CN115306407A - 一种采用垂直液氮冷冻加固与钢套筒盾构始发的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用垂直液氮冷冻加固与钢套筒盾构始发的方法，采用垂直液氮冻结加固与钢套筒盾构始发的施工技术工艺，包括如下步骤：施工准备→冻结孔及测温孔定位→冻结孔钻进及冻结管安装→供液管安装→液氮积极冻结→钢套筒安装及始发→冻结管拔除→融沉注浆。本发明通过液氮进行垂直冷冻代替原有加固措施，并在始发端头增加钢管筒提前建立盾构机内的土压平衡。液氮冷冻所需加固长度距离仅为2m，大大缩减加固范围且加固时间从原有的55天缩减为15天；同时结合钢套筒这个密闭的空间提供平衡掌子面的水土压力，使盾构机在破除洞门后立即建立水土平衡，并快速连续通过加固体，确保整个始发工序安全高效。
Description
技术领域
本发明涉及盾构技术领域，更具体地说是涉及一种采用垂直液氮冷冻加固与钢套筒盾构始发的方法。
背景技术
目前国内软弱富水地层盾构始发端头加固常规采用水泥搅拌桩、旋喷桩工艺对地层土体进行置换、改良，使地层满足设计规定的强度和止水要求，达到盾构安全始发的目的。现有盾构始发技术仅在始发井进行水泥加固后进行盾构机直接始发，传统盾构始发所需加固时间长，加固距离较长一般需达到15m，盾构始发时风险较高。实际施工过程中传统方案经常遇到加固区地面施工条件受限或地下存在障碍的情况，在传统端头加固工艺无法实施，且工况特殊对盾构始发阶段工期要求苛刻的情况下，对于此类地层没有一个相对成熟安全快速的施工工艺，因此针对国内软弱富水地层在无成熟施工工艺的情况下，在我项目施工中设计完成垂直液氮冷冻端头加固结合钢套筒盾构始发综合施工技术来满足盾构安全始发的相关要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种采用垂直液氮冷冻加固与钢套筒盾构始发的方法，目的就是为了解决上述之不足而提供。
为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：
一种采用垂直液氮冷冻加固与钢套筒盾构始发的方法，包括以下步骤：
步骤(一)、施工准备
首先根据车站始发端头确定垂直液氮冻结加固区域；
步骤(二)、冻结孔及测温孔定位
单个门洞设置两排冻结孔，共计若干个；并在垂直液氮冻结加固区域布置多个垂直测温孔，监测垂直液氮冻结加固区域的冻结壁厚度、冻结壁平均温度、冻结壁开挖面温度；
步骤(三)、冻结孔钻进及冻结管安装
依据施工基准点，按冻结孔施工图布置冻结孔；采用垂直钻机进行钻孔施工；垂直钻机钻进中要反复校核主动钻杆垂直度，及时调整钻机位置，采用减压钻进，检测偏斜符合要求后继续钻进；将冻结管通过冻结管接头置入冻结孔内，待冻结管安装完成后，进行冻结管检漏试验；并在垂直测温孔内安装垂直测温管；
步骤(四)、供液管安装
将供液管安装在冻结管内部，且供液管下部开设有出液管，底部封堵；然后将2个冻结管联接为一组，液氮先进入第一排供液管由排气管再进入第二排供液管；最后将第一排供液管与液氮储存车连通；
步骤(五)、液氮积极冻结
采用垂直冻结孔液氮冻结加固，在地连墙外侧成排布置；液氮冻结在土层的平均发展速度为250～350mm/d；根据设计的冻结壁厚度，冻结交圈时间为3～5天，积极冻结时间7～9天；当温度监测情况已达到设计要求，通过探孔查看止水效果，并且通过垂直测温孔确定冻结壁厚度及平均温度达到设计要求，冻结壁与连续墙完全胶接，交界面平均温度小于－5℃时，开始进行洞门破除施工；洞门破除施工期间可根据边界测温孔进行温度监测，调整液氮流量，保证土体冻结效果；
步骤(六)、钢套筒安装及始发
流程如下：洞门检查→安装过渡环→安装钢套筒下半圆和反力架→安装定位钢轨、洞门导轨，并填料→钢套筒内安装盾构机→安装钢套筒上半圆→预加反力→安装负环、盾构机刀盘推进至洞门掌子面→第二次钢套筒内填料→洞门凿除→压力测试→负环管片壁后注浆→盾构始发掘进→钢套筒拆除；
步骤(七)、冻结管拔除
利用人工解冻的方案，进行拔管，具体方法如下：利用热盐水在冻结器里循环，使冻结管周围的冻土少部分融化，然后开始拔管；
步骤(八)、融沉注浆
在冻土融化时及时采用融沉注浆，融沉注浆采用单液水泥浆为主，水泥-水玻璃双液浆为辅，以少量、多次、均匀为原则；实测地层沉降持续时间≥3个月，当冻结壁完全融化，且实测地层沉降持续一个月中每半个月≤0.5mm时，停止融沉注浆；停止融沉注浆后内若地层沉降半个月内＞0.5mm时，应继续进行融沉注浆；融沉注浆采取时间和沉降双控原则。
优选地，所述步骤(一)中垂直液氮冻结加固区域的有效厚度为2.1m，宽度为11.2m，高度为车站的隧道上下各3米范围，其冻结壁设置平均温度≤﹣15℃。
优选地，所述步骤(二)中单个门洞设置A、B两排冻结孔，A排冻结孔距离地连墙的槽壁0.4m，A、B两排冻结孔的排间距为0.9m。
优选地，所述步骤(三)中冻结孔施工时，应控制冻结孔偏斜，最大偏斜值≤150mm；其中，冻结管选用φ108×5mm的R304不锈钢管；冻结管接头可采用螺纹+对焊连接或内衬箍+对焊连接，冻结管接头的抗拉强度不低于母管的60％；垂直测温管选用φ89×8mm不锈钢管。
优选地，所述步骤(三)中进行冻结管检漏试验时，试验压力为冻结工作面压力且≥0.8MPa，经试压30min后压力下降≤0.05MPa，再延续15min压力不变为合格。
优选地，所述步骤(四)中供液管选用φ40×3mm不锈钢管，并安装在φ108×5mm的冻结管内。
优选地，所述步骤(五)中积极冻结时，在垂直液氮冻结加固区域周边200m的范围内不得采取降水措施，且在垂直液氮冻结加固区域内土层中不得有集中水流；其中，垂直液氮冻结加固区域的范围为：洞门处隧道四周外侧均≥2.0m，沿隧道方向≥2.20m。
优选地，所述步骤(五)中液氮储存车的液氮储罐出口的温度控制在-150℃～-170℃，压力控制在0.1MPa～0.15MPa，冻结管的出口温度控制在-50℃～-70℃，压力控制在0.05MPa～0.1MPa。
优选地，所述步骤(七)中所述冻结管拔除后留下的空洞，及时采用M10水泥砂浆进行回填，并利用千斤顶和手拉葫芦进行试拔，或用吊车试拔，待能够拔动冻结管，停止热盐水的循环；
其中，热盐水为用一只1m3左右的盐水箱储存盐水，用3组45kw的电热丝进行加热；热盐水的循环是利用流量为50m3/h以上盐水泵循环热盐水。
优选地，所述步骤(八)中水泥-水玻璃双液浆配比为：水泥浆与水玻璃溶液体积比为1：1，其中水泥浆水灰比为1：1，水玻璃溶液采用B35～B40水玻璃加1～2倍体积的水稀释。
优选地，所述步骤(八)中融沉注浆的注浆压力≤0.5Mpa。
优选地，所述步骤(六)钢套筒安装及始发的具体流程为：
1、洞门检查
钢套筒安装前需对洞门预埋环板进行检查；为防止盾构始发时刀盘切削到连续墙钢筋或工字钢接头，造成刀盘损坏，对洞门圆周一周凿除连续墙的混凝土保护层，露出钢筋，确认洞门范围不存在钢筋；若发现凿除混凝土保护层后有存在钢筋的现象，则应对侵入洞门范围的钢筋进行割除，确保盾构始发的安全、顺利；
2、安装过渡环
过渡环与预埋环板通过焊接连接，焊缝沿过渡环一圈内侧点焊，并在内侧贴遇水膨胀止水条，在过渡环与预埋环板焊接的外侧涂抹聚氨酯加强防水，并加焊槽钢进行补强；如出现过渡环与预埋环板有些地方出现较大空隙，需在这些空隙处填充钢板并连接牢固，务必将空隙尽可能封闭；
3、安装钢套筒下半圆和反力架
1)在开始安装钢套筒之前，首先在基坑里确定出井口盾体中心线，也就是钢套筒的安装位置，使从地面上吊下来的钢套筒力求一次性放到位，不用再左右移动；2)吊下第一节钢套筒的下半段，使钢套筒的中心与事先确定好的井口盾体中心线重合；3)钢套筒与过渡环采用螺栓连接；4)反力架的安装于常规盾构始发反力架安装一致。
4、安装定位钢轨、洞门导轨，并填料
在钢套筒下方60°圆弧内平均分布安装2根43公斤钢轨，钢轨从钢套筒后端铺设至洞门围护结构2m位置，钢轨采用压板固定，压板焊接在钢套筒筒体上；根据盾构机标高，在洞门下部安装2根导轨，靠近盾构机端制作成斜坡；为确保底部砂层提供充足的防盾构机扭转摩擦反力，在钢套筒底部2根钢轨之间铺砂并压实，每个位置的铺砂高度高出相应钢轨的高度15mm，待盾构机放去上后，进一步压实；
5、钢套筒内安装盾构机
在钢套筒内安装盾构机主体，并与连接桥和后配套台车连接；
6、安装钢套筒上半圆
钢套筒上半圆安装好以后，调整压紧螺栓，检验连接安装部位，确保其连接完好性，重要确保钢套筒的上下半圆、节与节部分之间连接，还要检查过渡连接板与洞门环板之间的连接情况，看是否存在脱开的现象，发现有隐患，要及时处理；
7、预加反力
上半圆安装完成后，调整环梁预加压力千斤顶，每个千斤顶的预压力为30t，总计反力架的预加压力约为600t；预压的过程中注意检查反力架各支撑是否松动，钢套筒连接螺栓是否松动，出现异常及时采用处理措施；
8、安装负环、盾构机刀盘推进至洞门掌子面
钢套筒、反力架安装完毕，盾构机调试完成后，安装负环、盾构机向前推进至刀盘面板贴近洞门掌子面但不切削掌子面；第一环负环在盾尾内拼装成型后，通过千斤顶整体向后顶推至紧贴反力架，管片与反力架之间采用螺栓连接；
9、第二次钢套筒内填料
盾构机向前推进至刀盘面板贴近洞门掌子面后，向钢套筒内进行第二次填砂，本次填料在钢套筒与盾构之间的间隙内填充砂；在填充的过程中适当加水，并通过钢套筒下部的排水孔排出，保证砂的密实；
10、洞门凿除
洞门凿除是盾构出洞的关键工序之一，其施工的质量、安全因素影响到了盾构施工能否顺利进行；虽然，洞门凿除工序简单，但其安全隐患较多、难度较大，凿出时经常会发生涌沙、涌水的现象，故在破除洞门前须做好充足的准备工作。始发洞门采取二次凿除施工；
11、压力测试
1)渗漏检测从加水孔向套筒内加水，至压力达到3bar时停止加水，加水过程中检查各连接部位有无漏水，若出现漏水或脱焊情况，必须马上泄压并及时处理，处理后再进行压力测试，直至压力稳定在3bar并未发现漏水点方可确认钢套筒的密封性；2)位移检测在盾构机组装过程中在钢套筒前方、反力架后方、侧方共布置5个百分表，主要是测试钢套筒及有无变形，以及钢套筒环向连接位置的位移；在试水、加压测试前，在钢套筒与洞门环板连接的部位分区域安装应变片，在钢套筒表面安装百分表，量程在3～5mm，可控制变形量或位移量精度在0.5mm左右；在加压过程中，一旦发现应变超标或位移过大，必须立即进行卸压、分析原因并采取解决措施；
12、负环管片壁后注浆
为保证负环管片与钢套筒之前的密封效果，在盾构机刀盘贴近洞门掌子面后，通过靠近反力架两环管片的吊装孔进行壁后注浆，注浆材料采用可硬性浆液，在管片后面形成一道密封防渗环；
13、盾构始发掘进
洞门连续墙为1000mm厚的C35P8螺纹钢筋连续墙，盾构机在切削连续墙时：推进速度控制在5～10mm/min，扭矩不大于2000kN·m，千斤顶总推力不大于800t；通过洞门后，速度可逐步提升至20～25mm/min，千斤顶总推力逐步调整到1000～1500t；盾构在穿越垂直液氮冻结加固区域时，不宜长时间停留，尽量缩短管片拼装时间；管片拼装过程中始终保证刀盘处于转动状态，以防刀盘被冻住；
14、钢套筒拆除
钢套筒拆除步骤：先拆除钢套筒加固支撑分解钢套筒上半部分、逐块吊出拆除负环及钢套筒的下半部分拆除反力架恢复始发井内的轨道和水管、电缆设备；
优选地，穿越垂直液氮冻结加固区域周边设4口应急降水井，降水井进入隧道底以下5m；只有在出现险情时需要降水时，开启降水井。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
1)本发明中盾构始发是盾构施工中危险性较大的关键工序，常规设计方案采用三轴搅拌桩与旋喷桩对始发端头进行地层加固，当车站端头受制于地面、地下管线等建构筑物等客观条件影响，常规端头加固方案无法实施时，盾构钢套筒始发配合垂直液氮冷冻端头加固的综合方案，具有占用施工场地和空间小，对周边环境影响相对较小，安全系数高，地层加固工期短，能保证富水软弱地层盾构安全顺利始发的优点；
2)本发明上述技术方案可大大缩减原有传统工艺加固时间，仅需7天便可完成盾构始发加固，现场施工便捷使用设备简单，施工效率高；
3)本工艺大大提升了盾构始发工艺的安全性，利用液氮+钢套筒创新工艺始发，在盾构始发期间实行双保险；本工艺不仅可保证加固均匀性及加固效果，又可利用钢套筒达到盾构始发时的水土平衡，可安全有效的进行盾构机始发。
附图说明
图1为本发明盾构始发地层加固的平面图；
图2为图1中垂直液氮冻结加固区域的放大示意图；
图3为本发明冻结孔布置立面透视图；
图4为图3中A的放大示意图；
图5为本发明冻结孔布置剖面图；
图6为本发明供液管与冻结管的结构示意图；
图7为本发明钢套筒安装及始发的流程示意图；
图8为本发明施工结构的剖面图；
图9为图8中B的放大示意图；
图1-7中：1、垂直液氮冻结加固区域；11、冻结孔；12、冻结管；13、垂直测温孔；2、第一供液管；3、第二供液管；4、排气管；5、地连墙。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参照图1所示一种采用垂直液氮冷冻加固与钢套筒盾构始发的方法，包括以下步骤：
步骤(一)施工准备
首先根据车站始发端头情况确定垂直液氮冻结加固区域1，垂直液氮冻结加固区域1的厚度为2.1m，宽度为11.2m，高度为隧道上下各3米范围；垂直液氮冻结加固区域1的冻结壁的平均温度≤-15℃；
步骤(二)、冻结孔及测温孔定位
第一个洞门设置A、B两排共计27个冻结孔11，A排14个冻结孔11、B排13个冻结孔11，A排冻结孔11距离槽壁为0.4m，排间距0.9m，A排1#～2#孔间距为0.7m、A排2#～14#孔间距为0.8m、B排孔间距均为0.8m；第二个洞门设置C、D两排共计27个冻结孔11，C排14个冻结孔11、D排13个冻结孔11，C排冻结孔11距离地连墙5槽壁为0.4m，排间距0.9m，C排1#～2#孔间距为0.7m、C排2#～14#冻结孔孔间距为0.8m、B排孔间距均为0.8m；
为准确掌握冻结温度变化情况，在垂直液氮冻结加固区域1布置5个垂直测温孔13，监测冻结壁厚度、冻结壁平均温度、冻结壁开挖面温度等；
步骤(三)、冻结孔钻进及冻结管安装
1、依据施工基准点，按冻结孔11施工图布置冻结孔11，孔位偏差不应大于50mm；
2、垂直钻孔选用1台垂直钻机进行钻孔施工，选择合适的泥浆性能参数，合理选择钻具组合；
3、地面垂直孔施工时，为了保证钻孔质量，钻进中要反复校核主动钻杆垂直度，及时调整钻机位置，采用减压钻进，检测偏斜符合要求后方可继续钻进；
4、合理掌握转速、压力及冲洗量，加尺或更换钻头时，钻具应下到距孔底0.3～0.5m处扫孔，不准将钻具停在一个深度长期冲洗；终孔时应复核钻具全长，并冲孔将泥沙排净，再下放冻结管12；并在垂直测温孔13内安装垂直测温管；
5、将冻结管12通过冻结管接头置入冻结孔11内；其中，冻结管12采用φ108mm的不锈钢管；冻结管接头可采用螺纹+对焊连接或内衬箍+对焊连接，冻结管接头的抗拉强度不低于母管的60％，垂直测温管采用φ89×8mm不锈钢管；
6、冻结孔11检漏：待冻结管12安装完成后，进行冻结管11检漏试验，试验压力为冻结工作面压力≥0.8MPa，经试压30min压力下降≤0.05MPa，再延续15min压力不变为合格；
步骤(四)、供液管安装
1、将供液管安装在冻结管12内部，供液管选用φ40×3mm不锈钢管，供液管下部12m间隔2m钻孔2个Φ10mm出液孔，供液管底部封堵，以控制冻结的均匀性；
2、每组联接2个冻结管12，液氮先进入第一排供液管2由排气管4再进入第二排供液管4，排气管4高度为地面2米以上；
3、液氮储存车与第一排供液管2直接连通，并采用控制阀控制液氮供应量；
步骤(五)、液氮积极冻结
1、积极冻结时，在垂直液氮冻结加固区域1附近200m范围内不得采取降水措施；在垂直液氮冻结加固区域1内土层中不得有集中水流；
2、液氮储罐出口的温度控制在-150℃～-170℃，压力控制在0.1MPa～0.15MPa，冻结管12的出口温度控制在-50℃～-70℃，压力控制在0.05MPa～0.1MPa，压力调节可使用液氮储罐上的散热板，温度调节使用截止阀；
3、采用垂直冻结孔液氮冻结加固，在地连墙5外侧成排布置；垂直液氮冻结加固区域1的范围：洞门处隧道四周外侧均≥2.0m，沿隧道方向≥2.20m；
4、液氮冻结在土层的平均发展速度为250～350mm/d；根据设计的冻结壁厚度，冻结交圈时间为3～5天，积极冻结时间7～9天；
5、当温度监测情况已达到设计要求，通过探孔查看止水效果，并且通过垂直测温孔13确定冻结壁厚度及平均温度达到设计要求，冻结壁与连续墙完全胶接，交界面平均温度小于－5℃时，开始进行洞门破除施工；洞门破除施工期间可根据边缘的垂直测温孔13进行温度监测，调整液氮流量，保证土体冻结效果；
步骤(六)、钢套筒安装及始发
具体流程为：
1、洞门检查
钢套筒安装前需对洞门预埋环板进行检查；为防止盾构始发时刀盘切削到连续墙钢筋或工字钢接头，造成刀盘损坏，对洞门圆周一周凿除连续墙的混凝土保护层，露出钢筋，确认洞门范围不存在钢筋；若发现凿除混凝土保护层后有存在钢筋的现象，则应对侵入洞门范围的钢筋进行割除，确保盾构始发的安全、顺利；
2、安装过渡环
过渡环与预埋环板通过焊接连接，焊缝沿过渡环一圈内侧点焊，并在内侧贴遇水膨胀止水条，在过渡环与预埋环板焊接的外侧涂抹聚氨酯加强防水，并加焊槽钢进行补强；如出现过渡环与预埋环板有些地方出现较大空隙，需在这些空隙处填充钢板并连接牢固，务必将空隙尽可能封闭；
3、安装钢套筒下半圆和反力架
1)在开始安装钢套筒之前，首先在基坑里确定出井口盾体中心线，也就是钢套筒的安装位置，使从地面上吊下来的钢套筒力求一次性放到位，不用再左右移动；2)吊下第一节钢套筒的下半段，使钢套筒的中心与事先确定好的井口盾体中心线重合；3)钢套筒与过渡环采用螺栓连接；4)反力架的安装于常规盾构始发反力架安装一致。
4、安装定位钢轨、洞门导轨，并填料
在钢套筒下方60°圆弧内平均分布安装2根43公斤钢轨，钢轨从钢套筒后端铺设至洞门围护结构2m位置，钢轨采用压板固定，压板焊接在钢套筒筒体上；根据盾构机标高，在洞门下部安装2根导轨，靠近盾构机端制作成斜坡；为确保底部砂层提供充足的防盾构机扭转摩擦反力，在钢套筒底部2根钢轨之间铺砂并压实，每个位置的铺砂高度高出相应钢轨的高度15mm，待盾构机放去上后，进一步压实；
5、钢套筒内安装盾构机
在钢套筒内安装盾构机主体，并与连接桥和后配套台车连接；
6、安装钢套筒上半圆
钢套筒上半圆安装好以后，调整压紧螺栓，检验连接安装部位，确保其连接完好性，重要确保钢套筒的上下半圆、节与节部分之间连接，还要检查过渡连接板与洞门环板之间的连接情况，看是否存在脱开的现象，发现有隐患，要及时处理；
7、预加反力
上半圆安装完成后，调整环梁预加压力千斤顶，每个千斤顶的预压力为30t，总计反力架的预加压力约为600t；预压的过程中注意检查反力架各支撑是否松动，钢套筒连接螺栓是否松动，出现异常及时采用处理措施；
8、安装负环、盾构机刀盘推进至洞门掌子面
钢套筒、反力架安装完毕，盾构机调试完成后，安装负环、盾构机向前推进至刀盘面板贴近洞门掌子面但不切削掌子面；第一环负环在盾尾内拼装成型后，通过千斤顶整体向后顶推至紧贴反力架，管片与反力架之间采用螺栓连接；
9、第二次钢套筒内填料
盾构机向前推进至刀盘面板贴近洞门掌子面后，向钢套筒内进行第二次填砂，本次填料在钢套筒与盾构之间的间隙内填充砂；在填充的过程中适当加水，并通过钢套筒下部的排水孔排出，保证砂的密实；
10、洞门凿除
洞门凿除是盾构出洞的关键工序之一，其施工的质量、安全因素影响到了盾构施工能否顺利进行；虽然，洞门凿除工序简单，但其安全隐患较多、难度较大，凿出时经常会发生涌沙、涌水的现象，故在破除洞门前须做好充足的准备工作。始发洞门采取二次凿除施工；
11、压力测试
1)渗漏检测从加水孔向套筒内加水，至压力达到3bar时停止加水，加水过程中检查各连接部位有无漏水，若出现漏水或脱焊情况，必须马上泄压并及时处理，处理后再进行压力测试，直至压力稳定在3bar并未发现漏水点方可确认钢套筒的密封性；2)位移检测在盾构机组装过程中在钢套筒前方、反力架后方、侧方共布置5个百分表，主要是测试钢套筒及有无变形，以及钢套筒环向连接位置的位移；在试水、加压测试前，在钢套筒与洞门环板连接的部位分区域安装应变片，在钢套筒表面安装百分表，量程在3～5mm，可控制变形量或位移量精度在0.5mm左右；在加压过程中，一旦发现应变超标或位移过大，必须立即进行卸压、分析原因并采取解决措施；
12、负环管片壁后注浆
为保证负环管片与钢套筒之前的密封效果，在盾构机刀盘贴近洞门掌子面后，通过靠近反力架两环管片的吊装孔进行壁后注浆，注浆材料采用可硬性浆液，在管片后面形成一道密封防渗环；
13、盾构始发掘进
洞门连续墙为1000mm厚的C35P8螺纹钢筋连续墙，盾构机在切削连续墙时：推进速度控制在5～10mm/min，扭矩不大于2000kN·m，千斤顶总推力不大于800t；通过洞门后，速度可逐步提升至20～25mm/min，千斤顶总推力逐步调整到1000～1500t；盾构在穿越垂直液氮冻结加固区域时，不宜长时间停留，尽量缩短管片拼装时间；管片拼装过程中始终保证刀盘处于转动状态，以防刀盘被冻住；
14、钢套筒拆除
钢套筒拆除步骤：先拆除钢套筒加固支撑分解钢套筒上半部分、逐块吊出拆除负环及钢套筒的下半部分拆除反力架恢复始发井内的轨道和水管、电缆设备；
步骤(七)、冻结管拔除
利用人工解冻的方案，进行拔管，具体方法如下：利用热盐水在冻结管12里循环，使冻结管12周围的冻土少部分融化，然后开始拔管；
1、盐水加热：用一只1m3左右的盐水箱储存盐水，用3组45kw的电热丝进行加热盐水；
2、盐水循环：利用流量为50m3/h以上盐水泵循环盐水，先用+50～+70℃的盐水循环5分钟左右，即可进行边循环边试拔；
3、冻结管12拔除后留下的孔洞，要及时采用M10水泥砂浆进行回填。利用千斤顶和手拉葫芦进行试拔，或用吊车试拔，只要拔动冻结管12，便可停止循环热盐水；
步骤(八)、融沉注浆
在冻土融化时及时采用融沉注浆，融沉注浆采用单液水泥浆为主，水泥-水玻璃双液浆为辅，以少量、多次、均匀为原则，注浆压力不大于0.5Mpa。水泥-水玻璃双液浆配比为：水泥浆与水玻璃溶液体积比为1：1，其中水泥浆水灰比为1：1，水玻璃溶液采用B35～B40水玻璃加1～2倍体积的水稀释；
实测地层沉降持续时间不少于3个月，当冻结管四周壁完全融化，且实测地层沉降持续一个月每半个月不大于0.5mm即可停止融沉注浆；停止融沉补偿注浆后内若地面沉降半个月大于0.5mm时，应继续进行融沉注浆；融沉注浆采取时间和沉降双控原则。
在另外一些实施例中，垂直测温孔13应在冻结孔11成孔完成且施工误差测量完毕后，方可施工。垂直测温孔13位置可依据冻结孔11终孔误差情况进行微调，并可根据冻结孔12成孔情况，在冻结孔12间距较大的冻结壁面或预计薄弱处增加测温孔，以便更好的监测与判断冻结壁交圈及发展趋势。
本发明中盾构始发是盾构施工中危险性较大的关键工序，常规设计方案采用三轴搅拌桩与旋喷桩对始发端头进行地层加固，当车站端头受制于地面、地下管线等建构筑物等客观条件影响，常规端头加固方案无法实施时，盾构钢套筒始发配合垂直液氮冷冻端头加固的综合方案，具有占用施工场地和空间小，对周边环境影响相对较小，安全系数高，地层加固工期短，能保证富水软弱地层盾构安全顺利始发的优点；本发明上述技术方案可大大缩减原有传统工艺加固时间，仅需7天便可完成盾构始发加固，现场施工便捷使用设备简单，施工效率高；本发明该方法大大提升了盾构始发工艺的安全性，利用液氮+钢套筒创新工艺始发，在盾构始发期间实行双保险；本工艺不仅可保证加固均匀性及加固效果，又可利用钢套筒达到盾构始发时的水土平衡，可安全有效的进行盾构机始发。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种采用垂直液氮冷冻加固与钢套筒盾构始发的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(一)、施工准备
首先根据车站始发端头确定垂直液氮冻结加固区域；
步骤(二)、冻结孔及测温孔定位
单个门洞设置两排冻结孔，共计若干个；并在垂直液氮冻结加固区域布置多个垂直测温孔，监测垂直液氮冻结加固区域的冻结壁厚度、冻结壁平均温度、冻结壁开挖面温度；
步骤(三)、冻结孔钻进及冻结管安装
依据施工基准点，按冻结孔施工图布置冻结孔；采用垂直钻机进行钻孔施工；垂直钻机钻进中要反复校核主动钻杆垂直度，及时调整钻机位置，采用减压钻进，检测偏斜符合要求后继续钻进；将冻结管通过冻结管接头置入冻结孔内，待冻结管安装完成后，进行冻结管检漏试验；并在垂直测温孔内安装垂直测温管；
步骤(四)、供液管安装
将供液管安装在冻结管内部，且供液管下部开设有出液管，底部封堵；然后将2个冻结管联接为一组，液氮先进入第一排供液管由排气管再进入第二排供液管；最后将第一排供液管与液氮储存车连通；
步骤(五)、液氮积极冻结
采用垂直冻结孔液氮冻结加固，在地连墙外侧成排布置；液氮冻结在土层的平均发展速度为250～350mm/d；根据设计的冻结壁厚度，冻结交圈时间为3～5天，积极冻结时间7～9天；当温度监测情况已达到设计要求，通过探孔查看止水效果，并且通过垂直测温孔确定冻结壁厚度及平均温度达到设计要求，冻结壁与连续墙完全胶接，交界面平均温度小于－5℃时，开始进行洞门破除施工；洞门破除施工期间可根据边界测温孔进行温度监测，调整液氮流量，保证土体冻结效果；
步骤(六)、钢套筒安装及始发
流程如下：洞门检查→安装过渡环→安装钢套筒下半圆和反力架→安装定位钢轨、洞门导轨，并填料→钢套筒内安装盾构机→安装钢套筒上半圆→预加反力→安装负环、盾构机刀盘推进至洞门掌子面→第二次钢套筒内填料→洞门凿除→压力测试→负环管片壁后注浆→盾构始发掘进→钢套筒拆除；
步骤(七)、冻结管拔除
利用人工解冻的方案，进行拔管，具体方法如下：利用热盐水在冻结器里循环，使冻结管周围的冻土少部分融化，然后开始拔管；
步骤(八)、融沉注浆
在冻土融化时及时采用融沉注浆，融沉注浆采用单液水泥浆为主，水泥-水玻璃双液浆为辅，以少量、多次、均匀为原则；实测地层沉降持续时间≥3个月，当冻结壁完全融化，且实测地层沉降持续一个月中每半个月≤0.5mm时，停止融沉注浆；停止融沉注浆后内若地层沉降半个月内＞0.5mm时，应继续进行融沉注浆；融沉注浆采取时间和沉降双控原则。
2.根据权利要求1所述的一种采用垂直液氮冷冻加固与钢套筒盾构始发的方法，其特征在于，所述步骤(一)中垂直液氮冻结加固区域的有效厚度为2.1m，宽度为11.2m，高度为车站的隧道上下各3米范围，其冻结壁设置平均温度≤﹣15℃。
3.根据权利要求1所述的一种采用垂直液氮冷冻加固与钢套筒盾构始发的方法，其特征在于，所述步骤(二)中单个门洞设置A、B两排冻结孔，A排冻结孔距离地连墙的槽壁0.4m，A、B两排冻结孔的排间距为0.9m。
4.根据权利要求1所述的一种采用垂直液氮冷冻加固与钢套筒盾构始发的方法，其特征在于，所述步骤(三)中冻结孔施工时，应控制冻结孔偏斜，最大偏斜值≤150mm；其中，冻结管选用φ108×5mm的R304不锈钢管；冻结管接头可采用螺纹+对焊连接或内衬箍+对焊连接，冻结管接头的抗拉强度不低于母管的60％；垂直测温管选用φ89×8mm不锈钢管。
5.根据权利要求1所述的一种采用垂直液氮冷冻加固与钢套筒盾构始发的方法，其特征在于，所述步骤(三)中进行冻结管检漏试验时，试验压力为冻结工作面压力且≥0.8MPa，经试压30min后压力下降≤0.05MPa，再延续15min压力不变为合格。
6.根据权利要求1所述的一种采用垂直液氮冷冻加固与钢套筒盾构始发的方法，其特征在于，所述步骤(四)中供液管选用Φ40×3mm不锈钢管，并安装在φ108×5mm的冻结管内。
7.根据权利要求1所述的一种采用垂直液氮冷冻加固与钢套筒盾构始发的方法，其特征在于，所述步骤(五)中积极冻结时，在垂直液氮冻结加固区域周边200m的范围内不得采取降水措施，且在垂直液氮冻结加固区域内土层中不得有集中水流；其中，垂直液氮冻结加固区域的范围为：洞门处隧道四周外侧均≥2.0m，沿隧道方向≥2.20m。
8.根据权利要求1所述的一种采用垂直液氮冷冻加固与钢套筒盾构始发的方法，其特征在于，所述步骤(五)中液氮储存车的液氮储罐出口的温度控制在-150℃～-170℃，压力控制在0.1MPa～0.15MPa，冻结管的出口温度控制在-50℃～-70℃，压力控制在0.05MPa～0.1MPa。
9.根据权利要求1所述的一种采用垂直液氮冷冻加固与钢套筒盾构始发的方法，其特征在于，所述步骤(七)中所述冻结管拔除后留下的空洞，及时采用M10水泥砂浆进行回填，并利用千斤顶和手拉葫芦进行试拔，或用吊车试拔，待能够拔动冻结管，停止热盐水的循环；
其中，热盐水为用一只1m3左右的盐水箱储存盐水，用3组45kw的电热丝进行加热；热盐水的循环是利用流量为50m3/h以上盐水泵循环热盐水。
10.根据权利要求1所述的一种采用垂直液氮冷冻加固与钢套筒盾构始发的方法，其特征在于，所述步骤(八)中水泥-水玻璃双液浆配比为：水泥浆与水玻璃溶液体积比为1：1，其中水泥浆水灰比为1：1，水玻璃溶液采用B35～B40水玻璃加1～2倍体积的水稀释。
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