一种水平隧道多竖井冻结法加固开挖的施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种水平隧道多竖井冻结法加固开挖的新型施工方法。其技术要点包括如下步骤：（1）打钻、下放垂直冻结管；（2）冻结施工；（3）开挖竖井及施作竖井结构；（4）开挖扩大硐室及施作硐室结构；（5）打钻、下放水平冻结管及封口垂直冻结管；（6）开挖隧道。本发明可以在保证施工安全的前提下，实现了风险段分段开挖，降低了施工风险，加快了施工速度。
【专利说明】
一种水平隧道多竖井冻结法加固开挖的施工方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种水平隧道开挖掘进的新型施工方法，此方法可适用于软土地层长距离隧道快速开挖。
【背景技术】
[0002]当前深埋长隧道一般采用TBM隧道掘进机进行施工，但是当隧道处于含水粉细砂等软土地层条件时，TBM掘进时容易出现突(涌)水、突泥事故，导致卡机现象。
[0003]软土地层一般特点是含水量较大，据此可以考虑采用水平冻结法进行封水，用人工冻结法在隧道施工面外部形成封闭的冻结壁防止施工过程中水土涌入工作面，这样就可以大大减少开挖施工的风险。
[0004]人工水平冻结技术已经成熟，水平冻结形成的包围隧道轮廓的冻结壁，加上地面施工垂直孔形成的冻结壁来封闭开挖对侧端头，从而形成封闭完整的冻结帷幕，可以保证隧道开挖施工的安全。该施工方法可以实现隧道分段开挖，大大降低隧道施工的突水、突泥风险。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决软土地层条件中长距离水平隧道施工而提出的一种施工方法。通过水平冻结结合地面施工的垂直孔形成的封口冻结，在隧道开挖空间外轮廓形成封闭的冻土帷幕。该方法可在工程区中实现隧道的分段开挖，从工作竖井两边同时施工，根据隧道长度、工期要求和地表厚度条件，合理设置多个工作竖井同时开挖，降低了施工风险，缩短了施工工期。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
本发明主要有三大施工区域组成，竖井施工区域I，扩大硐室施工区域Π，隧道施工区域m0
[0007]正式开挖隧道前要施工工作竖井以及扩大硐室。
[0008]扩大硐室的作用是为隧道水平冻结打孔，开挖提供作业空间。
[0009]为提高施工的安全性，工作竖井以及扩大硐室均采用垂直冻结进行加固。
[0010]工作竖井采用全深冻结，考虑开挖深度应适当增加冻结深度。扩大硐室采用分段冻结。
[0011]冻结孔的布置要均匀合理，保证底部冻土体形成良好。
[0012]暴露在地层外的冻结管及工作面要做好保温措施，确保冷量能够有效的利用到该冻结的土体。
[0013]主要步骤包括:
第一步:在施工区域1(工作竖井)前，进行打钻、下放冻结管。打钻过程中要实时测斜，保证偏斜满足设计要求，对于不满足偏斜要求的要增加补孔，确保正常开冻后能形成均匀的冻结帷幕。
[0014]第二步:冻结施工，对冻结管施工质量进行验收后，进行竖井和扩大硐室的冻结施工。考虑到竖井开挖完毕后才开始扩大硐室开挖，所以施工区域Π的冻结时间比竖井长2个月左右，所以可以选用较大的冻结孔间距。
[0015]第三步:工作竖井冻结施工完成后，开挖区域1(竖井)。分层开挖，及时支护，确保结构稳定。
[0016]第四步:开挖区域Π(扩大硐室)，在竖井施工完成后，利用分段冻结形成的冻结帷幕保护下，在竖井与隧道连接处前后两个方向同时开挖Sm左右的硐室空间，硐室前端直径扩大Im以便隧道冻结管打孔施工。
[0017]第五步:施工隧道水平冻结孔、地面在水平孔后端施工一排冻结孔，合理选取冻结孔间距，钻过程中要实时测斜，保证偏斜满足设计要求，对于不满足偏斜要求的要增加补孔，确保正常开冻后能形成封闭的冻结帷幕。
[0018]第六步:开挖区域ΠΚ隧道)，在隧道水平冻结与杯口垂直冻结完成后，同时向两边开挖隧道部分。
[0019]第七步:隧道开挖后及时施作衬砌。
[0020]如两竖井之间开挖隧道长度大，可重复上述第四、五、六、七步。
[0021]在上述第一步中，要对冻结管进行打压试漏，满足要求方可进行下一步的施工。
[0022]在上述第二步中，要对冻结管上部分进行保温，确保冷量有效用于需冻土体。有需要时打探孔考查冻结情况。
[0023]在上述第三步中，要合理确定掘进段高，及时施作井壁结构。
[0024]在上述第四步中，开挖硐室空间时需要截断硐室空间内的垂直冻结管，需要用软管连接恢复冻结。硐室底板下部冻结较为薄弱，应施作加厚混凝土底板。
[0025]在上述第五、六步中，要对冻结管进行打压试漏，满足要求方可进行下一步的施工。合理布置杯口垂直冻结管位置与间距，确保与水平冻结区域形成完全封闭的冻结区域。
[0026]在上述第二步、第五步中，具体开冻时间以及盐水循环温度要根据实际施工状况和地层条件而定，开冻后如果发现冻结效果欠佳，在后续开挖步骤中要适当放缓开挖速度，及时施作结构，防止基地隆起、涌水。
[0027]在上述整个施工过程中，可以根据工期要求和地表厚度条件设置多个工作竖井把隧道分成多段同时施工。
[0028]在上述整个施工过程中，要注意保护已有的冻结管不被破坏。
[0029]本发明可解决软土地层长距离隧道开挖的问题，大大降低了工程风险。同时可以实现分段开挖，在保证工程安全前提下加快施工速度。
【附图说明】
[0030]图1为本发明施工区域分区示意图。
[0031 ]图2为本发明结构及冻结管布置俯视图。
[0032]图3为本发明结构及冻结管布置断面图。
[0033]图中:1-施工区域1(工作竖井)，2_开挖区间Π(扩大硐室)，3_开挖区域ΠΚ隧道)，4-垂直冻结管，5-水平冻结管，6-冻土帷幕，7-竖井结构，8-扩大硐室结构，9-隧道结构。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但他们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。
[0035]参阅附图，软土地层长距离隧道开挖施工方法实施方式包括如下步骤:
步骤一:在施工区域1(工作竖井)前，进行打垂直冻结孔钻、下放冻结管4。打钻过程中要实时测斜，保证偏斜满足设计要求，对于不满足偏斜要求的要增加补孔，确保正常开冻后能形成均匀的冻结帷幕。
[0036]步骤二:冻结施工，对冻结管4施工质量进行验收后，进行施工区域I(工作竖井)I和开挖区间Π (扩大硐室)2的冻结施工。考虑到竖井I开挖完毕后才开始扩大硐室2开挖，所以扩大硐室2的冻结时间比竖井长2个月左右，所以可以选用较大的冻结孔间距。
[0037]步骤三:工作竖井冻结施工完成后，待竖井拟建结构周围形成冻结帷幕6时，开挖区域1(竖井)。分层开挖，及时施作竖井结构7，确保结构稳定。
[0038]步骤四:开挖区域Π(扩大硐室)2，在竖井I施工完成后，利用分段冻结形成的冻结帷幕6保护下，在竖井与隧道连接处前后两个方向同时开挖Sm左右的硐室空间，硐室前端直径扩大Im以便隧道冻结管打孔施工。
[0039]步骤五:施工隧道3水平冻结孔5、地面在水平孔后端施工一排冻结孔4，合理选取冻结孔间距，钻过程中要实时测斜，保证偏斜满足设计要求，对于不满足偏斜要求的要增加补孔，确保正常开冻后能形成均匀的冻结帷幕。
[0040]步骤六:开挖区域m (隧道)3，在隧道水平冻结与杯口垂直冻结完成后，同时向两边开挖隧道部分。
[0041]步骤七:隧道开挖后及时施作隧道结构9。
[0042]打钻过程中如果实际钻孔困难，进度缓慢，竖井外围冻结管施工完成，硐室冻结管仍未完全施工完，而施工工期紧时，可以考虑先对竖井外围冻结管进行冻结施工，按靠近竖井往外方向依次施工硐室各排冻结孔。
[0043]硐室2开挖过程中需要把硐室空间内冻结管截断，冻结管4在割除前要彻底清除管中盐水，防止盐水泄露对已有结构造成侵蚀。同时注意及早用软管连接恢复冻结，防止硐室底部冻结帷幕融化。
[0044]人工冻结部分，可以采用冷冻机-盐水冻结，特殊情况下也可采用液氮冻结。
[0045]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此。
【主权项】
1.一种水平隧道多竖井冻结法加固开挖的施工方法，其特征在于:包括如下步骤， 步骤一:施工垂直冻结管4。在打钻过程中冻结管4，上下两段冻结管焊接时要做好焊缝质量控制。打钻过程中要实时测斜，保证偏斜满足设计要求，对于不满足偏斜要求的要增加补孔。 步骤二:冻结施工。冻结冷量输出根据工程情况确定。 步骤三:施工工作竖井I，在冻结帷幕6的保护下，采用分层开挖的方式开挖工作竖井I并及时施作竖井结构7。 步骤四:开挖扩大硐室2，扩大硐室2在工作竖井I施工结束后向开挖。硐室前端直径扩大Im以便隧道冻结管打孔施工。 步骤五:施工隧道3水平冻结孔5以及水平孔后端的一排垂直冻结孔4，并进行冻结施工。 步骤六:开挖水平隧道3。在封闭冻结帷幕6的保护下同时向工作竖井I两边开挖隧道。 步骤七:隧道开挖后及时施作隧道结构9。2.根据权利要求1所述的水平隧道多竖井冻结法加固开挖的施工方法，其特征在于:步骤一中，要对冻结管4进行打压试漏及保温。3.根据权利要求1所述的水平隧道多竖井冻结法加固开挖的施工方法，其特征在于:步骤三中，采用分层开挖的方式开挖，要合理确定掘进段高。4.根据权利要求1所述的水平隧道多竖井冻结法加固开挖的施工方法，其特征在于:步骤四中，在竖井I施工结束后，同时向竖井两边施工扩大硐室2。5.根据权利要求1、4所述的水平隧道多竖井冻结法加固开挖的施工方法，其特征在于:步骤五、六中，采用在隧道水平孔5后端的一排垂直冻结孔4对隧道开挖对侧封底，形成包围隧道外轮廓的封闭冻结帷幕6，保证水平隧道3的施工安全。水平隧道3开挖在工作竖井I的两边同时进行，加快工程施工速度。
【文档编号】E21D9/00GK105927234SQ201610477132
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】岳丰田, 黄浩斌, 张勇, 石荣剑, 陆路, 吴昊
【申请人】中国矿业大学