一种盾构机故障前拆冻结支护结构

1.本发明属于盾构机故障处理领域，尤其是涉及一种盾构机故障前拆冻结支护结构。


背景技术：

2.盾构法是区别于敞开式施工法的一种掘进施工方法，在掘进的同时构建（铺设）隧道之支撑性管片，盾构机是一种使用盾构法的隧道掘进机。盾构机是一种在地下的暗施工装备，根据不同的土质有不同的盾构机，因此盾构机在设计的时候已经考虑到要掘进的土质特性，即使出现故障，也是可以在盾构机头的后方进行排除。
3.但是盾构机有时会碰到前方的不明障碍物，使得盾构机无法前进，此时已经不是盾构机自身的故障，属于掘进的失效，需要将盾构机取出进行障碍排除，但是盾构机的辅助结构使得盾构机无法以后退的方式从掘进隧道内将机头取出。
4.鉴于上述情况，技术员提出一种盾构机前拆的方式来取出机头，此时就需要在盾构机的前方构建取出通道，考虑到施工的安全，需要一种全新的支护结构来进行通道支护。


技术实现要素：

5.本发明提供一种盾构机故障前拆冻结支护结构，盾构机前方建立竖井，竖井壁采用地连墙和内衬墙，竖井与盾构机之间建立取出通道，取出通道径向以外的土体内埋入冷冻管形成冻土圈，取出通道壁建立钢网混凝土护壁，钢网由型钢拱架和钢脚手架支撑，内衬墙对应取出通道壁的位置构建内置型钢的洞门环梁，通过冻土圈来形成取出通道固体支护圈，固体支护圈内由钢网混凝土护壁及型钢拱架和钢脚手架支撑，从而使得取出通道具有足够的支护安全性，避免上部土体塌陷等危险，保证盾构机机头顺利前拆，同时又保证已完成的隧道的安全。
6.本发明的具体技术方案为：一种盾构机故障前拆冻结支护结构，盾构机正前方建立竖井，竖井壁设立地连墙和内衬墙，内衬墙处于地连墙内侧，竖井与盾构机之间建立取出通道，取出通道贯通地连墙和内衬墙，取出通道径向以外的土体内埋入若干平行的与冻结站相连的冷冻管形成冻土圈，取出通道壁建立钢网混凝土护壁，钢网由型钢作为拱架并通过钢脚手架支撑，内衬墙对应取出通道壁的位置构建内置型钢的洞门环梁。
7.在地下盾构机正前方建立取出通道和竖井，并将盾构机的机头拆卸从取出通道取出，从而来排除盾构机故障，不用后退，不受盾构机机头后方设备的影响，也不受已经安装的管片的影响，从而实现盾构机机头前拆取出的要求；采用埋入冷冻管在取出通道外周形成冻土圈，并在取出通道壁建立钢网混凝土护壁，同时通过钢脚手架支撑，在取出通道的口部构件洞门环梁，具有足够的支护安全性，避免上部土体塌陷等危险，使得盾构机机头顺利前拆，同时又保证已完成的隧道的安全。
8.进一步优选，取出通道呈圆柱形，冷冻管在取出通道径向以外布置两圈，形成内圈和外圈的双层冷冻结构，冷冻管的长度大于盾构机机头前端至地连墙表面之间的距离。冷
冻管在取出通道径向以外形成两圈的布置结构，这样使得冻土圈有足够的径向厚度，进而保证取出通道外周土体的固化刚度，使得取出通道有足够的安全性。
9.进一步优选，内圈的冷冻管的数量与外圈的冷冻管的数量相等，外圈的冷冻管等间距布置，其中内圈的冷冻管一半处于上半圈，另一半处于下半圈，下半圈的冷冻管等间距布置，上半圈的冷冻管在两侧部位呈集中布置状。内圈的周长小，冷冻管的数量与外圈的冷冻管的数量相同，这样内圈的冷冻管之间的间距就小，内圈的冷冻管的冷冻效果就强，使得越靠近取出通道壁处的土体冻结程度越高。
10.进一步优选，冷冻管采用分组与冻结站相连，每一组的冷冻管相互串联，冷冻管上焊接有羊角管，羊角管连接软管，软管包覆橡塑保温层。
11.进一步优选，冻土圈内还设置有多个测温管，测温管处于冻土圈的外围和冻土圈的内围，外围的测温管为4个，分别处于4个象限的平分线上，内围的测温管为4个，分别处于4个轴线上。通过测温管来实时监测冻土圈的温度，可以推算该处土体的冻结程度，保证整个前拆工程顺利进行。
12.进一步优选，钢网混凝土护壁的拱架采用圆弧形弯曲的工字钢，沿着取出通道的轴线方向，工字钢相互平行排列，拱架铺挂钢筋网，钢筋网与工字钢焊接固定，钢筋网之间焊接固定。圆弧形弯曲的工字钢与钢筋网结合再通过喷射混凝土的方式形成钢网混凝土护壁，保证取出通道内壁的强度和平整性。
13.进一步优选，相邻工字钢之间间距为0.4m，钢筋网采用双层钢筋网，钢筋网间距200
×
200mm，喷射混凝土强度为c25，混凝土厚度控制300mm。
14.进一步优选，洞门环梁采用工字钢作为拱架，侧面焊接钢板作为洞门钢圈，工字钢拱架为两个，两拱架之间采用轴向布置的工字钢焊接固定，沿着洞门的径向方向采用钢筋植筋，钢筋与工字钢焊接固定。
15.进一步优选，两工字钢弯曲呈半圆形，端端相对并焊接固定成一个拱架，两拱架之间焊接固定联结筋，联结筋沿圆周方向布置；对应冷冻管的位置，植筋深度为20cm，其余深度为40cm。
16.进一步优选，钢板上径向固定有弹性钢板，弹性钢板的端部呈弯折状，弯折方向朝向取出通道外，相邻弹性钢板的侧边相重叠。在洞门环梁上设置径向的弹性钢板，从而防止注浆浆液流出。
17.本发明的有益效果是：在地下盾构机正前方建立取出通道和竖井，并将盾构机的机头拆卸从取出通道取出，从而来排除盾构机故障，不用后退，不受盾构机机头后方设备的影响，也不受已经安全的管片的影响，从而实现盾构机机头前拆取出的要求；采用埋入冷冻管在取出通道外周形成冻土圈，并在取出通道壁建立钢网混凝土护壁，同时通过钢脚手架支撑，在取出通道的口部构件洞门环梁，具有足够的支护安全性，避免上部土体塌陷等危险，使得盾构机机头顺利前拆，同时又保证已完成的隧道的安全。
附图说明
18.图1是本发明一种结构示意图；图2是本发明一种冷冻管布置示意图；图3是本发明一种洞门环梁的结构示意图；
图4是本发明一种弹性板的结构示意图；图中：1、竖井，2、冻土圈，3、钢网混凝土护壁，4、盾构机，5、地连墙，6、内衬墙，7、16号工字钢，8、钢板，9、弹性钢板，10、联结筋，11、12号工字钢，12、底板，13、取出通道，14、测温管，15、内圈冷冻管，16、外圈冷冻管，17、弯折端。
具体实施方式
19.下面通过具体实施例，并结合附图对本发明作进一步的描述。
20.实施例：如图1所示，一种盾构机故障前拆冻结支护结构，盾构机4正前方建立竖井1，竖井壁设立地连墙5和内衬墙6，内衬墙处于地连墙内侧，内衬墙的底部为底板12，内衬墙上部设置有顶梁，竖井与盾构机之间建立取出通道13，取出通道贯通地连墙和内衬墙，取出通道径向以外的土体内埋入若干平行的与冻结站相连的冷冻管形成冻土圈2，取出通道壁建立钢网混凝土护壁3，钢网由型钢作为拱架并通过钢脚手架支撑，内衬墙对应取出通道壁的位置构建内置型钢的洞门环梁。
21.如图2所示，冷冻管采用低碳无缝钢管。取出通道呈圆柱形，冷冻管在取出通道径向以外布置两圈，形成内圈和外圈的双层冷冻结构，冷冻管的长度大于盾构机机头前端至地连墙表面之间的距离。一般而言，取出通道的长度控制在2m左右。内圈冷冻管15的数量与外圈冷冻管16的数量相等，外圈冷冻管等间距布置，而内圈冷冻管一半处于上半圈，另一半处于下半圈，处于下半圈的内圈冷冻管等间距布置，处于上半圈的内圈冷冻管在两侧部位呈集中布置状。冷冻管总共使用56根，内圈冷冻管为28根，外圈冷冻管为28根，处于上半圈的内圈冷冻管为15根，处于下半圈的内圈冷冻管为13根，处于上半圈的内圈冷冻管在两侧位置各有3根内圈冷冻管集中布置，其余9根内圈冷冻管于顶部位置均布。冷冻管采用分组与冻结站相连，每一组的冷冻管相互串联，冷冻管上焊接有羊角管，羊角管连接软管，软管包覆橡塑保温层。本实施例中，4根冷冻管为一组，共分成14组介入冻结站相连，同一组内的4根冷冻管串联。冻结站采用盐水冷冻循环，冻结站包括冷冻机组、冷却装置、盐水循环泵、盐水箱及与冷冻管连接的盐水循环管。冻土圈内还设置有多个测温管14，测温管处于冻土圈的外围和冻土圈的内围，外围的测温管为4个，分别处于4个象限的平分线上，内围的测温管为4个，分别处于4个轴线上。
22.取出通道的钢网混凝土护壁的拱架采用圆弧形弯曲的20号工字钢，沿着取出通道的轴线方向，工字钢相互平行排列，拱架铺挂钢筋网，钢筋网与工字钢焊接固定，钢筋网之间焊接固定。相邻工字钢之间间距为0.4m，钢筋网采用双层钢筋网，钢筋网间距200
×
200mm，喷射混凝土强度为c25，混凝土厚度控制300mm。钢网混凝土护壁在开挖取出通道的时候逐步构建，先分步开挖出取出通道的上半幅，开挖过程中构建拱架并挂网喷混，然后开挖下半幅，并构建拱架并挂网喷混，构建拱架的时候，都有临时仰拱进行支撑，并在喷混结束后拆除临时仰拱并在取出通道内建立钢脚手架支撑。
23.如图1图3图4所示，洞门环梁采用16号工字钢7作为拱架，侧面焊接弧形的钢板8作为洞门钢圈，工字钢拱架为两个，两拱架之间采用轴向布置的12号工字钢11焊接固定，沿着洞门的径向方向采用钢筋（图中未标号）植筋，钢筋与16号工字钢焊接固定。两工字钢弯曲呈半圆形，端端相对并焊接固定成一个拱架，两拱架之间焊接固定联结筋10，联结筋沿圆周
方向布置。对应冷冻管的位置，植筋深度为20cm，其余深度为40cm。钢板上径向固定有弹性钢板9，弹性钢板的端部为弯折端17，弯折方向朝向取出通道外，相邻弹性钢板的侧边相重叠。
24.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。