一种基于冷冻法的地铁联络通道施工方法与流程

1.本发明涉及隧道挖掘的技术领域，尤其是涉及一种基于冷冻法的地铁联络通道施工方法。


背景技术：

2.目前城市地铁隧道联络通道施工的地基加固，经常使用的方法有地面搅拌桩、旋喷桩、冷冻法等。但是在软土地层中，由于地层含水丰富，很难控制水泥浆的流失，采用地面加固往往达不到预期的加固效果，且联络通道地面加固可能会受地面环境制约，因此隧道冷冻法加固就成了地基加固的较好选择。
3.冷冻法加固是指在联络通道的施工面周边埋设冻结管，通过冷冻系统将低温盐水输送至冻结管内，使地层中的水冻结,使软土变成冻土,增加其强度和稳定性，起到加固土体的作用。
4.采用冷冻法加固土体时，需在联络通道的施工面周边钻孔，以便埋设冻结管。然而，由于各冻结孔的设计方位不一致，导致钻机调整位置步骤繁琐、效率低，从而影响施工进度。


技术实现要素：

5.为了使得方便调整钻机的摆放位置，以提高冻结孔的钻进效率，本技术提供一种基于冷冻法的地铁联络通道施工方法。
6.本技术提供的一种基于冷冻法的地铁联络通道施工方法采用如下的技术方案：一种基于冷冻法的地铁联络通道施工方法，包括以下步骤：s1、根据设计要求，确定联络通道的施工位置，然后拆除联络通道施工面处的混凝土管片，安装钢管片；s2、根据设计图纸对冻结孔进行定位，设定当各冻结管埋入对应的冻结孔内后，若干冻结管相对联络通道的施工面呈扩散状向外分布；s3、在隧道内搭建钻孔施工平台，以便钻机钻孔；具体地：所述钻孔施工平台包括沿隧道的延伸方向铺设在隧道内的两条导轨，两条所述导轨之间滑动搭接有钢架，所述钢架上转动连接有两根相互平行设置的连接杆，所述钢架上设置有用于调节连接杆高度的调节机构，两根连接杆之间设置有连接板，所述连接板上转动连接有钢槽，钢槽在平行于连接板的平面内转动，所述钢槽内设置有传送带机构，钻机安装在传送带机构的传送带上；s4、将部分孔口管按照冻结孔的设计方位打入钢管片两侧的混凝土管片后方土层内；s5、将部分孔口管按照冻结孔的设计方位打入联络通道上下两侧的钢管片后方土层内；s6、当孔口管打入土层后，在孔口管处做密封处理，再钻设冻结孔，然后安装冻结
管；s7、将检查管打入钢管片两侧的混凝土管片后方土层内，以便后期检查土体冻结情况；s8、检测冻结管密封性，冻结管密封性合格方可进行下一步处理；s9、采取保温措施，以减少后续冻结过程中冷气损失；s10、将低温盐水输送管组与若干冻结管连通；s11、当积极冻结时间达到设计要求后，检验土体冻结情况；s12、当土体冻结情况符合开挖要求后，则拆除钢管片和冻结管，施做防护门，开展联络通道挖掘工作。
7.通过采用上述技术方案，在钻孔之前，先根据设计图纸和现场施工环境确定冻结孔的钻孔方位，然后在隧道内搭建钻孔平台。因钢架可沿导轨的长度方向滑动，两根连接杆的高度在调节机构的作用下可发生改变，从而方便调整钻机的在隧道内的摆放位置，从而便于大跨度钻孔。同时，通过调整两根连接杆的高度不等即可改变钻机钻杆在竖直平面内的倾角，通过转动钢槽带动钻机在平行于连接板的平面内转动。由此，在四个维度上实现对钻机位置的调整，且操作简单快捷，能够显著提高冻结孔的钻孔效率，以缩短施工周期。在钻孔之前，先在各个冻结孔的钻孔位置埋打入孔口管，孔口管对后续钻杆钻孔时起导向作用，以使得成型后的冻结孔不易偏移，以满足冻土加固要求。同时，在孔口管处做密封处理，以减小钻孔过程中发生涌水的可能性。检查管的作用，方便后期检查土体冻结情况。同时，当冻结管打入土层后，在冻结面采取保温措施，能够有效降低后续冷冻过程中冷气流失，有利于缩短土体冻结时间，从而提高施工效率。
8.优选的，其中一根连接杆上套接有第一套管，所述第一套管与连接板固定连接；另一根连接杆套接有第二套管，所述连接板远离第一套管的一端搭接在第二套管上，所述第二套管的两端侧壁均固定连接有呈l型设置的卡块，所述卡块扣接在连接板上并与连接板滑动连接。
9.通过采用上述技术方案，当需调整钻杆在竖直平面内的倾角时，通过调节机构调整其中一根连接杆的高度，期间，连接板在卡块的限制作用下相对第二套管移动，从而使得两根连接杆之间能够出现高度差。
10.优选的，所述调节机构包括安装在钢架顶端的定滑轮，所述定滑轮上绕接有锁链，所述锁链的一端与连接杆固定连接，所述锁链的另一端自然垂落至地面；所述钢架上抱接有四个抱箍，所述连接杆转动连接在相邻的两个抱箍之间。
11.通过采用上述技术方案，当需调整钻机的摆放高度时，攥住锁链，然后拧松所有抱箍，同时拉拽或者放松多根锁链即可调整钻机的高度。当需调整钻杆在竖直平面内的倾角时，只需松动其中一组抱箍，然后拉拽或者放松锁链即可改变钻杆在竖直平面内的倾角，操作简单高效。
12.优选的，在s4中，其包括以下步骤：s4.1、利用钻机钻进可供孔口管插入的钻孔，钻进深度为250mm；s4.2、在孔口管的插入端缠绕麻丝后再打入钻孔内，以增强防涌水能力。
13.优选的，在s5中，其包括以下步骤：s5.1、利用钻机在格仓内钻进可供孔口管插入的钻孔，钻进深度为250mm；
s5.2、在孔口管的插入端焊接环形止水钢管，在环形止水钢板靠近钻孔的一侧涂抹遇水膨胀防水胶，在钻孔格仓底部四周涂抹遇水膨胀止水胶；s5.3、当孔口管打入钢管片后方土层后，将孔口管固定，在钻孔格仓及相邻非钻孔格仓内采用混凝土进行充填。
14.通过采用上述技术方案，s5.1和s5.2的实施，能够有效增强防涌水能力。当孔口管打入钢管片后方土层后，利用混凝土将钻孔格仓及相邻非钻孔格仓填补，增强孔口管打入土层稳定性的同时，进一步增强防涌水能力。
15.优选的，在s6中，其包括以下步骤：s6.1、在孔口管伸出土层的一端安装球阀，在球阀的另一端安装密封装置，所述密封装置包括套管、压紧盘根和橡胶圈，所述套管与球阀远离孔口管的一端锁紧连接，橡胶圈放置在套管内，所述压紧盘根与套管插接配合并通过紧固件与套管锁紧连接；s6.2、开始钻孔，钻进前2m时，需反复校核冻结孔方向，调整钻机位置，确认冻结孔偏斜无问题后方可继续钻进。
16.通过采用上述技术方案，在进行钻孔时，钻杆经压紧盘根、球阀以及孔口管钻入土层，在此之前，将压紧盘根与套管锁紧，压紧盘根挤压橡胶圈，以使得橡胶圈变形从而将钻杆与套管之间的缝隙填补，以降低钻孔过程中出现涌水的可能性。在钻孔过程中，钻孔前段的准确性至关重要，因此，钻进前2m时，需反复校核冻结孔方向，调整钻机位置，确认冻结孔偏斜无问题后方可继续钻进。当冻结孔钻设完毕后，将钻杆取出，关闭球阀以截断冻结孔，以使得水不会经冻结孔涌出。
17.优选的，所述检查管包括依次连接的钻头、取芯管、椎体、单向阀以及连接钢管，所述椎体呈圆台状设置，所述椎体与取芯管连接的一端的直径较小且与取芯管的外径相等。
18.通过采用上述技术方案，当进行检查管施工时，将检查管与钻机的动力头连接，开始钻进。钻头用于破土，钻孔过程中被切削的土体进入取芯管内，因单向阀的存在，使得土体朝连接钢管的方向移动。当钻头穿透对面混凝土管片后，检查管继续钻进直至椎体锥入对面混凝土管片，因对面的混凝土管片上成型的钻孔直径小于椎体大端的直径，使得椎体将钻孔堵住，形成一道密封结构，以减弱涌水现象，便于在取芯管穿出对面混凝土管片处做防水处理。当后续冻结时常达到设计时间后，因检查管位于冻结面周边，若检查管内的土体冻结，则表明冻结面内的土体已经冻结，由此可作为判断冻结面土体冻结情况的一个标准。
19.优选的，在s9中，其包括以下步骤：s9.1、在联络通道的施工面铺设至少两层保温板，保温板与钢管片贴合密实，板与板之间缝隙采用泡沫填缝剂填实；s9.2、在联络通道冻结区域两侧的混凝土管片缝内插入钢板进行截水处理；s9.3、在冻结管路的外周设置挡风板。
20.通过采用上述技术方案，保温板对冻结面起保温作用，以减少冷气流失。钢板则将冻结面两侧土层内的流动水路截断，以减少水体冷热交换对冻结效果的影响。同时，挡风板将隧道内流动的风阻挡，以减少空气流动所带走的冷气。综上所述，设置上述三道保温措施，能过显著提高冻结面土体的冻结效率。
附图说明
21.图1是本技术中利用钻机施工平台施工时整体结构示意图；图2是本技术中钻机施工平台的整体结构示意图；图3是本技术中孔口管打入混凝土管片后方土层时的示意图；图4是本技术中孔口管打入钢管片后方土层时的示意图；图5是本技术中检查管的结构示意图。
22.附图标记说明：1、混凝土管片；2、钢管片；3、平板；4、导轨；5、钢架；51、立杆；52、滑轮；53、加固杆；6、抱箍；7、连接杆；8、调节机构；81、定滑轮；82、锁链；9、连接板；10、第一套管；11、第二套管；12、卡块；13、钢槽；14、传送带机构；15、钻机；16、转轴；17、电机；18、减速器；19、孔口管；20、麻丝；21、环形钢板；22、环形止水钢板；23、球阀；24、密封装置；241、套管；242、压紧盘根；243、橡胶圈；25、支管；26、旁通阀；27、检查管；271、钻头；272、取芯管；273、椎体；274、单向阀；275、连接钢管。
具体实施方式
23.以下结合附图1
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5对本技术作进一步详细说明。
24.本技术实施例公开一种基于冷冻法的地铁联络通道施工方法。包括以下步骤：s1、参照图1，根据设计要求，确定联络通道的施工位置，然后拆除联络通道施工面处的混凝土管片1，安装两片钢管片2组成弧形支撑框架以支护隧道土层。其中，钢管片2呈半圆弧状设置，钢管片2上设置有若干格仓，若干格仓呈矩形阵列设置。
25.s2、根据设计图纸对冻结孔进行定位。
26.具体地，首先在隧道内测取两片钢管片2中心缝实际坐标，cad上图后确定联络通道中心线实际方位角，结合设计图纸高程，在现场放出开挖中心线点位。根据中心线点位，用水平管、激光仪、墨斗、卷尺等工具对每个冻结孔进行定位。设定当各冻结管埋入对应的冻结孔内后，若干冻结管相对联络通道的施工面呈扩散状向外分布。对于部分与钢管片2重合部分进行适当调整。
27.s3、在隧道内搭建钻孔施工平台，以便钻机15钻孔；参照图1和图2，具体地，钻孔施工平台包括沿隧道的延伸方向铺设在隧道底部的平板3，平板3上固定连接有两条平行设置的导轨4，两条导轨4平行设置，导轨4沿隧道的延伸方向设置，导轨4的长度大于联络通道的开口宽度。两条导轨4之间滑动搭接有钢架5。钢架5包括四根立杆51竖直设置的立杆51，四根立杆51分布在矩形的四个角点处，立杆51的下端安装有带刹车功能的滑轮52，滑轮52与导轨4滑动卡接。相邻两根立杆51的顶端之间固定连接有加固杆53，以提高钢架5的结构强度。
28.每根立杆51上均抱接有抱箍6，其中相邻的两组抱箍6之间均转动插接有连接杆7，两根连接杆7平行设置并沿隧道的延伸方向布置。钢架5上至少设置有两组分别用于调节两根连接杆7高度的调节机构8。
29.调节机构8包括定滑轮81、锁链82，定滑轮81安装在加固杆53的端部，锁链82的一端绕过定滑轮81并与连接杆7固定连接，锁链82的另一端自然垂落至地面。本技术实施例中调节机构8设置有四组，位于四组调节机构8上的四个定滑轮82分别位于两根加固杆53的四
个端部。
30.两根连接杆7之间设置有连接板9，连接板9的长度大于两根连接杆7之间的间距。靠近施工面的连接杆7上转动套接有第一套管10，第一套管10与连接板9固定连接。另一根连接杆7上转动套接有第二套管11，连接板9远离第一套管10的一端搭接在第二套管11上，第二套管11两端的侧壁均固定连接有呈l型设置的卡块12，卡块12扣接在连接板9上并与连接板9滑动连接。
31.连接板9上设置有长条状的钢槽13，钢槽13内设置有传送带机构14，传送带机构14为常用的板链式传送带机构14。钻机15安装在传送带机构14的传送带上。钢槽13的外底壁中心处固定连接有转轴16，转轴16穿透连接板9并与连接板9转动连接。连接板9的下表面设置有驱使转轴16转动的驱动机构。驱动机构包括安装在连接板9下表面的电机17，电机17的输出轴通过减速器18与转轴16传动连接。
32.当钻孔时，因钢架5可沿导轨4的长度方向滑动，调节机构8配合卡箍可对工作台的高度进行调整，从而方便调整钻机15的安放位置。且通过调整两根连接杆7的高度，可改变钻杆在竖直平面内的倾角，通过驱动机构可带动钢槽13在平行于连接板9的平面内转动，从而方便调整钻杆的位置，以便钻设设计方位各不相同的冻结孔。传送带机构14的设置，使得钻机实现边钻孔、边顶进。
33.s4、参照图3，将部分孔口管19按照冻结孔的设计方位打入钢管片2两侧的混凝土管片1后方土层内。其包括以下步骤：s4.1、调整钻机15钻杆的方位，利用钻机15钻进直径大于孔口管19外径2～4mm的钻孔，钻进深度为250mm。
34.s4.2、在孔口管19的插入端缠绕麻丝20，再将孔口管19打入钻设的钻孔内，以提高防涌水能力。
35.s4.3、当孔口管19插入钻孔内后，在孔口管19外周均匀布置4根m12、钻孔深度140mm、有效埋深120mm的膨胀螺栓。将环宽为100mm、厚度为6mm的环形钢板21套在孔口管19上，将多根膨胀螺栓与环形钢板21焊接，然后将环形钢板21与孔口管19焊接。之后在环形钢板21与混凝土管片1之间的缝隙内填充混凝土。
36.s5、参照图4，将部分孔口管19按照冻结孔的设计方位打入联络通道上下两侧的钢管片2后方土层内。其包括以下步骤：s5.1、调整钻机15钻杆的方位，利用钻机15在格仓内钻进直径大于孔口管19外径2～4mm的钻孔，钻进深度为250mm。
37.s5.2、将环形止水钢板22焊接固定在孔口管19的插入端，环形止水钢板22的环宽为25mm，厚度为6mm。在环形止水钢板22靠近钻孔的一侧涂抹遇水膨胀防水胶，在钻孔格仓底部四周涂抹遇水膨胀止水胶，以增强防渗水能力。
38.s5.3、当孔口管19打入钢管片2后方土层后，在孔口管19与钢管片2之间焊接三根直径不小于12mm的钢筋，三根钢筋圆周分布在孔口管19外周。若孔口管19接近格仓肋板可直接与钢管片2与肋板焊接。
39.在钻孔格仓及相邻非钻孔格仓内采用c30硫铝酸盐微膨胀混凝土进行充填，充填厚度为250mm。之后在格仓内侧焊接6mm钢板进行封堵，钢板不得突出钢管片2格仓表面。
40.s6、参照图2，当孔口管19打入土层后，在孔口管19处做密封处理，再钻设冻结孔，
然后安装冻结管。具体如下：s6.1、在孔口管19伸出土层的一端焊接法兰盘并连接球阀23，在球阀23的另一端安装密封装置24。密封装置24包括套管241、压紧盘根242和橡胶圈243，套管241的两端均设置有环形耳，套管241与球阀23远离孔口管19的一端锁紧连接，橡胶圈243放置在套管241内，压紧盘根242与套管241插接配合并通过紧固件与套管241锁紧连接。当钻进时，通过锁紧压紧盘根242从而挤压橡胶圈243，橡胶圈243变形从而将钻杆与套管241之间的间隙填补，以提高密封性。同时，通过设置球阀23，当冻结孔成型后，钻杆退出冻结孔，通过关闭球阀23即可截断冻结孔通路，以减弱水涌现象。
41.s6.2、进而二次钻进以安装冻结管。具体地，按冻结孔设计方位要求固定调整钻机15的摆放位置，然后进行钻孔，冻结孔成型后。将冻结管分段依次打入土层内，相邻冻结管焊接处理，冻结管的前端封闭设置。
42.施工时，将钻杆与钻机15的动力头连接，打开球阀23，将钻杆插入孔口管19内，压紧孔口密封装置24，开始钻进。钻进前2m时，需反复校核冻结孔方向，调整钻机15位置，利用精密罗盘确认冻结孔偏斜无问题后方可继续钻进。冻结孔成型后，安装冻结管，需要注意的，冻结管连接处焊接完成后至少需静置15min后方可顶进。
43.s6.3、当冻结管打入土层后，将球阀23和密封装置24拆下，在冻结管上套接密封板。密封板呈环形设置，密封板上开设有若干通孔，若干通孔与位于冻结管上的法兰盘的孔位对位。利用螺栓、螺母将密封板与位于冻结管上的法兰盘锁紧连接后，再将冻结管与环形密封板焊接。
44.s6.4、孔口管19的侧壁预先连通有支管25，支管25上设置有旁通阀26，通过支管25往孔口管19与冻结管组成的环形空间进行注浆以冻结管的密封性。观察旁通阀26及孔口管19法兰处无渗漏后方可拆除旁通阀26。
45.s7、将检查管27打入钢管片2两侧的混凝土管片1后方土层内，检查管27的安装位置位于冻结面外侧。
46.参照图5，具体地，检查管27包括依次连接的钻头271、取芯管272、椎体273、单向阀274以及连接钢管275。其中，钻头271呈圆柱形设置，钻头271前端布满尖锥，钻头271的直径与取芯管272的外径相等。取芯管272的外径与连接钢管275的外径相等。椎体273呈圆台状设置，椎体273与取芯管272连接的一端的直径较小且与取芯管272的外径相等，椎体273的另一端的直径比取芯管272的外径大15mm～20mm。连接钢管分段钻进，相邻两节连接钢管焊接。
47.施工时，将检查管27与钻机15连接，调整好钻机15的位置，开始钻进。当钻头271穿出对面管片后，继续钻进直至椎体273锥入对面混凝土管片1内，停止钻进。在椎体273与对面混凝土管片1处利用速凝水泥进行封水及封泥沙处理，使钻通管片后，无泥沙及大量水流出。其中，椎体273作为一级密封层，当椎体273锥入对面混凝土管片1内，以减少泥沙和水体外涌，方便后续做密封处理。
48.在钻进过程中，被切削的土体会落入取芯管272内，因单向阀274的存在，土渣朝连接钢管275方向移动。
49.s8、检测冻结管密封性。具体地，利用高压清水泵向已经密封的冻结管内注水，打压初始压力为0.8~1.0mpa，施压30分钟后压力下降不超过0.05mpa，再延续15分钟后压力不
变即合格。
50.s9、采取保温措施，以减少后续冻结过程中冷气损失。具体地，s9.1、在联络通道的施工面铺设两侧保温板，保温板与钢管片2贴合密实，板与板之间缝隙采用泡沫填缝剂填实，以降低后续冷却过程中的冷量损失。
51.s9.2、在联络通道冻结区域两侧的混凝土管片1缝内插入钢板进行截水处理，以降低土层动水对冻结效果的影响。
52.s9.3、在冻结管路的外周增设挡风板，以降低隧道内空气流动所带走的冷量。
53.s10、将低温盐水输送管组与冻结管连通。
54.s11、检验土体冻结情况。具体地，当积极冻结时间达到设计要求后，先检查连接钢管275内土体的冻结情况，若土体完全冻结，则说明冻结面内土体已经完成冻结，可在两隧道钢管片2上冻结壁内侧开设探孔做进一步检验，若探孔无带有压力的水或泥喷出，则说明土体冻结。反之，则延长冻结时间。
55.s12、当土体冻结效果达到开挖要求后，拆除钢管片2和冻结管，施做防护门，然后开展联络通道挖掘工作。
56.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。