本實(shí)用新型涉及一種土建技術(shù)，尤其是一種凍結(jié)管幕鋼管。

背景技術(shù)：

隨著中國城市化進(jìn)程的加速，在城區(qū)道路或重要建筑物下興建大型地下結(jié)構(gòu)越來越多。對(duì)于淺埋大斷面、短距離的城市隧道而言，采用盾構(gòu)法施工不經(jīng)濟(jì)，采用明挖法對(duì)城市生產(chǎn)生活干擾較大。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較差、埋置深度較淺、上部有敏感建筑時(shí)，如果采用淺埋暗挖法施工，地面沉降難以控制，一旦出現(xiàn)施工事故，將造成顯著的社會(huì)影響。因此，如何找到一種適合于飽和富水軟土地層的淺埋大斷面地下結(jié)構(gòu)下穿敏感建筑的施工方法非常重要。

管幕法就是先利用頂管技術(shù)在擬建的地下建筑物四周頂入鋼管，鋼管之間采用鎖口等進(jìn)行止水，形成水密性地下空間，然后在大剛度管幕的保護(hù)下，對(duì)管幕包圍范圍土體進(jìn)行開挖并澆筑主體結(jié)構(gòu)的一種方法。由于管幕形成大剛度臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)，可以減少開挖時(shí)引起的地表變形，避免對(duì)周邊建筑物產(chǎn)生影響，對(duì)于淺埋大斷面軟土、建筑物密集、環(huán)境保護(hù)要求高的工程，具有無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

管幕法具有以下特點(diǎn)：

1、軟土地層大斷面管幕法修筑地下結(jié)構(gòu)一般是在沒有條件采取明挖法情況下進(jìn)行的；

2、通常管幕法修筑地下結(jié)構(gòu)覆土比較淺，需要穿越敏感管線、道路和構(gòu)筑物，對(duì)地表變形的要求比較高；

3、多應(yīng)用于公路隧道，斷面尺寸比較大的工況；

4、管幕法可以根據(jù)不同的地層、周邊環(huán)境和斷面尺寸選擇不同的具體工法，即管幕法可以派生出許多不同的管幕工法；

5、管幕施工應(yīng)該采用頂管法，因?yàn)轫敼芊梢詽M足最小的地表變形，較高的姿態(tài)控制精度。

管幕工法適用范圍較廣,從國外己有的工程實(shí)例來看,管幕工法適用于回填土、砂土、粘土、巖層等各種地層,具有廣闊的應(yīng)用前景。

近年來，國內(nèi)對(duì)管幕法應(yīng)用越來越多，也做了一些改進(jìn)，出現(xiàn)了“新管幕工法”(New Tubular Roof Method,簡(jiǎn)稱NTR工法),也有相關(guān)技術(shù)人員稱其為“管幕預(yù)筑法”。其主要的技術(shù)路線是:采用較為傳統(tǒng)的頂管技術(shù)或盾構(gòu)技術(shù)將一簇大直徑鋼管頂推或牽引至地層中,在大直徑鋼管內(nèi)體進(jìn)行施工,連綴成設(shè)計(jì)預(yù)想的地下結(jié)構(gòu)外輪廓,然后在成形結(jié)構(gòu)的保護(hù)下開挖結(jié)構(gòu)內(nèi)部地層,并施工內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

由于大直徑鋼管形成了大剛度臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)，可以減少開挖時(shí)引起的地表變形，避免對(duì)周邊建筑物產(chǎn)生影響，對(duì)于淺埋大斷面軟土、建筑物密集、環(huán)境保護(hù)要求高的工程，具有無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

管幕工法以單管頂進(jìn)為基礎(chǔ)，各單管間依靠鎖口在鋼管側(cè)面相連形成管排，并在鎖口空隙注入止水劑以達(dá)到止水要求。管排頂進(jìn)完成后，形成管幕，然后對(duì)管幕內(nèi)的土體視土質(zhì)情況決定是否進(jìn)行加固處理；隨后在內(nèi)部一邊支撐一邊開挖，直至管幕段開挖貫通，再澆筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)。管幕可以為多種形狀，包括半圓型、圓型、門字型、口字型等。管幕由剛性的鋼管形成臨時(shí)擋土結(jié)構(gòu)，以減少開挖時(shí)對(duì)鄰近土體的擾動(dòng)并相應(yīng)地減小周圍土體的變形，達(dá)到開挖時(shí)不影響地面活動(dòng)并維持上部建(構(gòu))筑物與管線正常使用功能的目的。

然而，當(dāng)管幕鋼管不是直線形而是曲線形時(shí)，將難以保證兩頂管間的止水鎖扣成功連接，進(jìn)而難以保證管幕的封水效果。同時(shí)，為保證管幕的封水效果，直線形管幕頂管間隔很近，從而使管幕頂管數(shù)量增多，造成極大的人力物力財(cái)力的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種凍結(jié)管幕鋼管，其既可以保證管幕的封水效果，又可以減少管幕鋼管的數(shù)量，特別適合用于飽和富水軟土地層的淺埋大斷面地下結(jié)構(gòu)下穿敏感建筑施工時(shí)的支護(hù)結(jié)構(gòu)中。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案：

一種凍結(jié)管幕鋼管，包括管幕鋼管，所述管幕鋼管中設(shè)置有若干根與管幕鋼管平行的凍結(jié)管，所述管幕鋼管內(nèi)壁與凍結(jié)管外壁之間的空隙中充滿有填充物。

當(dāng)管幕鋼管中的凍結(jié)管數(shù)量為偶數(shù)時(shí)，每兩根凍結(jié)管為一組，在管幕鋼管一端外部通過U型管將每一組的兩根凍結(jié)管端部聯(lián)通。低溫冷媒介質(zhì)從其中一根凍結(jié)管流入，經(jīng)U型凍結(jié)管流入第二根凍結(jié)管，再經(jīng)第二根凍結(jié)管流出管幕鋼管，如此循環(huán)先使管幕鋼管中的填充物形成凍土帷幕，隨著時(shí)間的推移再使管幕鋼管外的土體形成凍土帷幕。

當(dāng)管幕鋼管中的凍結(jié)管數(shù)量為奇數(shù)時(shí)，在每一根凍結(jié)管中均放入能夠獨(dú)立循環(huán)的供液管。低溫冷媒介質(zhì)通過供液管在單根凍結(jié)管中形成循環(huán)，此時(shí)不再設(shè)有U型凍結(jié)管，每根凍結(jié)管都是獨(dú)立的一個(gè)循環(huán)單位。

所述填充物為混凝土、水泥土、粘土、砂土或水。

所述管幕鋼管直徑為0.8m-2m。

所述凍結(jié)管材質(zhì)為無縫低碳鋼管、PVC、PPR、ABS或PE塑料管；當(dāng)采用液氮凍結(jié)時(shí)，采用所述塑料管。

所述凍結(jié)管截面為圓形、工字形、X形、T形或Y形。

本實(shí)用新型的有益效果是：

本實(shí)用新型將管幕鋼管和凍結(jié)管進(jìn)行組合，管幕鋼管和管幕間的凍土帷幕(其中凍結(jié)管積極凍結(jié)所形成)一起組合形成大剛度的共同支護(hù)受力體系，可有效控制地下水的流失，并且可增大管幕鋼管的間距，從而減少管幕鋼管數(shù)量，施工及運(yùn)營安全，特別適合用于飽和富水軟土地層的淺埋大斷面地下結(jié)構(gòu)下穿敏感建筑施工時(shí)的支護(hù)結(jié)構(gòu)中。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1主視圖；

圖2是實(shí)施例1后視圖；

圖3是實(shí)施例1側(cè)視圖；

圖4是實(shí)施例2主視圖；

圖5是實(shí)施例2側(cè)視圖；

圖6是運(yùn)用凍結(jié)管幕鋼管的支護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝流程圖；

圖7是管幕鋼管頂進(jìn)施工流程圖；

圖8是凍結(jié)工程施工流程圖；

其中，1.凍結(jié)管，2.填充物，3.管幕鋼管，4.U型管，5.供液管。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：

如圖1-圖3所示，凍結(jié)管幕鋼管，包括直徑為0.8m-2m的管幕鋼管3，所述管幕鋼管3中設(shè)置有若干根與管幕鋼管3平行的凍結(jié)管1，所述管幕鋼管內(nèi)壁與凍結(jié)管外壁之間的空隙中充滿有填充物2。填充物2為混凝土、水泥土、粘土、砂土或水。

當(dāng)管幕鋼管3中的凍結(jié)管1數(shù)量為偶數(shù)時(shí)，每兩根凍結(jié)管1為一組，在管幕鋼管3一端外部通過U型管4將每一組的兩根凍結(jié)管1端部聯(lián)通。低溫冷媒介質(zhì)從其中一根凍結(jié)管1流入，經(jīng)U型管4流入第二根凍結(jié)管1，再經(jīng)第二根凍結(jié)管1流出管幕鋼管3，如此循環(huán)先使管幕鋼管3中的填充物2形成凍土帷幕，隨著時(shí)間的推移再使管幕鋼管3外的土體形成凍土帷幕。

凍結(jié)管1材質(zhì)為無縫低碳鋼管、PVC、PPR、ABS或PE塑料管；當(dāng)采用液氮凍結(jié)時(shí)，采用塑料管。凍結(jié)管1截面為圓形、工字形、X形、T形或Y形。

實(shí)施例2：

如圖4、圖5所示，凍結(jié)管幕鋼管，包括直徑為0.8m-2m的管幕鋼管3，所述管幕鋼管3中設(shè)置有若干根與管幕鋼管3平行的凍結(jié)管1，所述管幕鋼管內(nèi)壁與凍結(jié)管外壁之間的空隙中充滿有填充物2。填充物2為混凝土、水泥土、粘土、砂土或水。

當(dāng)管幕鋼管3中的凍結(jié)管1數(shù)量為奇數(shù)時(shí)，在每一根凍結(jié)管1中均放入能夠獨(dú)立循環(huán)的供液管5。低溫冷媒介質(zhì)通過供液管在單根凍結(jié)管1中形成循環(huán)，此時(shí)不再設(shè)有U型管4，每根凍結(jié)管1都是獨(dú)立的一個(gè)循環(huán)單位。

凍結(jié)管1材質(zhì)為無縫低碳鋼管、PVC、PPR、ABS或PE塑料管；當(dāng)采用液氮凍結(jié)時(shí)，采用塑料管。凍結(jié)管1截面為圓形、工字形、X形、T形或Y形。

上述兩個(gè)實(shí)施例的施工工藝如圖6所示。

運(yùn)用凍結(jié)管幕鋼管形成支護(hù)結(jié)構(gòu)修筑地下結(jié)構(gòu)的施工步驟如下：

1、構(gòu)筑頂管工作井和接收井；

2、鋼管頂進(jìn)，頂進(jìn)順序?yàn)橐詸M斷面中軸線為基準(zhǔn)由下往上對(duì)稱進(jìn)行；

注：鋼管鋪設(shè)方法有：定(導(dǎo))向鉆進(jìn)法、水平螺旋鉆進(jìn)法、夯管施工法、頂管法、微型頂管法/微型隧道施工法，最常用和推薦的是頂管法。

3、管幕鋼管3中凍結(jié)管1施工，凍結(jié)管1的個(gè)數(shù)由設(shè)計(jì)而定。

4、在管幕鋼管3和其中凍結(jié)管1之間的空隙中注入填充物2(填充物2可以為混凝土、水泥土、粘土、砂土，甚至可以是水)。

5、積極凍結(jié)形成凍土帷幕。

6、在凍結(jié)管幕鋼管形成的支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)開挖，邊開挖邊支撐。

7、逐段構(gòu)筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)，最終形成完整的地下結(jié)構(gòu)。

一、管幕鋼管頂管工程施工方案、工藝流程

(1)管幕鋼管情況

管幕鋼管3直徑通常可以取0.8m-2m，也可以根據(jù)具體工程情況選擇更大的直徑。

(2)土體加固

管幕鋼管頂管頂進(jìn)前可以先對(duì)洞口處土體按設(shè)計(jì)要求加固，土體加固可在工作井施工時(shí)進(jìn)行。

(3)穿墻出洞

在出洞前先割掉預(yù)埋鋼盒外側(cè)鋼板，并將止水鋼環(huán)焊接到預(yù)埋鋼盒的外側(cè)，再將止水橡膠圈安裝在止水鋼環(huán)上。在準(zhǔn)備出洞時(shí)，將鋼盒內(nèi)側(cè)擋土鋼板割掉，清理預(yù)留孔內(nèi)的雜物后立即將工具頭推進(jìn)預(yù)埋孔，縮短停頓時(shí)間，使止水橡膠圈緊抱工具頭外殼發(fā)揮止水作用。

頂管穿墻時(shí)要防止工具頭下跌，在穿墻的初期，因入土較小，工具頭的自重僅由兩點(diǎn)支撐，其中一點(diǎn)是導(dǎo)軌，另一點(diǎn)是入土較淺的土體。因此，工具頭穿墻時(shí)，一方面要帶一個(gè)向上的初始角(約5’)，另一方面穿墻管下部要有支托，并且加強(qiáng)管段與工具管、管段與管段之間的連接。此外，工具管的推進(jìn)一定要迅速，不使穿墻管內(nèi)的土體暴露時(shí)間太長。

(4)正常頂進(jìn)

管道出洞成功后，開始正常頂進(jìn)。在管節(jié)推進(jìn)的同時(shí)，頂管機(jī)大刀盤切削前方土體排出。通過管節(jié)一節(jié)節(jié)向前推進(jìn)，頂管機(jī)不斷推進(jìn)最后到達(dá)接收井，形成整段通道。

(5)管幕鋼管縱向接頭

接頭通過焊接環(huán)形和豎向加勁板加固管道端部，增加其剛度，在其加固的環(huán)形勁板上，連接螺栓，進(jìn)行施工過程中的限位和固定。在插口上設(shè)置兩道氯丁橡膠密封圈進(jìn)行防水。接頭要有一定轉(zhuǎn)角的適應(yīng)能力。

(6)進(jìn)入接收井

頂管機(jī)接近接收井前到達(dá)土體加固范圍后，應(yīng)放慢頂進(jìn)速度，使頂管機(jī)慢慢切削土體，形成一個(gè)較完整的止水孔。通過測(cè)量定出頂管機(jī)出口的具體位置，將接收井工具頭位置的混凝土護(hù)壁鑿除。當(dāng)頂管機(jī)進(jìn)入接收井邊時(shí)，頂管機(jī)要快速頂進(jìn)，直到頂管機(jī)完全頂出接收井。

(7)管幕泥漿置換

在管幕頂進(jìn)結(jié)束后，為防止管幕出現(xiàn)滯后沉降，按設(shè)計(jì)要求的材料將頂進(jìn)過程中的觸變泥漿置換掉。置換時(shí)利用壓注觸變泥漿的系統(tǒng)及管路進(jìn)行。壓注順序：從第一節(jié)管依次向后進(jìn)行。

(8)管幕混凝土灌注及填充

管幕頂進(jìn)完畢進(jìn)而在其中安裝完凍結(jié)管之后，可采用微膨脹混凝土進(jìn)行填充，施工完后要用錘擊和超聲波檢測(cè)砼密實(shí)程度及與鋼管之間是否密貼。

(9)管幕潤滑減阻

采用膨潤土觸變泥漿注入管道與周圍土層之間的環(huán)狀空間中，實(shí)現(xiàn)減小頂進(jìn)管道與地層之間的摩擦阻力。注漿為三部分，機(jī)尾同步注漿、沿線管道補(bǔ)漿及洞口處的注漿。觸變泥漿的基本成分由膨潤土和水組成，另外，根據(jù)不同的土體摻入不同聚合物的外摻劑來調(diào)節(jié)泥漿性能以滿足使用要求。

(10)管幕鋼管頂管施工流程

頂管頂進(jìn)施工流程如圖7所示。

二、凍結(jié)工程施工方案、工藝流程

凍結(jié)工程施工流程如圖8所示：

(1)凍結(jié)管施工

凍結(jié)管按設(shè)計(jì)要求在管幕鋼管中進(jìn)行布設(shè)，必要時(shí)可設(shè)置加熱管或卸壓孔，以控制凍脹現(xiàn)象。

(2)凍結(jié)管試漏

凍結(jié)站安裝完成后按要求進(jìn)行試漏和抽真空，確保安裝質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

(3)凍結(jié)系統(tǒng)安裝與調(diào)試

①按1.5倍制冷系數(shù)選配制冷設(shè)備。制冷設(shè)備準(zhǔn)備2套，一套生產(chǎn)，一套應(yīng)急。

②管路用法蘭連接，在鹽水管路和冷卻水循環(huán)管路上要設(shè)置伸縮接頭、閥門和測(cè)溫儀、壓力表、流量計(jì)等測(cè)試元件。鹽水管路經(jīng)試漏、清洗后用聚苯乙烯泡沫塑料保溫，保溫層的外面用塑料薄膜包扎。集配液圈與凍結(jié)管的連接用高壓膠管，每根凍結(jié)管的進(jìn)出口各裝閥門一個(gè)，以便控制流量。

③冷凍機(jī)組的蒸發(fā)器及低溫管路用棉絮保溫，鹽水箱和鹽水干管用50mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料板保溫。

④機(jī)組充氟和冷凍機(jī)加油按照設(shè)備使用說明書的要求進(jìn)行。首先進(jìn)行制冷系統(tǒng)的檢漏和氮?dú)鉀_洗，在確保系統(tǒng)無滲漏后，再充氟加油。

⑤設(shè)備安裝完畢后進(jìn)行調(diào)試和試運(yùn)轉(zhuǎn)。在試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，要隨時(shí)調(diào)節(jié)壓力、溫度等各狀態(tài)參數(shù)，使機(jī)組在有關(guān)工藝規(guī)程和設(shè)備要求的技術(shù)參數(shù)條件下運(yùn)行。

(4)積極凍結(jié)階段。在凍結(jié)試運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，定時(shí)檢測(cè)鹽水溫度、鹽水流量和凍土帷幕擴(kuò)展情況，必要時(shí)調(diào)整凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后進(jìn)入積極凍結(jié)。積極凍結(jié)，就是充分利用設(shè)備的全部能力，盡快加速凍土發(fā)展，在設(shè)計(jì)時(shí)間內(nèi)把鹽水溫度降到設(shè)計(jì)溫度。

(5)維護(hù)凍結(jié)階段要根據(jù)實(shí)測(cè)溫度數(shù)據(jù)判斷凍土帷幕是否交圈和達(dá)到設(shè)計(jì)厚度，測(cè)溫判斷凍土帷幕交圈并達(dá)到設(shè)計(jì)厚度后再進(jìn)行探孔試挖，確認(rèn)凍土帷幕內(nèi)土層無流動(dòng)水后(飽和水除外)再進(jìn)行正式開挖。

(6)待內(nèi)部封水結(jié)構(gòu)完成后，在鹽水箱內(nèi)設(shè)鹽水加熱器，對(duì)低溫鹽水進(jìn)行加熱，對(duì)凍結(jié)壁進(jìn)行強(qiáng)制解凍，并利用在先前預(yù)留的泥漿套注漿裝置，進(jìn)行跟蹤式融沉注漿。強(qiáng)制解凍采用分區(qū)分批進(jìn)行。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。