专利名称：盾构对接地层弯管单侧冻结法及其冻结管打设装置的制作方法
技术领域：
本发明属于隧道工程领域，涉及盾构对接地层的冻结法，还涉及该冻结法中所使用的冻结孔打设装置。
背景技术：
冻结法在盾构对接工程中有良好的应用价值，其封水性与维护地层的强度与稳定性是其他工法所无法比拟的。盾构对接中的冻结法是在一侧或双侧盾构中安装冻结器进行冷冻，使得盾构对接段外围的土体冻结形成封闭、有较高强度的冻土帷幕，阻止地下水进入对接工作面、抵抗外部水土压力，给盾构对接工作提供既有强度又有封水性的临时支护。冻结器的一般安装方法是从对接的一侧或双侧盾构开孔向地层内布设有一定倾角的放射状直线型冻结管，有时在盾构机内表面敷设贴附冻结管以加强冻结效果。冻结器的安装一般在对接盾构到达对接位置并提供作业条件之后开始。目前常采取的盾构对接冻结法地层加固的冻结管布置方式有以下几种从单侧盾构打设放射状直线型冻结管结合另外一侧盾构内表面贴附冻结管。当两侧盾构推进到达对接位置后，从一侧盾构打出单排放射状直线型冻结管，打到对侧盾构外围一定位置，并在对侧盾构内表面沿圆周布置贴附冻结管。贴附冻结管用于克服放射状冻结管距离盾构较远的不足，两种冻结管结合可以保证形成连续、封闭的冻土帷幕。这种方式下，分别在两侧隧道中设置冷冻站。两侧盾构分别打设单排放射状直线型冻结管冻结地层进行盾构对接。此种工法需要从两侧盾构分别施工，无论从强度还是封水性都容易得到保证。这种方式下，同样是在两侧隧道中设置冷冻站。两侧盾构分别打设双排放射状直线型冻结管冻结进行盾构对接。此种工法与两侧分别打设单排管相比，冻土帷幕的厚度与强度都有更高的保证，与单排冻结管方案相比，适合于大埋深、高压力情况。从目前国内外盾构对接实际工程来看，在不同条件下，以上几种工法都有着不同程度的应用，但是也存在以下几点不足第一，当由于某种原因人员无法进入一侧盾构、或不具备冻结管施作条件时，冻结施工只能从另外一侧盾构进行，此时以上几种方法均无法实施。第二，以上几种冻结工法施工过程都比较繁琐，都需要在两侧盾构进行打孔、贴附冻结管操作，以及设置两座冷冻站，需要投入大量的人力物力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种盾构对接地层弯管单侧冻结法及其冻结管打设装置， 其采用弯曲冻结管，使得全部冻结施工作业完全仅在单侧盾构中进行。为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是
一种盾构对接地层弯管单侧冻结法，其包括以下步骤1)在盾构机壳体上装设孔口管，孔口管远离盾构机壳体一端设有球阀，球阀另一端设有直线形密封管，打开球阀，选用尺寸适合的钻杆依次穿过直线形密封管、球阀和孔口管，并钻透盾构机壳体，退出钻杆以及关闭球阀；2)将直线形密封管更换为曲线形密封管，将弯曲的冻结管插入曲线形密封管并与夯管锤连接，调整冻结管与夯管锤方位，使冻结管和夯管锤在所预设的冻结管轴线上，打开球阀，开始夯管使得冻结管进入孔口管、盾构体；3)逐段夯入冻结管，并焊接后续冻结管管段，直至冻结管端部抵达另一侧盾构体外壳处。进一步，所述曲线形密封管的长度大于直线形密封管，且其曲率与冻结管的曲率相同。所述孔口管四周设置加劲肋板与孔口管托盘焊接并固定位置，孔口管托盘固定于盾构机壳体上。所述曲线形密封管与稳定架的一端固接，稳定架的另一端通过密封管托盘固定于盾构机壳体上；密封管托盘与盾构机壳体的连接处焊接加劲肋板。所述孔口管上还设有旁通管。一种上述方法中所使用的冻结管打设装置，包括孔口管、球阀、密封管、钻杆和冻结管，孔口管一端固定于盾构机壳体上，另一端与球阀一端连接，球阀另一端与密封管一端相连；密封管包括直线形密封管和曲线形密封管，钻杆通过密封管、球阀和孔口管对盾构机壳体钻孔时，密封管选用直线形密封管，冻结管通过密封管、球阀和孔口管穿过盾构机壳体时，密封管选用曲线形密封管。进一步，所述曲线形密封管的长度大于直线形密封管，且其曲率与冻结管的曲率相同。所述孔口管四周设置加劲肋板与孔口管托盘焊接并固定位置，孔口管托盘固定于盾构机壳体上。所述曲线形密封管与稳定架的一端固接，稳定架的另一端通过密封管托盘固定于盾构机壳体上；密封管托盘与盾构机壳体的连接处焊接加劲肋板。所述孔口管上还设有旁通管。由于采用了上述方案，本发明具有以下特点这种方法在仅有单侧隧道具备冻结施工作业条件的情况下可以形成封闭、安全的冻土帷幕，保护盾构对接工作的实施。并且， 仅需要一座冷冻站。
图1为本发明盾构体开孔装置结构示意图。图2为本发明弯曲冻结管打设装置结构示意图。图3为本发明的孔口管托盘与孔口管连接示意图。图4为本发明的稳定架与密封管托盘连接示意图。图5为本发明的曲线形密封管结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。一种盾构对接地层弯管单侧冻结法，其包括以下步骤1)在盾构机壳体1上装设孔口管4，孔口管4通过孔口管托盘2固定位置，孔口管托盘2通过螺栓3固定于盾构机壳体1上；2)孔口管4在远离盾构机壳体1的一端设有球阀7，球阀7另一端设有直线形密封管8，打开球阀7的阀门，选用尺寸适合的钻杆9，依次穿过直线形密封管8、球阀7和孔口管4，并钻透盾构机壳体1，退出钻杆后将球阀7关闭；3)将直线形密封管8更换为与冻结管12曲率相同的曲线形密封管10，稳定架11 一端通过密封管托盘13固定于盾构机壳体1上，另一端固定于曲线形密封管10上，将弯曲的冻结管12插入曲线形密封管10并与夯管锤连接；4)调整冻结管12与夯管锤方位，使冻结管12和夯管锤在设计的冻结管轴线上； 压紧曲线形密封管10，打开球阀7，开始夯管使冻结管12进入孔口管4、盾构体，逐段夯入冻结管12，并焊接后续冻结管12，直到冻结管12的端部抵达另外一侧盾构体外壳处。在孔口管4四周设置加劲肋板5与孔口管托盘2焊接，以增强其强度。在密封管托盘13固定于盾构机壳体1的连接处焊接加劲肋板5，以增强其刚度。在孔口管4上安装旁通管6，以便在夯入冻结管12时释放冻结管12打入过程中冻结管12端部的水土阻力。如图1、图2所示，上述方法中所使用的冻结管打设装置，包括孔口管托盘2、孔口管4、旁通管6、球阀7、直线形密封管8、钻杆9、曲线形密封管10、稳定架11、冻结管12。如图3所示，孔口管托盘2用于固定孔口管4，其通过螺栓3固定在盾构外壳1上的开孔钢板，并在其与盾构外壳1的连接部位采用橡胶垫圈进行封水。旁通管6安装于孔口管4上，用来释放冻结管12打入过程中冻结管12端部的水土阻力。球阀7设置于孔口管4远离盾构外壳1的一端的端部，其是在施工过程中需要拔出钻杆9或冻结管12时进行管路暂时性封堵的装置。直线形密封管8和曲线形密封管10分别是在钻杆9与冻结管12 打入过程中封堵孔口管4内部水和泥浆的装置，内部填充物为盘根。如图5所示，曲线形密封管10根据现有的直线形密封管改进而成，按照实际工程中所需的曲率进行制作，包括外管15、内管16和盘根17，内管16端部设置盘根17，且内管16套设于外管15之内，在第一段冻结管进入曲线形密封管时通过将曲线形密封管10的内管16向内推从而使盘根17紧贴冻结管12外壁，然后将密封管内管16、外管15通过法兰盘加以固定以实现泥浆的封堵， 确保冻结管进入密封管的全过程的密封性。稳定架11安装于曲线形密封管10的两端，因为弯曲的冻结管12与曲线形密封管10的曲率半径是相同的，通过对曲线形密封管10位置的固定实现对冻结管12的定位，如图4所示，稳定架11采用一定厚度的钢板，一端预留半圆的孔洞同时预留螺栓孔来连接曲线形密封管10，另一端焊接到盾构壳体1上的密封管托盘 13上，密封管托盘13是为了固定稳定架11而临时在盾构壳体1上设置的方便拆卸的钢板， 通过螺栓与盾构壳体1连接，为保证结构的稳定，并在连接部位焊接加劲肋板5加强。由于钻杆9对盾构壳体1钻孔时所采用的直线形密封管8，相对于冻结管12夯入时所采用的曲线形密封管10较短，从而其距离盾构壳体1较近，而且在钻孔的过程中直线形密封管8不承担偏离直线形密封管轴线8方向的力的作用，在钻孔过程中位置的固定容易保证，故不需要设置密封管托盘，而曲线形密封管10在弯曲的冻结管12的夯打过程中容易使曲线形密封管10偏离设计方位而产生偏差，所以采用稳定架11加以固定，并设置密封管托盘13。为了保证弯曲冻结管12能够顺利通过直线段的孔口管4，孔口管4的直径要大于弯曲的冻结管12直径。上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种盾构对接地层弯管单侧冻结法，其特征在于采用弯曲冻结管实现仅需在对接两侧隧道的单侧隧道安置冻结系统，无需另一侧隧道提供冻结施工作业条件。
2.一种盾构对接地层弯管单侧冻结法，其特征在于其包括以下步骤1)在盾构机壳体上装设孔口管，孔口管远离盾构机壳体一端设有球阀，球阀另一端设有直线形密封管，打开球阀，选用尺寸适合的钻杆依次穿过直线形密封管、球阀和孔口管， 并钻透盾构机壳体，退出钻杆以及关闭球阀；2)将直线形密封管更换为曲线形密封管，将弯曲的冻结管段第一段插入曲线形密封管并与夯管锤连接，调整冻结管与夯管锤方位，使冻结管和夯管锤在所预设的冻结管轴线上， 打开球阀，开始夯管使得冻结管进入孔口管、盾构体；3)逐段夯入冻结管，并焊接后续冻结管，直至冻结管端部抵达另一侧盾构体外壳处。
3.如权利要求2所述的盾构对接地层弯管单侧冻结法，其特征在于所述曲线形密封管的长度大于直线形密封管，且其曲率与冻结管的曲率相同。
4.如权利要求2所述的盾构对接地层弯管单侧冻结法，其特征在于所述孔口管四周设置加劲肋板与孔口管托盘焊接并固定位置，孔口管托盘固定于盾构机壳体上。
5.如权利要求2所述的盾构对接地层弯管单侧冻结法，其特征在于所述曲线形密封管与稳定架的一端固接，稳定架的另一端通过密封管托盘固定于盾构机壳体上；密封管托盘与盾构机壳体的连接处焊接加劲肋板。
6.如权利要求2所述的盾构对接地层弯管单侧冻结法，其特征在于所述孔口管上还设有旁通管。
7.—种权利要求2所述的方法中所使用的冻结管打设装置，其特征在于包括孔口管、 球阀、密封管、钻杆和冻结管，孔口管一端固定于盾构机壳体上，另一端与球阀一端连接，球阀另一端与密封管一端相连；密封管包括直线形密封管和曲线形密封管，钻杆通过密封管、 球阀和孔口管对盾构机壳体钻孔时，密封管选用直线形密封管，冻结管通过密封管、球阀和孔口管穿过盾构机壳体时，密封管选用曲线形密封管。
8.如权利要求7所述的冻结管打设装置，其特征在于所述曲线形密封管的长度大于直线形密封管，且其曲率与冻结管的曲率相同。
9.如权利要求7所述的冻结管打设装置，其特征在于所述孔口管四周设置加劲肋板与孔口管托盘焊接并固定位置，孔口管托盘固定于盾构机壳体上。
10.如权利要求7所述的冻结管打设装置，其特征在于所述曲线形密封管与稳定架的一端固接，稳定架的另一端通过密封管托盘固定于盾构机壳体上；密封管托盘与盾构机壳体的连接处焊接加劲肋板。
11.如权利要求7所述的冻结管打设装置，其特征在于所述孔口管上还设有旁通管。
全文摘要
本发明公开了一种盾构对接地层弯管单侧冻结法及其冻结管打设装置，该冻结法采用弯曲冻结管实现仅需在单侧隧道安置冻结系统，特别适用于另一侧隧道无法提供冻结施工作业条件的情况。其原理是从对接的单侧盾构打出弯曲冻结管，使其端部接近对侧盾构壳体，从单侧隧道制冷冻结后形成环绕盾构对接部位四周的、具有绝对封水性和良好强度的冻土帷幕，在其保护下完成盾构对接作业。其冻结管打设方法是先用钻杆在盾构壳体上开孔，然后用夯管方式打出弯曲冻结管。其冻结管打设装置是在盾构机壳体上装设孔口管，并通过球阀连接直线形或曲线形密封管，具有封水防喷功能。钻杆开孔作业时选用直线形密封管，打设弯曲冻结管时选用曲线形密封管。
文档编号E21D9/093GK102392653SQ201110321819
公开日2012年3月28日 申请日期2011年10月21日 优先权日2011年10月21日
发明者张洛瑜, 曹明亮, 胡向东, 舒畅, 贺龙鹏 申请人:同济大学