大斷面暗挖隧道鋼管幕內凍結施工方法
【專利摘要】本發明涉及一種大斷面暗挖隧道鋼管幕內凍結施工方法，包括如下步驟：在待挖設隧道兩端的地面開設工作井，工作井的深度與隧道的深度平齊；利用頂管機在待挖設隧道輪廓周邊布設多個頂管，多個頂管的截面圍合構成待鉆設的隧道截面輪廓，頂管的長度方向與隧道的長度方向平行；在頂管內布設凍結管，將凍結管沿著頂管的長度方向通入，凍結管的兩端分別與制冷設備的冷媒出口及冷媒入口連通，在頂管內注入混凝土，待混凝土凝固后，啟動制冷設備，實施對頂管的凍結操作，開挖隧道；凍結管與制冷設備連通后，能夠快速實施對頂管外側的巖土體進行凍結操作。凍結不僅能夠加強頂管的支撐作用，并且能夠有效地對頂管之間的巖土體進行封水，從而確保長度較長、截面較大的暗挖隧道施工的絕對安全。
【專利說明】
大斷面暗挖隧道鋼管幕內凍結施工方法
技術領域
[0001]本發明涉及隧道施工技術領域，具體涉及一種大斷面暗挖隧道鋼管幕內凍結施工方法。
【背景技術】
[0002]暗挖隧道由于在地面以下進行，在隧道施工的過程中，為避免隧道塌陷，確保施工的安全，一般使用頂管施工法，所謂的頂管施工法為:在隧道的兩端的地面上開設兩工作井，利用頂管機沿著待挖設隧道輪廓周邊設置頂管，所述頂管為無縫鋼管具有較高的強度，頂管的長度方向與隧道的長度方向平行，多個頂管就形成了鋼管幕，頂管與頂管之間間距設置，因此能夠實施對待挖設隧道的周邊巖土體形成有效的支撐，確保隧道的施工的安全。然而當面臨斷面尺寸較大且長度較長的隧道施工時，僅僅采用頂管施工，地下水很容易從頂管之間的間隙進入隧道內，無法確保隧道施工的絕對安全。

【發明內容】

[0003]本發明的目的就是提供一種可針對長度較長、截面較大暗挖隧道的鋼管幕內凍結施工方法，確保隧道挖掘施工的絕對安全。
[0004]為實現上述目的，本發明采用的技術方案是:一種大斷面暗挖隧道鋼管幕內凍結施工方法，所述隧道施工方法包括如下步驟:
[0005]a)、在待挖設隧道兩端的地面開設工作井，工作井的深度與隧道的深度平齊；
[0006]b)、利用頂管機在待挖設隧道輪廓周邊布設多個頂管，多個頂管的截面圍合構成待鉆設的隧道截面輪廓，頂管的長度方向與隧道的長度方向平行；
[0007]C)、在頂管內布設凍結管，將凍結管沿著頂管的長度方向通入，凍結管的兩端分別與制冷設備的冷媒出口及冷媒入口連通；
[0008]d)、在頂管內注入混凝土，待混凝土凝固后，啟動制冷設備，實施對頂管的凍結操作；
[0009]e)、開挖隧道，設備由隧道一端所在的工作井放下，利用設備實施對凍結管凍結的區域進行挖掘操作，設備并由隧道另一端所在工作井鉆出。
[0010]與現有技術相比，本發明具備的技術效果為:凍結管與制冷設備連通后，能夠快速實施對頂管外側的巖土層及地下水實施快速的凍結操作，進而避免地下水由頂管之間的間隙進入隧道之內，輔助頂管的支撐及對頂管之間的巖土層的凍結，從而防止大斷面隧道暗挖時，頂管之間有水進入，造成事故，從而確保長度較長、截面較大的暗挖隧道施工的絕對安全。
【附圖說明】
[0011]圖1是隧道的長度方向的截面結構示意圖；
[0012]圖2是隧道的截面示意圖；
[0013]圖3是頂管的長度方向的截面結構示意圖；
[0014]圖4是頂管的截面結構示意圖；
[0015]圖5是三角形凍結管的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]結合圖1至圖5，對本發明作進一步地說明
[0017]—種大斷面暗挖隧道鋼管幕內凍結施工方法，所述隧道10施工方法包括如下步驟:
[0018]a)、在待挖設隧道1兩端的地面開設工作井11，工作井11的深度與隧道1的深度平齊；
[0019]b)、利用頂管機在待挖設隧道輪廓周邊布設多個頂管12，多個頂管12的截面圍合構成待鉆設的隧道10截面輪廓，頂管12的長度方向與隧道10的長度方向平行；
[0020]C)、在頂管12內布設凍結管20，將凍結管20沿著頂管12的長度方向通入，凍結管
[20]的兩端分別與制冷設備的冷媒出口及冷媒入口連通；
[0021]d)、在頂管12內注入混凝土，待混凝土凝固后，啟動制冷設備，實施對頂管12的凍結操作；
[0022]e)、開挖隧道10，設備由隧道10—端所在的工作井11放下，利用設備實施對凍結管20凍結的區域進行挖掘操作，設備并由隧道10另一端所在工作井11鉆出。
[0023]根據待挖隧道10的地質勘探情況，在待挖隧道10的兩端的地面挖設工作井11，便于設備由工作井11進入地下，利用頂管機將頂管12布置在待挖設隧道的輪廓周邊，在頂管12內通入凍結管20，凍結管20沿著頂管12長度方向布設，凍結管20與制冷設備連通后，能夠快速實施對頂管12外側的巖土層及地下水實施快速的凍結操作，進而避免地下水由頂管12之間的間隙進入隧道10之內，輔助頂管12的支撐及對頂管12之間的巖土層的凍結，從而防止大斷面隧道暗挖時，頂管之間有水進入，造成事故，從而確保長度較長、截面較大的暗挖隧道施工的絕對安全。
[0024]作為本發明的優選方案，所述步驟c中，凍結管20沿著頂管12的長度方向布設有多段，每一段的凍結管20的兩端分別與制冷設備的冷媒出口及冷媒入口連通分段布設，每一段凍結管20分別與制冷設備的冷媒出口及入口連通，從而可實施隧道土層的分段凍結，確保長度尺寸、截面積較大的隧道的凍結操作，而且在實施對隧道挖掘操作時，可分別開啟待挖設區域所在的凍結管連接的制冷設備，從而可實施對待挖設區域所在的隧道凍結，形成凍結帷幕，減少制冷設備的能耗。
[0025]進一步地，所述步驟c中，在向頂管12內通入凍結管20的同時，還通入限位管30，所述限位管30的長度方向沿著頂管12的長度方向布設，限位管30與換熱單元的媒介出口及媒介入口連通。由于凍結管20在實施凍結操作時，巖土體內的水牛凍結后，會使得巖土體的體積膨脹，巖土體膨脹后，會使得地表升高，而出先開裂現象，對地表上的建筑物的安全產生影響，因此，利用限位管30，通入的熱水或者是熱鹽水，能夠實施對頂管12外側的巖土體的解凍，控制巖土體的凍結程度，進而控制巖土體的體積膨脹，確保地表建筑物的安全。
[0026]所述步驟c中，相鄰的頂管12內布設的凍結管20形狀各異，位于其中一個頂管12內布設的凍結管20的截面形狀為圓形，另一個頂管12內布設的凍結管20的截面形狀為三角形，該三角形的凍結管20的一側面與頂管12內壁貼合固定；
[0027]所述步驟d中，在對頂管12實施注漿操作時，對所在凍結管20截面為圓形所在的頂管12進行注漿操作，對凍結管20截面為三角形所在的頂管12不進行注漿操作。由于隧道10的長度較長，為方便頂管20內的檢修、維護，因此采用挨個注漿的方式，保留一部分不注漿的頂管12，因此，能夠方便頂管12內的檢修。
[0028]頂管12內注入混凝土后，凍結管20與制冷設備連通后，能夠極為快速的實施對頂管12外側的巖土體的凍結，因此注有混凝土的頂管12主要起到對巖土體的凍結，不注入混凝土的頂管12只是起到輔助凍結的作用，利用截面為三角形的凍結管20與頂管12的內壁貼合，從而增大與頂管12內壁的接觸面積，進而確保凍結效果，可作為對凍結主管的輔助。
[0029]所述步驟d中，向隧道10開挖時，隧道10的洞口由上至下分為A區、B區、C區、D區、E區5個臺階，該5個區域由上至下分區挖設，并利用支護架對洞口進行支護，利用運輸設備運出隧道10洞口。在未開挖前，開啟填頂管12內的圓形凍結管20所在的回路，凍結70天后，再開啟三角形凍結管20凍結20天，通過檢測凍結帷幕厚度到達設計要求之后開始開挖，開挖斷面分5臺階10步方式(前期采用5臺階15步，后期根據監測視情況調整為5臺階10步)，每臺階開挖循環為80cm加工字鋼支護架支撐，緊跟施工初襯，二次襯砌距離初期支護面為5m，開挖導洞順序為I至10步，每個導洞在上一個導洞完成1m后施工。待二次襯砌完成后進行施工中板及三次襯砌。待東西各開挖84m后，B、D區二襯施工完成滿足封水條件后停止B區、D區凍結。在凍結過程中，當凍土帷幕厚度超過設計限值或地表凍脹監測超出允許范圍時，啟用限位管30限制凍土帷幕的發展。
[0030]結合圖2，A區所在的凍結巖土體對外界的影響較大，因此所述的限位管30位于A區外輪廓所在的頂管12內布設，這樣就能最大程度上實施對巖土體的體積膨脹的控制。
[0031]進一步地，三角形的凍結管20為折板狀鋼板構成，折板狀鋼板的長度方向沿著頂管12的長度方向布置，折板狀的鋼板的兩側變與頂管12內壁焊接固定，折板狀鋼板與頂管12內壁圍合的管狀區域構成凍結管20管腔。采用三角形截面的凍結管20可最大程度上增大與頂管12內壁的換熱面積，而且利用角鋼板直接與頂管12內壁進行焊接即可制成凍結管20結構，施工成本較低。
[0032]所述頂管12長度方向間隔設置有3段凍結管20，所述3段凍結管20兩端分別與冷媒進液主管40的管口及冷媒出液主管50的管口連通，冷媒進液主管40及冷媒出液主管50與凍結管20連通的管路上均設置有閥門21。在隧道10開挖之前，利用冷媒進液主管40及冷媒出液主管50分別與凍結管20連接，當無需凍結的區域所在的凍結管20的閥門21處在關閉的狀態，則該出無需凍結，只需要在開挖前20天開啟凍結操作即可，該方式能夠針對長度較長且截面較大的隧道的開鑿工作，
[0033]當隧道10施工完成并停止凍結后，在制冷設備連接的鹽水箱內設鹽水加熱器，對低溫鹽水進行加熱，并利用熱鹽水循環對凍結管20進行強制解凍，鹽水溫度宜控制在50?70°C。考慮融沉主要為頂管12外凍土，根據實際情況采用三角形凍結管20管循環熱鹽水和頂管12內通熱水或溫水進行解凍。
【主權項】
1.一種大斷面暗挖隧道鋼管幕內凍結施工方法，其特征在于:所述隧道(10)施工方法包括如下步驟: a)、在待挖設隧道(10)兩端的地面開設工作井(11)，工作井(11)的深度與隧道(10)的深度平齊； b)、利用頂管機在待挖設隧道輪廓周邊布設多個頂管(12)，多個頂管(12)的截面圍合構成待鉆設的隧道(10)截面輪廓，頂管(12)的長度方向與隧道(10)的長度方向平行； C)、在頂管(12)內布設凍結管(20)，將凍結管(20)沿著頂管(12)的長度方向通入，凍結管(20)的兩端分別與制冷設備的冷媒出口及冷媒入口連通； d)、在頂管(I2)內注入混凝土，待混凝土凝固后，啟動制冷設備，實施對頂管(12)的凍結操作； e)、開挖隧道(10)，設備由隧道(10)—端所在的工作井(11)放下，利用設備實施對凍結管(20)凍結的區域進行挖掘操作，設備并由隧道(10)另一端所在工作井(11)鉆出。2.根據權利要求1所述的大斷面暗挖隧道鋼管幕內凍結施工方法，其特征在于:所述步驟c中，凍結管(20)沿著頂管(12)的長度方向布設有多段，每一段的凍結管(20)的兩端分別與制冷設備的冷媒出口及冷媒入口連通。3.根據權利要求1或2所述的大斷面暗挖隧道鋼管幕內凍結施工方法，其特征在于:所述步驟c中，在向頂管(12)內通入凍結管(20)的同時，還通入限位管(30)，所述限位管(30)的長度方向沿著頂管(12)的長度方向布設，限位管(30)與換熱單元的媒介出口及媒介入口連通。4.根據權利要求1或2所述的大斷面暗挖隧道鋼管幕內凍結施工方法，其特征在于:所述步驟c中，相鄰的頂管(12)內布設的凍結管(20)形狀各異，位于其中一個頂管(12)內布設的凍結管(20)的截面形狀為圓形，另一個頂管(12)內布設的凍結管(20)的截面形狀為三角形，該三角形的凍結管(20)的一側面與頂管(12)內壁貼合固定。5.根據權利要求4所述的大斷面暗挖隧道鋼管幕內凍結施工方法，其特征在于:所述步驟d中，在對頂管(12)實施注漿操作時，對所在凍結管(20)截面為圓形所在的頂管(12)進行注漿操作，對凍結管(20)截面為三角形所在的頂管(12)不進行注漿操作。6.根據權利要求3所述的大斷面暗挖隧道鋼管幕內凍結施工方法，其特征在于:所述步驟d中，向隧道(10)開挖時，隧道(10)的洞口由上至下分為A區、B區、C區、D區、E區5個臺階，該5個區域由上至下分區挖設，并利用支護架對洞口進行支護，利用運輸設備運出隧道(10)洞口。7.根據權利要求6所述的大斷面暗挖隧道鋼管幕內凍結施工方法，其特征在于:所述的限位管(30)位于A區外輪廓所在的頂管(12)內布設。8.根據權利要求4所述的大斷面暗挖隧道鋼管幕內凍結施工方法，其特征在于:三角形的凍結管(20)為折板狀鋼板構成，折板狀鋼板的長度方向沿著頂管(12)的長度方向布置，折板狀的鋼板的兩側變與頂管(12)內壁焊接固定，折板狀鋼板與頂管(12)內壁圍合的管狀區域構成凍結管(20)管腔。9.根據權利要求2所述的大斷面暗挖隧道鋼管幕內凍結施工方法，其特征在于:所述頂管(12)長度方向間隔設置有3段凍結管(20)，所述3段凍結管(20)兩端分別與冷媒進液主管(40)的管口及冷媒出液主管(50)的管口連通，冷媒進液主管(40)及冷媒出液主管(50)與凍結管(20)連通的管路上均設置有閥門(21)。10.根據權利要求1所述的大斷面暗挖隧道鋼管幕內凍結施工方法，其特征在于:當隧道(10)施工完成并停止凍結后，在制冷設備連接的鹽水箱內設鹽水加熱器，對低溫鹽水進行加熱，并利用熱鹽水循環對凍結管(20)進行解凍，鹽水溫度宜控制在50?70°C。
【文檔編號】E21D9/00GK105863646SQ201610195926
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月30日
【發明人】曹化春, 魏延平, 王宗金, 魏紅兵, 郭圣旵, 張景鈺, 榮懷宇, 郝雷, 王明思, 亓燕秋, 李公生, 高梅, 牛磊, 張紹峰, 王先鋒, 辛青連
【申請人】中煤特殊鑿井有限責任公司