一种盾构常压开仓换刀地层冻结系统的制作方法

本技术涉及盾构隧道，尤其涉及一种盾构常压开仓换刀地层冻结系统。

背景技术：

1、目前采用较多的盾构开仓方法主要有三种：地面预加固常压开仓、气压开仓、常压开仓。针对突发性隧道盾构抢险工程，遇到埋深很大、地下水丰富且由两种或两种以上不同的岩土力学、工程地质和水文地质等特征相差悬殊的组合地层，即超大埋深富水复合地层，对刀盘进行开仓作业，上述方式均有较大的局限性：第一种方式不能及时处理出现的盾构事故；第二种方式不能解决在渗透性较大且富水地层中出现的盾构事故；第三种方式不能解决在超大埋深富水复合地层中出现的盾构事故。因此找到一种更安全、经济、高效的盾构开仓方法是目前亟待解决的工程问题。

2、cn201821588672公开了一种富水地层中盾构机的冻结加固装置，包括五排垂直设置的冻结管道及冻结孔，使刀盘附近的地层形成“∩”状冻结加固体，保证盾构常压开仓时的安全。该加固装置使用液氮来加固地层，可以快速地把地层冻结，但是使用该加固装置，刀盘下方的地层无法加固，在存在地下水的情况下，可能会出现安全事故，而且液氮的温度低，超低温会对刀盘产生损坏。

3、因此现有的设备存在的问题是：在超大埋深富水复合地层中，目前所使用的常压开仓冻结方式为两种：一、刀盘布设冻结管道，布管位置包括整个刀盘面板和整个切口环，从而冻结刀盘附近的岩土体，但是形成的冻结层厚度较小，而且冻结周期较长；二、使用液氮从地面插入冻结管道，形成较大的冻结层，但是刀盘底部的地层无法冻结，从而可能导致安全事故的发生，并且液氮的超低温会对刀盘产生破坏作用。

4、本实用新型需要解决的技术问题是：提供一种盾构常压开仓换刀地层冻结系统，对刀盘附近岩土体形成一个全方位的较大的冻结层，提高安全性，并保护刀盘免受超低温的破坏。

技术实现思路

1、本实用新型的主要目的是提供一种盾构常压开仓换刀地层冻结系统，该盾构常压开仓换刀地层冻结系统通过第一冻结单元和第二冻结单元，对刀盘附近岩土体形成一个全方位的大型冻结区域，提高开仓作业安全性。

2、为实现上述目的，本申请所采用的技术方案：

3、一种盾构常压开仓换刀地层冻结系统，包括盾构机，所述盾构机包括刀盘、切口环；所述刀盘与切口环固定连接，还包括第一冻结单元、第二冻结单元，所述第一冻结单元由多根冻结管组成；所述多根冻结管布置在刀盘的正上方、前上方、左侧和右侧；所述冻结管从地面竖直向下延伸；所述第二冻结单元包括设置在刀盘内部的第一冻结区和设置在切口环内壁的第二冻结区；所述第一冻结区用于给刀盘的前端降温以使刀盘前方的岩土体冻结；所述第二冻结区用于给切口环的内壁降温以使刀盘下方的岩土体冻结。

4、优选地，所述冻结管包括位于刀盘正上方以及前上方的第一冻结管、位于刀盘左右两侧的第二冻结管；所述第一冻结管距离刀盘的顶部的距离为0.5～0.8米；所述第二冻结管的末端距离刀盘的最低位置至少1米。

5、优选地，所述第一冻结区覆盖刀盘的前端。

6、优选地，所述第一冻结区包括多根第三冻结管；所述第一冻结区设有多个镂空部；所述第三冻结管固定于镂空部的内壁上。

7、优选地，所述第二冻结区位于刀盘的下方；所述第二冻结区在切口环正面的投影为一段120度～180度的弧形。

8、优选地，所述第二冻结区包括第四冻结管；所述第四冻结管固定于切口环内壁。

9、优选地，所述第四冻结管为第一侧板、第二侧板、切口环内壁所围成的空腔；所述第一侧板上设有用于添加冻结液的通孔。

10、优选地，所述第一冻结单元设有多个第一测温孔；所述第二冻结单元设有多个第二测温孔；所述第一测温孔、第二测温孔内均设有温度传感器。

11、本方案至少具有如下优点或有益效果之一：

12、本实用新型通过在地面安装第一冻结单元，在盾构机上设置第二冻结单元，包括设置在刀盘面板的第一冻结区，设置在切口环上的第二冻结区，实现了对刀盘附近的岩土体形成更大范围的冻结区域，同时减少了切口环上的所需布置的冻结区面积，降低开仓作业成本，缩短开仓作业周期，增加开仓作业的安全性。

技术特征：

1.一种盾构常压开仓换刀地层冻结系统，包括盾构机，所述盾构机包括刀盘、切口环；所述刀盘与切口环固定连接，其特征在于，还包括第一冻结单元、第二冻结单元，所述第一冻结单元由多根冻结管组成；所述多根冻结管布置在刀盘的正上方、前上方、左侧和右侧；所述冻结管从地面竖直向下延伸；所述第二冻结单元包括设置在刀盘内部的第一冻结区和设置在切口环内壁的第二冻结区；所述第一冻结区用于给刀盘降温以使刀盘前方的岩土体冻结；所述第二冻结区用于给切口环的内壁降温以使刀盘下方的岩土体冻结。

2.根据权利要求1所述的盾构常压开仓换刀地层冻结系统，其特征在于，所述冻结管包括位于刀盘正上方以及前上方的第一冻结管、位于刀盘左右两侧的第二冻结管；所述第一冻结管距离刀盘的顶部的距离为0.5～0.8米；所述第二冻结管的末端距离刀盘的最低位置至少1米。

3.根据权利要求1所述的盾构常压开仓换刀地层冻结系统，其特征在于，所述第一冻结区覆盖刀盘的前端。

4.根据权利要求3所述的盾构常压开仓换刀地层冻结系统，其特征在于，所述第一冻结区包括多根第三冻结管；所述第一冻结区设有多个镂空部；所述第三冻结管固定于镂空部的内壁上。

5.根据权利要求1所述的盾构常压开仓换刀地层冻结系统，其特征在于，所述第二冻结区位于刀盘的下方；所述第二冻结区在切口环正面的投影为一段120度～180度的弧形。

6.根据权利要求5所述的盾构常压开仓换刀地层冻结系统，其特征在于，所述第二冻结区包括第四冻结管；所述第四冻结管固定于切口环内壁。

7.根据权利要求6所述的盾构常压开仓换刀地层冻结系统，其特征在于，所述第四冻结管为第一侧板、第二侧板、切口环内壁所围成的空腔；所述第一侧板上设有用于添加冻结液的通孔。

8.根据权利要求1所述的盾构常压开仓换刀地层冻结系统，其特征在于，所述第一冻结单元设有多个第一测温孔；所述第二冻结单元设有多个第二测温孔；所述第一测温孔、第二测温孔内均设有温度传感器。

技术总结
本技术涉及盾构隧道技术领域，公开了一种盾构常压开仓换刀地层冻结系统，包括盾构机，所述盾构机包括刀盘、切口环；所述刀盘与切口环固定连接，还包括第一冻结单元、第二冻结单元，所述第一冻结单元由多根冻结管组成；所述多根冻结管布置在刀盘的正上方、前上方、左侧和右侧；所述冻结管从地面竖直向下延伸；所述第二冻结单元包括设置在刀盘内部的第一冻结区和设置在切口环内壁的第二冻结区；所述第一冻结区用于给刀盘的前端降温以使刀盘前方的岩土体冻结；所述第二冻结区用于给切口环的内壁降温以使刀盘下方的岩土体冻结。该盾构常压开仓换刀地层冻结系统在常压开仓作业时可以形成较大的全方位冻结层，有更好的安全性和经济性。

技术研发人员：董涛,汪波,廖先斌,詹海鸿,文敏
受保护的技术使用者：广东中煤江南工程勘测设计有限公司
技术研发日：20230324
技术公布日：2024/1/13