CN212428825U - 一种带冻结功能的隧道锁脚钢管 - Google Patents

Abstract

一种带冻结功能的隧道锁脚钢管，包括锁脚钢管和设置在锁脚钢管内的冷冻腔，所述冷冻腔通过管路与冷媒循环系统连接。所述冷冻腔的外壁采用钢材或高分子导热材料制成，所述冷冻腔外径与锁脚钢管内径匹配，所述冷冻腔固定在所述锁脚钢管的内腔内。本实用新型节约了材料，减少了冻结管的材料消耗和施工成本，通过锁脚钢管对周围岩体进行局部冻结，大大缩小了围岩冻结的范围，高效地提高了锁脚钢管的承载能力，提高了施工的经济性和灵活性。

Description

一种带冻结功能的隧道锁脚钢管

技术领域

本实用新型涉及隧道与地下工程领域，具体是一种带冻结功能的隧道锁脚钢管。

背景技术

锁脚钢管是用于控制隧道初期支护结构沉降的重要方法。锁脚钢管通常采用直径42mm～108mm的无缝钢管，外端与初期支护的工字钢焊接，内端插入到岩土体中。当初期支护工字钢向下发生沉降时，插入岩土体中的钢管外端也同步向下位移，使钢管发生弯曲从而提供向上的支承力。锁脚钢管支承力的大小，不仅取决于钢管的参数及变形，更依赖于岩土体的性状，岩土体强度和抗力系数越低，锁脚钢管的支承力也越低。对于大部分发生大幅沉降的隧道，围岩都极为软弱，岩土体强度和抗力系数都很低，不少还是处于饱水状态，锁脚钢管难以发挥作用。

在富水极软弱围岩地下工程施工中，冻结法是一种十分有效地辅助措施。冻结法通过制冷设备和埋入岩土体中的冻结管向岩土体注入冷量，使岩土体温度降至负温发生冻结而形成一个整体，围岩强度和抗力系数都有较大幅度的提升，并阻止地下水渗透。在隧道或巷道等地下工程冻结施工中，一般在隧道或巷道周边全断面埋设专用冻结管，通过现场或工厂制冷，并在冻结管内循环，使隧道或巷道周边的所有围岩处于冻结状态。这种冻结法需要采用大型工业制冷设备，布设复杂的冻结管循环系统，对隧道或巷道围岩进行全断面冻结，冻结工期长，效率低下，专业性很强，施工成本很高，通常只在地铁联络通道、大型水下基础工程、富水地下矿井施工中采用。

基于上述背景，如何在锁脚钢管难以发挥作用的富水软弱围岩中进行高效支护，快速抑制隧道大幅度沉降，是隧道与地下工程技术人员面临的一个难题。

实用新型内容

本实用新型针对富水软弱围岩隧道施工时锁脚钢管不起作用或效果不佳，难以抑制隧道大幅沉降的问题，提供一种成本低、控制隧道沉降效率高、保障隧道下台阶开挖和支护安全的带冻结功能的隧道锁脚钢管。

本实用新型包括以下实施方案：

一种带冻结功能的隧道锁脚钢管，包括锁脚钢管和设置在锁脚钢管内的冷冻腔，所述冷冻腔与冷媒循环系统连接。

采用上述结构，当需要通过带冻结功能的隧道锁脚钢管对周围岩土体进行冻结时，将进液管和出液管外部的快速接头与冷媒循环系统连接，冷媒从进液管进入冷冻腔，循环后从出液管返回冷媒循环系统，从而使锁脚钢管周围的围岩温度降低，最终实现冻结。

本实施方式中，所述冷冻腔的外壁采用钢材或高分子导热材料制成，所述冷冻腔外径与锁脚钢管内径匹配，所述冷冻腔固定在所述锁脚钢管的内腔内。

本实施方式中，所述冷冻腔外壁与锁脚钢管内壁的贴合间隙内填充有导热材料。

本实施方式中，所述冷冻腔内装有进液管和出液管，所述冷冻腔通过进液管和出液管与冷媒循环系统连接，所述进液管的进口端和出液管的出口端设置在冷冻腔的外部，并且其上均安装有快速接头。

本实施方式中，所述冷冻腔的长度与锁脚钢管的长度相匹配。

通过上述实施例可以看出，将普通冻结法的冻结管集成在锁脚钢管中，节约了材料，减少了冻结管的材料消耗和施工成本，通过锁脚钢管对周围岩体进行局部冻结，符合锁脚钢管在局部和阶段性提供支承力的特点，大大缩小了围岩冻结的范围，最高效地提高了锁脚钢管的承载能力，通过缩小冻结范围，避免采用庞大、昂贵的专用冻结施工设备系统，进一步提高了施工的经济性和灵活性。

附图说明

图1为带冻结功能的锁脚钢管。

图2为本装置用于局部冻结施工的第一步骤示意图。

图3为本装置用于局部冻结施工的第二步骤示意图。

图4为本装置用于局部冻结施工的第三步骤示意图。

图5为本装置用于局部冻结施工的第四步骤示意图。

图中：1、带冻结功能的隧道锁脚钢管；11、锁脚钢管；12、冷冻腔；13、进液管；14、出液管；15、快速接头；2、围岩；3、上台阶；4、上台阶初期支护；5、下台阶；6、局部冻结围岩；7、下台阶初期支护。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合附图及实施实例，对实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的实施方式不仅限于此，本实用新型的保护范围也涉及本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。

参见图1，一种带冻结功能的隧道锁脚钢管1，包括锁脚钢管 11、设置在锁脚钢管11内腔内的冷冻腔12。所述冷冻腔12的腔壁为钢材或高分子导热材料制成，其外径与锁脚钢管11的内径匹配，冷冻腔12外壁与锁脚钢管11内壁紧密贴合，以利于吸收热量。所述冷冻腔12内装有进液管13和出液管14，进液管13的出口位于冷冻腔12的底部，出液管14的进口位于冷冻腔12的顶部，进液管 13的进口端和出液管14的出口端外部均安装快速接头15。所述的冷冻腔12的长度可根据需要调整，最长可与锁脚钢管11内腔长度相同。当需要通过带冻结功能的隧道锁脚钢管对周围岩土体进行冻结时，将进液管13和出液管14通过快速接头15与冷媒循环系统连接，冷媒(通常为盐水或氯化钙溶液)从进液管13进入冷冻腔12，在冷冻腔12内循环后从出液管13返回冷媒循环系统，从而使锁脚钢管周围的围岩温度降低，最终实现冻结。

进一步的，结合图1和图2、图3、图4、图5，采用带冻结功能的隧道锁脚钢管1的局部冻结施工方法具体如下：在富水软弱的围岩2中开挖隧道，通常采用上下台阶法或多台阶法，本实施例采用上下台阶法施工，当上台阶3开挖并施做上台阶初期支护4之后，极易发生大幅沉降，即使采用锁脚钢管也难以抑制这种沉降，由此导致下台阶5无法安全开挖。此时从上台阶初期支护4的拱脚打入带冻结功能的隧道锁脚钢管1，并将其进液管13和出液管14外部的快速接头15与冷媒循环系统连接，使周围30～50cm的围岩2发生冻结，形成局部冻结围岩6，从而可以较大幅度地提高带冻结功能的隧道锁脚钢管1的支承力，对上台阶初期支护4进行有效支承。这样就可以安全地开挖下台阶5，并施做下台阶初期支护7。下台阶初期支护7施工完成或者整个隧道封闭成环后，上台阶初期支护4 承受的荷载可以有效地传递至隧道底部，此时可以停止冻结，使局部冻结围岩6解冻，完成全部施工。

通过本实施例可以看出，采用本实用新型提供的局部冻结施工方法，冻结范围仅为锁脚钢管周围的30～50cm岩土体，每开挖循环 (通常为0.5m～2m)，锁脚钢管通常为2～4根，冻结范围不大。同时，冻结时间主要为下台阶开挖前至下台阶初期支护完成，时间非常短(一般可在12小时以内完成)，大大缩短了冻结时间。由于冻结范围和冻结时间的大幅压缩，可以采用商用制冷设备即可实施，进一步增强了冻结施工的灵活性，为极软弱围岩隧道施工提供了一种经济高效的辅助加固措施和方法。

上述实施例仅示例性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种带冻结功能的隧道锁脚钢管，其特征在于：包括锁脚钢管和设置在锁脚钢管内的冷冻腔，所述冷冻腔通过管路与冷媒循环系统连接，所述冷冻腔的外壁采用钢材或高分子导热材料制成，所述冷冻腔外径与锁脚钢管内径匹配，所述冷冻腔固定在所述锁脚钢管的内腔内。

2.根据权利要求1所述的带冻结功能的隧道锁脚钢管，其特征在于：所述冷冻腔外壁与锁脚钢管内壁的贴合间隙内填充有导热材料。

3.根据权利要求1所述的带冻结功能的隧道锁脚钢管，其特征在于：所述冷冻腔内装有进液管和出液管，所述冷冻腔通过进液管和出液管与冷媒循环系统连接，所述进液管的进口端和出液管的出口端设置在冷冻腔的外部。

4.根据权利要求3所述的带冻结功能的隧道锁脚钢管，其特征在于：所述进液管的进口端和出液管的出口端上均安装有快速接头。

5.根据权利要求1所述的带冻结功能的隧道锁脚钢管，其特征在于：所述冷冻腔的长度与锁脚钢管的长度相匹配。

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