对隧道外侧含水土体进行封水冻结，在现有技术条件下有两种措施：第一种措施设置垂直冻结管：由地面从上往下植入冻结管直至盾构机壳体外侧，但无法做到冻结管均匀密布于盾构机壳体四周，且无法与盾构机壳体紧密接触，从而导致土体与盾构机壳体之间存在渗水通道；第二种措施由盾构机壳体从内至外径向开孔后向土体植入冻结系统，可解决土体与盾构机壳体间渗水通道，但是开孔过程中存在漏水的安全风险。具体而言，在采用第一种措施时，由地面植入冻结管，需要由钻机在地面向地下进行开钻引孔，但不得因钻进而破坏盾构机壳体，这是破坏性结果，不允许出现。如图1所示，图1中的1-5号冻结管由地面引入，理论上需要将冻结管端部与盾构机壳体零接触，避免开钻引孔时破坏盾构机壳体，但同时因为两者的距离越近，冻结效果越好，越能封闭沿盾构机外壳体的渗流通道，钻孔时需要尽量接近盾构机壳体来实现好的冻结效果。然而，目前施工技术还不能100％精准的控制钻机停钻时，使钻头与盾构机外壳体之间正好处于这种“零”接触状态。而图1中的6-9号冻结管，若由地面垂直打入，势必穿透盾构机壳体，这也是不允许出现的，技术方向不可行。常规技术上只能改用第二种措施，即由盾构机壳体由内向外引孔，见图1中的冻结管10-15号，然而这又存在采取如上所述的第二种措施的安全风险。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种盾构机内的间接环形冻结装置、其安装方法及冻结系统，能够透过钢板等介质进行钢板内外两侧的热交换，从而使含水地层降温冻结，同时透过盾构壳体钢板内布置的环向冻结管从而与钢板外土体进行热交换，从根源上杜绝了由盾构机壳体从内至外径向开孔过程中产生的漏水风险以及土体与盾构机壳体之间渗水通道的风险，同时还能保证了冻结壁形成的有效厚度，确保了冻结的有效性和安全性。
为实现上述目的，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种盾构机内的间接环形冻结装置，其特征在于，包括：冻结管，所述冻结管布置在盾构机壳体内侧，其中冻结管利用盾构机壳体传递热量进行盾构机壳体内外两侧的热交换而实现间接冻结，形成沿盾构机壳体外侧成圆环形状环绕布置的冻结壁；以及测温管，所述测温管伸入冻结壁的测温孔内，其中测温孔的深度接近且不大于冻结壁的厚度。
优选地，冻结管紧贴着盾构机壳体的内壁布置，并在盾构机壳体的内壁上固定。
优选地，冻结壁沿盾构机径向的厚度为0.7m，并且沿盾构机轴向的长度为2.2m。
优选地，冻结管的圈数与所述冻结壁的长度相对应。
优选地，盾构机内的间接环形冻结装置还包括保温层，所述保温层布置在冻结壁附近盾构机壳体内侧。
为实现上述目的，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种盾构机内的间接环形冻结装置的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：将冻结管从盾构机一侧底部集配液圈处开始向上敷设绕过盾构机顶部后，从另一侧绕回集配液圈；将冻结管紧贴盾构机壳体内壁敷设，贴近盾构机壳体内壁用固定装置将冻结管压紧在盾构机壳体内壁上，进行固定；在冻结管被固定后，用填充物填满所述冻结管两侧间隙；在冻结管两侧间隙被填满后，在冻结管外侧铺设保温板；从盾构机壳体钻孔直到冻结壁内的第一距离，形成测温孔；以及将测温管伸入到所述测温孔内，其中冻结管利用所述盾构机壳体传递热量进行所述盾构机壳体内外两侧的热交换而实现间接冻结，形成沿盾构机壳体外侧成圆环形状环绕布置的冻结壁。
优选地，测温孔的深度接近且不大于冻结壁的厚度。
优选地，每隔第二距离设置固定装置来固定所述冻结管。
优选地，冻结管通过定制接头与所述集配液圈连接。
为实现上述目的，根据本发明实施例的另一方面，提供了一种包括上述实施例的间接环形冻结装置的冻结系统。
上述发明中的一个或多个实施例具有如下优点或有益效果：首先，本发明避免了土体与盾构机壳体之间渗水通道的风险，实现了盾构机壳体外侧含水土层彻底封水冻结，形成具有临时承载和隔水作用的冻结壁，封闭沿壳体圆周的环形流水通道，确保了冻结的有效性和安全性。其次，避免由盾构机壳体从内至外径向开孔后向土体植入冻结系统，而伴随产生的次生漏水风险，进一步确保了冻结的有效性和安全性。
上述的非惯用的可选方式所具有的进一步效果将在下文中结合具体实施方式加以说明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是现有技术的冻结管安装示意图。
图2是根据本发明实施例的间接环形冻结装置的结构示意图。
图3是根据本发明实施例的冻结壁剖面图。
图4是根据本发明实施例的冻结管与测温管横剖面布置图。
图5是根据本发明实施例的冻结管布置的侧视图。
图6是根据本发明实施例的图5中A部分的放大图。
图7是根据本发明实施例的冻结保温层的示意图。
图8是根据本发明实施例的间接环形冻结装置的安装方法的主要步骤的示意图。
图9是根据本发明实施例的冻结系统工艺原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
首先，本发明涉及地下工程土体(地基基础)加固的方法，适用于含水地层的土体加固，对于含水量丰富、渗透系数高的土体尤其适用。例如，本发明应用于隧道建设中的盾构机接收施工工程，主要是针对为了确保盾构机接收安全而采取的第二道土体加固防线，防止在盾构接收过程中出现因加固土体向接收工作井内渗漏水而引发的安全事故。
为此，本发明涉及利用钢板等传递热量，透过盾构机壳体钢板等介质进行钢板内外两侧的热交换，从而使冻结管通过盾构机壳体向地层传递冷量从而使含水地层降温冻结，防止盾构接收过程中出现因加固土体向接收工作井内渗漏水而引发的安全事故，也从根源上杜绝了由盾构机壳体从内至外径向开孔过程中产生的漏水风险，且保证了冻结壁形成的有效厚度，确保冻结的有效性和安全性。概括而言，在启动冻结系统之后，冻结管内盐水冷媒剂与盾构机壳体外部含水土体之间即存在温度差，利用钢材等导热率高的性能特点，可将冷量在冷媒剂与周围含水土体两物质间发生热交换，并使地层冻结形成了冻土圆柱，从而实现了间接冻结工艺，克服了现有技术中的问题，并且获得了意料不到的技术效果。
接下来，将具体描述本发明实施例的间接环形冻结装置。
根据本发明实施例的一个方面，本发明基于图2至图7提供了一种盾构机内的间接环形冻结装置。本发明的一种盾构机内的间接环形冻结装置，其特征在于，包括：冻结管，所述冻结管布置在盾构机壳体内侧，其中冻结管利用盾构机壳体传递热量进行盾构机壳体内外两侧的热交换而实现间接冻结，形成沿盾构机壳体外侧成圆环形状环绕布置的冻结壁；以及测温管，所述测温管伸入冻结壁的测温孔内，其中测温孔的深度接近且不大于冻结壁的厚度。
图2是根据本发明实施例的间接环形冻结装置的结构示意图。在本发明的实施例中，如图2所示，冻结管布置在盾构机壳体(即图2中的盾壳)内侧。冻结管利用盾构机壳体传递热量进行盾构机壳体内外两侧的热交换而实现间接冻结，形成沿盾构机壳体外侧成圆环形状环绕布置的冻结壁，如图2所示。从图2可以看出，根据本发明实施例的间接环形冻结装置还包括测温管。测温管伸入冻结壁的测温孔内。而且，测温孔的深度接近且不大于冻结壁的厚度。也就是说，从图2可以直接看出，测温管伸入冻结壁，靠近冻结壁的外侧边缘，但是没有穿透冻结壁。
优选地，冻结管紧贴着盾构机的内壁布置，并在盾构机壳体的内壁上固定。
优选地，冻结管为环向冻结管。
优选地，盾构机壳体的材质为导热材料，例如为钢板等。
优选地，冻结管应选用导热和低温性能良好的材质，宜采用不锈钢波纹管(软管)。
本发明通过盾构机壳体内布置的环向冻结管，透过钢板等进行钢板内外两侧的热交换，从而与钢板外土体进行热交换，进而使含水土层降温冻结。本发明从根源上杜绝了由盾构机壳体从内至外径向开孔过程中产生的漏水风险以及土体与盾构机壳体之间渗水通道的风险，且保证了冻结壁形成的有效厚度，确保冻结的有效性和安全性。也就是说，本发明实现了盾构机壳体外侧含水土层彻底封水冻结，形成具有临时承载和隔水作用的冻结壁，封闭沿壳体圆周的环形流水通道；也避免由盾构机壳体从内至外径向开孔后向土体植入冻结系统，而伴随产生的次生漏水风险(开孔时，沿孔壁流出)。
图3是根据本发明实施例的冻结壁剖面图。从图3可以看出，冻结壁沿盾构机外壳成圆环形状环绕布置，有效冻结壁厚度沿盾构机径向为0.7m(根据单排孔冻结壁扩展速度规律，一般为0.5-1.0m，本发明实施例取偏安全值或经验值0.7m)，而有效冻结壁长度沿盾构机轴向为L＝2.2m(根据冻结管沿轴向布置圈数定)。也就是说，冻结管的圈数与所述冻结壁的长度相对应。在本发明的实施例中，例如，设计冻结壁平均温度-10℃。例如，单圈冻结管单孔盐水流量3-5m3/h，最低盐水温度-28至-30℃。
图4是根据本发明实施例的冻结管与测温管横剖面布置图。图5是根据本发明实施例的冻结管布置的侧视图。图6是根据本发明实施例的图5中A部分的放大图。根据本发明实施例的间接环形冻结装置的测温管插入冻结壁的测温孔内。测温孔位置可根据冻结孔安装及现场情况适当调整。在本发明的特定实施例中，如图4所示，例如，测温孔伸入冻结壁深度为650mm，这是相对于冻结壁的设计厚度700mm而设定的深度值。因为测温孔越接近冻结壁边界，所测得的温度越能反映冻结壁形成状态，但不宜大于冻结壁厚度，防止穿透冻结壁时形成渗水通道。由此，测温孔的深度可以接近且不大于冻结壁的厚度。进一步地，如图4所示，例如φ40x3.5mm钢管伸入冻结壁内的测温孔内一定深度(例如650mm)，作为测温管，测温孔口处用钢板与孔口管(例如，2寸孔口管)密封焊接。测温管内安装温度传感器进行温度监测。
更具体地，在本发明的一实施例中，在D2-D3冻结管之间，由盾构机底部起间隔45°布置一个测温孔，共布置了7个测温孔，但是顶部不设置穿透性测温孔，如图4所示。这主要是因为现有取芯钻机构造缘故，在倒立开孔时，钻杆中心冷却水回流将导致钻机电机烧死而引发故障，所以顶部不设置测温孔而避免此故障发生，确保了冻结的有效性的同时保证了安全性。值得特别注意的是，在针对测温孔布置设计，尽管如上述顶部虽然不设置测温孔，但根据概率理论：其余方位均匀布置的测温孔，其测温结果若99％以上合格，则基本上可以反映出整个冻结系统布置的成败，完全可以从宏观上反映顶部的冻结效果。
此外，在本发明实施例中，冻结管圈径＝盾构机外径-2*盾构机壁厚-冻结管外径-径向误差(由盾壳内径决定)。例如，从图4可以看出，本案例盾构机外径为6760mm，盾构机壁厚为50mm，冻结管外径为50mm，径向误差考虑每侧30mm，则本案例圈径＝6760-2*50-50-2*30＝6550mm。
此外，冻结管材料选用：应选用导热和低温性能良好的材质，优选地，采用不锈钢波纹管(软管)。本发明实施例的冻结管采用De50*3.5不锈钢波纹管，外径50mm，壁厚3.5mm。
进一步地，从图5-图6可以看出，冻结工作面布置有例如，9圈冻结管(根据有效冻结壁长度)。更具体地，等间距布置D1至D9冻结管，如图5-6所示。例如，D1至D9冻结管之间的间距均为150mm，不宜大于冻结壁设计厚度。这主要是为了在盐水制冷系统的作用下，可形成两两相交的连续冻土圆柱体，从而形成更有效的冻结壁。具体而言，因单根冻结管在盐水制冷系统的作用下，由小到大逐渐形成了以冻结管为圆心的冻土圆柱。为了使在同一时刻，单管形成的冻土圆柱均匀发展达到同一直径，同时使相邻两冻土圆柱之间两两相交，达到无缝搭接的目的，则需将冻结管等间距布置。具体的，等间距布置的原理为：盐水制冷作用的发展路径长度相等、速率相等，因此冻土圆柱形成的时间等同，所以可以在同一时刻相交并搭接。而且，等间距布置冻结管，能够使冻结管均匀密布于盾构机壳体四周，避免了现有技术中的“导致土体与盾构机壳体之间存在渗水通道”的技术缺陷。
图7是根据本发明实施例的冻结保温层的示意图。如图7所示，冻结管D1至D9紧贴着盾壳内壁布置，之后用固定装置(例如5号槽钢)压紧并在盾壳内壁上固定，从而将冻结管安装固定。优选地，固定装置(例如，槽钢)每隔一定距离，例如1m设置一根。在本发明的实施例中，紧贴盾壳内壁布置有利于提升冻结管与盾构机壳体外土体的热交换能力，从而更好地实现间接冻结的效果，确保冻结的有效性。而且，紧贴盾壳内壁布置能够好地实现冻结管与盾构机壳体紧密接触，确保冻结的有效性和安全性。
在对冻结管固定之后，应在冻结壁附近盾构机壳体内侧敷设保温层，保温层敷设范围不得小于设计冻结壁边界外一定距离，例如1m。由于实际冻结壁厚度往往比设计厚度稍大，1m范围基本上可以覆盖实际冻结壁保温范围，减少热交换能量损失。保温层厚度一般情况下可取30-50mm。保温层主要包括冻结管两侧间隙的填充层，以及在冻结管外侧铺设保温板。优选地，填充层例如是双块水泥层。保温板可以为单层或双层，总厚度不小于50mm。也就是说，在冻结管固定之后，首先用填充物(例如，双块水泥)填满冻结管两侧的间隙，然后在冻结管外侧铺设例如，单层或双层(厚度不小于50mm)的保温板。保温板用扎丝绑扎固定在槽钢上，板材之间采用对接连接，接缝处用聚氨酯发泡剂粘结。
在此也简单描述本发明的间接冻结工艺原理：启动冻结系统后，冻结管内盐水冷媒剂与盾构机壳体外部含水土体之间即存在温度差，利用钢材导热率高的性能特点，可将冷量在冷媒剂与周围含水土体两物质间发生热交换，并使地层冻结形成了冻土圆柱。而等间距布置的冻结管，在盐水制冷系统的作用下，可形成两两相交的连续冻土圆柱体，即形成冻结壁。
总而言之，本发明从根源上杜绝了由盾构机壳体从内至外径向开孔过程中产生的漏水风险以及土体与盾构机壳体之间渗水通道的风险，且保证了冻结壁形成的有效厚度，确保冻结的有效性和安全性。也就是说，本发明的间接冻结技术(即，冻结管不与土体直接接触)对现有直接冻结技术(即冻结管与土体直接接触)是一个很好的补充，填充了地下工程行业间接冻结技术领域的空白，弥补了直接冻结技术在某类特定工况下的技术弊端。而且，本发明实现了盾构机壳体外侧含水土层彻底封水冻结，形成具有临时承载和隔水作用的冻结壁，封闭沿壳体圆周的环形流水通道；也避免由盾构机壳体从内至外径向开孔后向土体植入冻结系统，而伴随产生的次生漏水风险，保证了冻结壁形成的有效厚度，且确保了冻结的有效性和安全性，克服了技术偏见，带来了意料不到的技术效果。
接下来，根据本发明的另一方面，本发明提供了根据本发明实施例的间接环形冻结装置的安装方法。图8是根据本发明实施例的间接环形冻结装置的安装方法的主要步骤的示意图。参照图8，本发明实施例的间接环形冻结装置的安装方法主要包括以下几个步骤：将冻结管从盾构机一侧底部集配液圈处开始向上敷设绕过盾构机顶部后，从另一侧绕回集配液圈S801；将冻结管紧贴盾构机壳体内壁敷设，贴近盾构机壳体内壁用固定装置将冻结管压紧在盾构机壳体内壁上，进行固定S802；在冻结管被固定后，用填充物填满冻结管两侧间隙S803；在冻结管两侧间隙被填满后，在冻结管外侧铺设保温板S804；从盾构机壳体钻孔直到冻结壁内的第一距离，形成测温孔S805；以及将测温管伸入到测温孔内S806，其中冻结管利用盾构机壳体传递热量进行盾构机壳体内外两侧的热交换而实现间接冻结，形成沿盾构机壳体外侧成圆环形状环绕布置的冻结壁。
具体而言，在步骤S801中，冻结管安装从盾构机一侧底部集配液圈处开始，向上敷设绕过盾构顶部后，从另一侧绕回集配液圈。进一步地，冻结管通过定制接头与集配液圈连接。
在步骤S802中，冻结管务必紧贴盾构机壳体内壁敷设，贴近盾构机壳体内壁内壁后用固定装置(例如，5号槽钢)压紧在盾构机壳体内壁上进行固定。优选地，每隔一定距离，例如每隔1m设置固定装置(例如，一根槽钢)来焊接固定冻结管。
在步骤S803中，在冻结管被固定后，用填充物(例如，双块水泥)填满冻结管两侧间隙。在步骤S804中，在冻结管两侧间隙被填满后，在冻结管外侧铺设例如，50mm厚的保温板。优选地，保温板可以为单层或双层，总厚度不小于50mm。保温板用扎丝绑扎固定在槽钢上。在此，也可以结合图7和上文中相应的描述来理解本发明实施例的这两个方法步骤S803和S804。
在步骤S805中，从盾构机壳体钻孔直到冻结壁内的第一距离，形成测温孔。在步骤S806中，将测温管伸入到测温孔内。优选地，第一距离例如为650mm，不宜大于冻结壁厚度(例如，700mm)。具体地，在测温孔内安装例如，φ40x3.5mm钢管作为测温管，测温孔口处用钢板与孔口管密封焊接，测温管内安装温度传感器进行温度监测。在此，也可以结合图4，图7和上文中相应的描述来理解本发明实施例的这两个方法步骤S805和S806。优选地，测温孔的深度接近且不大于冻结壁的厚度。
在实施本发明实施例的安装方法之前，本发明实施例的安装方法还包括：施工前先在盾构机壳体内壁密封焊接一截例如，φ2寸镀锌管，镀锌管另一头套丝牙，丝牙上安装例如，DN40球阀。打开球阀在镀锌管内用取芯钻机钻进盾构机壳体(钻头φ40mm)，盾构机壳体出水后，退出钻机，关闭阀门。本发明实施例的安装方法进一步包括：在积极冻结期间，当冻结壁交圈打开球阀不再出水后，继续用钻机完全钻透盾构机壳体钢板，取出钢板后在测温孔内继续钻进650mm(不宜大于冻结壁厚度)，在孔内安装φ40x3.5mm钢管作为测温管(对应于上述步骤S805和S806)，测温孔口处用钢板与孔口管密封焊接，测温管内安装温度传感器进行温度监测。
在安装过程中，设定特定的技术指标。例如，(1)冻结壁设计平均温度为不高于－10℃，冻土单轴抗压强度为3.6MPa，弯折强度1.8MPa，直剪强度1.5MPa(－10℃)；(2)环形冻结管通过盾构机内各组件位置定位，定位最大允许误差为50mm，排间距误差不大于20mm；(3)冻结管管材为De50*3.5不锈钢波纹管，外径50mm，壁厚3.5mm。冻结管耐压不低于0.8MPa，并且不低于冻结作业面盐水压力的1.5倍；以及(4)保温板采用阻燃(或难燃)的软质塑料泡沫软板，厚度不小于50mm，导热系数不大于0.04W/Mk，吸水率应不大于2％。
下面还列出本发明实施例的主要冻结参数的实例，参照表1。
表1主要冻结参数表
本发明实施例的间接环形冻结装置的安装方法包括上述装置中的特点和技术特征，在此不再进行过多的累述。
通过本发明实施例的间接环形冻结装置的安装方法，该方法在启动冻结系统之后，冻结管内盐水冷媒剂与盾构机壳体外部含水土体之间即存在温度差，利用钢材导热率高的性能特点，可将冷量在冷媒剂与周围含水土体两物质间发生热交换，并使地层冻结形成了冻土圆柱，从而实现了间接冻结工艺，克服了现有技术中的问题，并且获得了意料不到的技术效果。换句话说，本发明能够防止盾构接收过程中出现因加固土体向接收工作井内渗漏水而引发的安全事故，从根源上杜绝了由盾构机壳体从内至外径向开孔过程中产生的漏水风险以及土体与盾构机壳体之间渗水通道的风险，且保证了冻结壁形成的有效厚度，确保冻结的有效性和安全性。
接下来，根据本发明的又一方面，本发明的实施例提供了一种冻结系统，包括参照图2至图7描述的上述的间接环形冻结装置。本发明实施例的冻结系统包括上文所述的间接环形冻结装置的特点和技术特征，在此不再累述。
下面将参照图9具体描述冻结系统。图9是根据本发明实施例的冻结系统工艺原理示意图。
如图9所示，冻结系统由3个部分组成：盐水循环系统、制冷循环系统(冷冻机运行系统)、清水循环系统。
(1)盐水循环系统由盐水箱、盐水泵及阀门、盐水循环管路组成。在盐水箱中配置比重，例如为1.265-1.267的盐水，通过盐水泵及阀门进入盐水循环管路(例如，盾构机内环形冻结管路采用De50*3.5不锈钢波纹管；盐水总管采用Φ159mm*4.5mm无缝钢管)，盐水经过制冷循环系统中的蒸发器把盐水降温，低温盐水进过盐水泵进入土体，形成整个盐水循环系统。在本发明实施例冻结系统的盐水循环系统中，本发明实施例的间接环形冻结装置对应于在盐水循环系统中的环形冻结管路，参照图9。环形冻结管路是冻结系统的一部分。在本发明实施例的间接环形冻结装置中，紧贴盾壳内壁布置例如，9圈环形不锈钢波纹管作为冻结管、冻结管间距例如为150mm，利用盐水制冷，通过盾壳向地层传递冷量进行间接冻结。
(2)盐水循环系统中土体的热量经盐水管路中的盐水与制冷循环系统中的制冷剂热量交换。压缩机是制冷循环系统装置中最主要的设备，通常为制冷装置中的主机。制冷剂蒸汽从低压提高为高压以及气体的不断流动、输送，都是借助于压缩机的工作来完成的，制冷压缩机的作用：1、从蒸发器中吸取制冷剂蒸气以保证蒸发器内一定的蒸发压力。2、提高压力将低压低温的制冷剂蒸气压缩成高压高温的过热蒸气，以创造在较高温度下冷凝的条件。3、输送并推动制冷剂在系统内流动完成制冷循环。冷凝器将来自压缩机的高压制冷剂蒸汽冷凝成液体，在冷凝过程中，制冷剂蒸汽放出热量被其他介质(例如，清水：清水循环系统)带走。节流装置起到节流降压的作用，经冷凝器冷凝后的高压制冷剂液体经过节流装置时，因受阻而使压力下降，导致部分制冷剂液体气化，同时吸收气化潜热，其本身温度也相应降低，成为低温低压的湿蒸汽，然后进入蒸发器。蒸发器是一种热交换器，是使低压低温制冷剂液体在沸腾过程中吸收被冷却介质(例如，盐水：盐水系统)的热量，从而达到制冷的目的。
(3)制冷循环系统中产生的热量由清水循环系统清水管路热交换。清水循环系统由清水池、冷却塔、清水泵及阀门、清水循环管路(例如，Φ159*4.5mm无缝钢管)组成。制冷循环系统中的热量通过冷凝器热交换，交换的热量经过清水循环管路中的清水在冷却塔中冷却散热。
本发明实施例的间接环形冻结装置、其安装方法及冻结系统主要实现了盾构机壳体外侧含水土层彻底封水冻结，形成具有临时承载和隔水作用的冻结壁，封闭沿壳体圆周的环形流水通道。其次，避免当由盾构机壳体从内至外径向开孔后向土体植入冻结系统时，由开孔时而导致水沿孔壁流出，进而伴随产生的次生漏水风险。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种盾构机内的间接环形冻结装置，其特征在于，包括：
冻结管，所述冻结管布置在盾构机壳体内侧，其中所述冻结管利用所述盾构机壳体传递热量进行所述盾构机壳体内外两侧的热交换而实现间接冻结，形成沿盾构机壳体外侧成圆环形状环绕布置的冻结壁；以及
测温管，所述测温管伸入所述冻结壁的测温孔内，其中所述测温孔的深度接近且不大于冻结壁的厚度。
2.根据权利要求1所述的盾构机内的间接环形冻结装置，其特征在于，所述冻结管紧贴着所述盾构机壳体的内壁布置，并在盾构机壳体的内壁上固定。
3.根据权利要求1所述的盾构机内的间接环形冻结装置，其特征在于，所述冻结壁沿盾构机径向的厚度为0.7m，并且沿盾构机轴向的长度为2.2m。
4.根据权利要求1所述的盾构机内的间接环形冻结装置，其特征在于，所述冻结管的圈数与所述冻结壁的长度相对应。
5.根据权利要求1所述的盾构机内的间接环形冻结装置，其特征在于，还包括保温层，所述保温层布置在所述冻结壁附近盾构机壳体内侧。
6.一种盾构机内的间接环形冻结装置的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：
将冻结管从盾构机一侧底部集配液圈处开始向上敷设绕过盾构机顶部后，从另一侧绕回集配液圈；
将冻结管紧贴盾构机壳体内壁敷设，贴近所述盾构机壳体内壁用固定装置将冻结管压紧在盾构机壳体内壁上，进行固定；
在所述冻结管被固定后，用填充物填满所述冻结管两侧间隙；
在所述冻结管两侧间隙被填满后，在所述冻结管外侧铺设保温板；
从盾构机壳体钻孔直到冻结壁内的第一距离，形成测温孔；以及
将测温管伸入到所述测温孔内，
其中，所述冻结管利用所述盾构机壳体传递热量进行所述盾构机壳体内外两侧的热交换而实现间接冻结，形成沿盾构机壳体外侧成圆环形状环绕布置的冻结壁。
7.根据权利要求6所述的盾构机内的间接环形冻结装置的安装方法，其特征在于，所述测温孔的深度接近且不大于所述冻结壁的厚度。
8.根据权利要求6所述的盾构机内的间接环形冻结装置的安装方法，其特征在于，每隔第二距离设置所述固定装置来固定所述冻结管。
9.根据权利要求6所述的盾构机内的间接环形冻结装置的安装方法，其特征在于，所述冻结管通过定制接头与所述集配液圈连接。
10.一种冻结系统，包括根据权利要求1-5所述的间接环形冻结装置。
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