CN213331110U - 一种用于盾构接收工程水平微冻结地层的衬砌管片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于盾构接收工程水平微冻结地层的衬砌管片，包括多个弧形的管片本体，各管片本体的径向断面设有多个拼接螺孔，且在管片本体的内环面设有多个环向手孔，环向手孔与拼接螺孔一一对应并彼此连通；多个管片本体依次拼接构成环状的衬砌管片，在各管片本体的外环面上嵌入设有冻结管路，相邻管片本体之间的冻结管路之间串联。本实用新型衬砌管片安装后，冻结设备位于管片内，与冻结循环回路构成冻结系统，不影响盾构施工，实现了从硐室内部进行硐周地层冻结的“硐内冻结方法”。微冻结施工方法在衬砌管片外壁与土层间隙冻结形成止水环箍，止水效果良好。

Description

一种用于盾构接收工程水平微冻结地层的衬砌管片

技术领域：

本实用新型涉及一种用于盾构接收工程水平微冻结地层的衬砌管片。

背景技术：

盾构接收工程中，在人工冻结地层法施工地下隧道时，一方面，冻结管拔出后盾构推进开挖的过程中，冻土帷幕受到扰动发生屈服可能发生开裂甚至松动坍塌，影响防渗加固的效果；另一方面，当穿越段地下水情况复杂、水力条件迥异时，由于盾构推进机连通了纵向水力条件迥异的地层，地下水将经由管片衬砌与岩土壁之间的间隙进行纵向运移，在盾构接收时地下水可能从后方岩土体涌入端头井内，造成渗透破坏等严重的工程事故。

参见图1，地铁施工中，在车站主体结构1施工完毕后，下放盾构机打通两个相邻的车站地层即形成地铁隧道，若遇存在地下水的地层，在打通围护结构2时地下水会涌入车站主体内造成管涌事故，因此，需要在土层中打入冻结管将隧道外围土层形成冻结围护3，但是若遇地下存在压力水的地层，依然不能解决问题，参见图2，盾构机4在掘进过程中，紧接着在其后方安装衬砌管片5即构成成形的地铁隧道，但是由于衬砌管片的外径略小于盾构机掘进的孔径，因此会在衬砌管片外侧与地层之间存在缝隙7，需要在该缝隙7内注浆，最终形成注浆防护层6，但注浆体与管片壁胶结止水能力弱以及注浆效果不均匀都会造成渗漏。地下存在压力水的情况下，盾构机在打通围护结构2时压力水会通过缝隙7灌入车站主体内造成工程事故，现有的做法是，在车站主体内下放钢罐8，将钢罐的端部与围护结构2上的预埋钢环9焊接，盾构机4在打通围护结构2后进入封闭的钢罐8内，此时钢罐的作用就是用于回收盾构机4和涌入的地下压力水，然后抽取罐体内的水，同时待注浆防护层施工完毕达到设定强度后，在拆除钢罐，此方法固然有效但是工程造价高昂，由于盾构机体积庞大，车站主体内纵向空间受限，钢罐只能分段下放然后一段一段拼接焊接形成以整体，不仅整个钢罐造价高昂，而且安装和拆除都费工耗时。

实用新型内容：

为克服现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种用于盾构接收工程水平微冻结地层的衬砌管片，结合水平冻结法进行“硐内冻结”，对拔除冻结管后的冻结加固区维持冻结温度场，对硐壁持续施加均匀低温温度场，与原有冻土帷幕之间冻结形成止水环箍，起到防止地下水涌入洞门的作用。

本实用新型解决技术问题采用如下技术方案：

一种用于盾构接收工程水平微冻结地层的衬砌管片，包括多个弧形的管片本体，各所述管片本体的径向断面设有多个拼接螺孔，且在管片本体的内环面设有多个环向手孔，所述环向手孔与拼接螺孔一一对应并彼此连通；各所述管片本体的轴向断面设有多个连接螺孔，且在管片本体的内环面设有多个轴向手孔，所述轴向手孔与连接螺孔一一对应并彼此连通，所述多个管片本体依次拼接构成环状的衬砌管片，在各所述管片本体的外环面上嵌入设有冻结管路，相邻管片本体之间的冻结管路之间串联。

作为优选，进一步地，各所述管片本体的外环面预制设有凹槽，所述冻结管路为方形钢管嵌入设置在所述凹槽中。

作为优选，进一步地，所述方形钢管往复弯折构成形状为彼此串联的U字形结构的冻结管路，所述凹槽的形状结构与冻结管路形状结构相匹配。

作为优选，进一步地，所述冻结管路的表面平齐于所述管片本体的表面或突出于所述管片本体的表面。

作为优选，进一步地，所述串联的冻结管路具有一个总入口和一个总出口，所述总入口与总出口与冻结设备连通，所述冻结设备包括盐水箱、冷冻机组以及冷却塔。

一直采用上述的衬砌管片进行隧道的施工方法，其包括如下步骤：

步骤(1)：使用水平冻结法对接收端头的围护结构处进行冻结加固，围护结构外侧的土层进行“水杯型”冻结加固，水杯杯底处为全冻结区，长度为三米，水杯杯壁环形区域为微冻结区，长度为十二米；

步骤(2)：盾构机推进至微冻结区前，拔除水平冻结管，根据隧道排环进行衬砌管片预装，同时对衬砌管片的安装位置进行校核，确保整环管片的轴向宽度均在冻结加固体范围内；

步骤(3)：衬砌管片拼装，环向相邻的两管片本体通过拼接螺孔进行螺栓环向连接，轴向相邻的两管片本体通过连接螺孔进行螺栓轴向连接，使管片本体拼装成刚性管环衬砌；在环向连接缝安装有止水橡胶条，防止管片支护后拼接缝处的地下水渗漏；

步骤(4)：衬砌管片安装完成后，冻结设备提供的冻结液从总入口进入冻结管路，循环一周后，冻结液从总出口流回冻结设备，构建了所述的冻结回路；

步骤(5)：衬砌管片对土层冻结，在衬砌管片外壁与微冻结区内壁之间的缝隙形成止水环箍，盾构机继续掘进。

与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

本实用新型衬砌管片安装后，冻结设备位于管片内，与冻结循环回路构成冻结系统，不影响盾构施工，实现了从硐室内部进行硐周地层冻结的“硐内冻结方法”。微冻结施工方法在衬砌管片外壁与土层间隙冻结形成止水环箍，止水效果良好。

本实用新型的冻结管路为嵌入混凝土管片外环表面的“之”字形回路冻结管，冻结管路分置在整个外环面，冻结管与外环面平行且微冻结管片外环面平整，能够与围岩体紧密贴合且传热面积大，管土接触面积比达到20％，能够实现冻结管与岩土体有效的热传递。

本实用新型的冻结软管依次连接环向的各管片将所有管片连入冻结循环回路中，冻结液在管片冻结回路循环时能够对整个圆形硐周岩土体进行均匀冻结，构建均匀的低温温度场。低温场形成的环状冻结止水环箍能够有效阻止地下水沿管片与围岩之间的空隙的纵向运移。

附图说明：

图1为现有技术施工方法示意图，图2为图1的A部放大图，图3为本实用新型衬砌管片的结构示意图，图4为采用本实用新型衬砌管片进行施工的示意图，图5为图4的B部放大图。

图中标号：1车站主体结构，2围护结构，3冻结围护，4盾构机，5衬砌管片，6注浆防护层，7缝隙，8钢罐，9预埋钢环，10管片本体，11拼接螺孔，12环向手孔，13连接螺孔，14轴向手孔，15冻结管路，16总入口，17总出口，18盐水箱，19冷冻机组，20冷却塔，21止水环箍。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式：

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例，参见附图3-5，本实施例的衬砌管片，其包括多个弧形的管片本体10，各管片本体10的径向断面设有多个拼接螺孔11，且在管片本体的内环面设有多个环向手孔12，所述环向手孔12与拼接螺孔11一一对应并彼此连通；拼接时，在两个对应的拼接螺孔11内通过螺栓螺母连接，即可将多个弧形的管片本体10连接成一个封闭的环形衬砌管片5。

在各管片本体的轴向断面设有多个连接螺孔13，且在管片本体的内环面设有多个轴向手孔14，所述轴向手孔14与连接螺孔13一一对应并彼此连通，相邻两个衬砌管片5拼接时，在两个对应的连接螺孔13内通过螺栓螺母连接，即可将相邻两个衬砌管片沿隧道长度方向拼接起来。

图3所述，在各管片本体10的外环面上嵌入设有冻结管路15，相邻管片本体之间的冻结管路之间可以通过软管串联。具体地，在各管片本体10的外环面预制设有凹槽，冻结管路为方形钢管嵌入设置在凹槽中。进一步地，方形钢管往复弯折构成形状为彼此串联的U字形结构的冻结管路15，或者称之为来回弯折成之字形的冻结管路，凹槽的形状结构与冻结管路15形状结构相匹配。其中，冻结管路15的表面平齐于管片本体10的表面或略微突出于管片本体10的表面。

依次串联的冻结管路15具有一个总入口16和一个总出口17，该总入口与总出口与冻结设备连通，前述冻结设备包括盐水箱18、冷冻机组19以及冷却塔20，冻结设备的冻结原理为现有成熟技术，不再赘述。

采用前述的衬砌管片进行盾构隧道的施工方法，其包括如下步骤：

步骤1：使用水平冻结法对接收端头的围护结构2处进行冻结加固，围护结构2外侧的土层进行“水杯型”冻结加固，水杯杯底处为全冻结区，长度为三米，水杯杯壁环形区域为微冻结区，长度为12米；

步骤2：盾构机推进至微冻结区前，拔除水平冻结管，根据隧道排环进行衬砌管片预装，同时对衬砌管片的安装位置进行校核，确保整环管片的轴向宽度均在冻结加固体范围内；

步骤3：衬砌管片拼装，环向相邻的两管片本体10通过拼接螺孔11进行螺栓环向连接，轴向相邻的两管片本体通过连接螺孔13进行螺栓轴向连接，使管片本体拼装成刚性管环衬砌；在环向连接缝安装有止水橡胶条，防止管片支护后拼接缝处的地下水渗漏；

步骤4：衬砌管片安装完成后，冻结设备提供的冻结液从总入口16进入冻结管路15，循环一周后，冻结液从总出口17流回冻结设备，构建了所述的冻结回路；

步骤5：衬砌管片对土层冻结，在衬砌管片外壁与微冻结区内壁之间的缝隙形成止水环箍21，盾构机继续掘进。

具体施工中，拼接成型的衬砌管片5的外直径为6.2m，厚0.35m，环向相邻的两管片本体10之间设有止水橡胶条，可以防止管片支护后拼接缝处的地下水渗漏，其中，管片本体10径向内环面中央有一圆注浆孔，可以通过所述的注浆孔进行同步注浆，此皆为现有的成熟技术，其他施工与现有技术相同，不再赘述。

需要说明的是，本实用新型中未详细阐述部分属于本领域公知技术，或可直接从市场上采购获得，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得，其具体的连接方式在本领域或日常生活中有着极其广泛的应用，此处不再详述。

此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种用于盾构接收工程水平微冻结地层的衬砌管片，包括多个弧形的管片本体(10)，各所述管片本体(10)的径向断面设有多个拼接螺孔(11)，且在管片本体的内环面设有多个环向手孔(12)，所述环向手孔(12)与拼接螺孔(11)一一对应并彼此连通；各所述管片本体的轴向断面设有多个连接螺孔(13)，且在管片本体的内环面设有多个轴向手孔(14)，所述轴向手孔(14)与连接螺孔(13)一一对应并彼此连通，所述多个管片本体(10)依次拼接构成环状的衬砌管片(5)，其特征在于，在各所述管片本体(10)的外环面上嵌入设有冻结管路(15)，相邻管片本体之间的冻结管路之间串联。

2.根据权利要求1所述的一种用于盾构接收工程水平微冻结地层的衬砌管片，其特征在于，各所述管片本体(10)的外环面预制设有凹槽，所述冻结管路为方形钢管嵌入设置在所述凹槽中。

3.根据权利要求2所述的一种用于盾构接收工程水平微冻结地层的衬砌管片，其特征在于，所述方形钢管往复弯折构成形状为彼此串联的U字形结构的冻结管路(15)，所述凹槽的形状结构与冻结管路(15)形状结构相匹配。

4.根据权利要求3所述的一种用于盾构接收工程水平微冻结地层的衬砌管片，其特征在于，所述冻结管路(15)的表面平齐于所述管片本体(10)的表面或突出于所述管片本体(10)的表面。

5.根据权利要求1所述的一种用于盾构接收工程水平微冻结地层的衬砌管片，其特征在于，所述串联的冻结管路(15)具有一个总入口(16)和一个总出口(17)，所述总入口与总出口与冻结设备连通，所述冻结设备包括盐水箱(18)、冷冻机组(19)以及冷却塔(20)。

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