[发明专利]一种水平冻结与管棚联合加固地铁盾构进出洞端头及方法

权利要求书

1.一种水平冻结与管棚联合加固地铁盾构进出洞端头，其特征是包括冻结帷幕、泄压注浆孔、冻结孔、测温孔及管棚钢花管和管棚钢管；其中冻结孔和测温孔位于冻结帷幕内，泄压注浆孔、管棚钢花管和管棚钢管位于冻结帷幕的上方，泄压注浆孔位于外圈冻结孔上部1100mm处，管棚位于泄压注浆孔上部1000mm处。

2.根据权利要求1所述的一种水平冻结与管棚联合加固地铁盾构进出洞端头，其特征是所述的冻结帷幕位于盾构始发范围内，冻结孔按水平角度布置，冻结孔数56个，其中圆柱体冻结孔沿洞口φ8.0m圆形布置，外圈冻结孔开孔间距为0.78m，冻结孔数33个，长度为6.9m，板块冻结孔沿洞口φ5.4m、φ2.7m圆形布置，中圈孔开孔间距为1.123m，冻结孔数为15个；内圈孔开孔间距为1.171m，冻结孔数为7个；开洞口中心布设1个冻结孔，冻结孔长度3.8m，冻结管用Φ89、t=9mm的20#无缝钢管。

3.根据权利要求1所述的一种水平冻结与管棚联合加固地铁盾构进出洞端头，其特征是所述的测温孔位于冻结帷幕内，4个测温孔布设在冻结管外圈，测温孔深与外圈冻结管一致，板块冻结区范围内每层土内至少布设一个测温孔，且数量不少于2个，测温孔孔深与板块冻结区范围内冻结管长度一致，测温点间距1~1.5m，且冻土与围护结构界面两测各布设一个测温点，测温管采用Φ89、t=9mm的20#低碳无缝钢管。

4.根据权利要求1所述的一种水平冻结与管棚联合加固地铁盾构进出洞端头，其特征是所述的外圈冻结孔上部1100mm处布设一排Φ89@700卸压注浆孔，孔深8m，卸压孔数为11个。

5.根据权利要求1所述的一种水平冻结与管棚联合加固地铁盾构进出洞端头，其特征是所述的在卸压注浆孔上方1000mm处，布置一排27根Φ89、t=9mm长管棚进行隔离保护，管棚曲线半径11050mm，管棚环向间距300mm，管棚长25m；管棚仰角1°，水平方位角12.5°，管棚钢花管和管棚钢管交错布置，管棚钢花管壁设置卸压注浆孔，孔径10～16mm，孔间距110~150mm，呈梅花形布置，尾部留不钻孔的止浆段1100mm，注浆压力0.5MPa，管棚钢管注单液水泥浆。

6.如权利要求1的一种水平冻结与管棚联合加固地铁盾构进出洞端头的方法，其特征是该方法包括如下内容：

1）冻结帷幕

冻结孔按水平角度布置，冻结孔数56个，孔位布置见图1；圆柱体冻结孔沿洞口φ8.0m圆形布置；外圈孔开孔间距为0.78m，冻结孔数33个，长度为5m-10m；板块冻结孔沿洞口φ5.4m、φ2.7m圆形布置，其中中圈孔开孔间距为1.123m，冻结孔数为15个；内圈孔开孔间距为1.171m，冻结孔数为7个；开洞口中心布设1个冻结孔，冻结孔长度3.5m-4m，冻结管采用Φ89、t=9mm的20#无缝钢管，冻结孔布置参数见表2；

表2 冻结孔布置参数表（单洞）

2）测温孔

冻结管外圈布设4个测温孔，孔深与外圈冻结管一致，板块冻结区范围内每层土内至少布设一个测温孔，且数量不少于2个，孔深与区域内冻结管长度一致；测温点间距1~1.5m，且冻土与围护结构界面两测各布设一个测温点，测温管采用Φ89、t=9mm的20#低碳无缝钢管；

3）卸压注浆孔

在外圈冻结孔上部1100mm处布设一排Φ89@700卸压（注浆）孔，孔位布置见图1；孔深8m，卸压孔数为11个；

4）管棚，管棚包含管棚钢花管和管棚钢管，

为控制地表隆沉及减小土体在冻结与解冻期间对上部敏感建/构筑物的影响，在卸压注浆孔上方1000mm处，布置一排27根Φ89、t=9mm长管棚进行隔离保护，孔位布置见图1；管棚曲线半径11050mm，管棚环向间距300mm，管棚长25m；管棚仰角1°，水平方位角12.5°，可根据实际情况适当作调整，管棚钢花管和管棚钢管交错布置，管棚钢花管壁设置注浆孔，孔径10～16mm，孔间距110~150mm，呈梅花形布置，尾部留不钻孔的止浆段1100mm，注入单液水泥浆，注浆压力0.5MPa，钢管注单液水泥浆；

5）施工

（1）布置冻结孔及测温孔、卸压孔及管棚，钻孔施工工序为：定位开孔及孔口管安装→孔口密封装置安装→钻孔→测量偏斜→封闭孔底→压力试验；

钻机安装前应将工作面封闭严密、牢固，清理干净，测出精确钻机位置后方可施工，各种钻孔施工开孔误差不得大于100mm；

钻孔最大偏斜不得大于1%，所有钻孔均应进行终孔测斜，并绘制钻孔偏斜图和各钻孔位置成孔图；管棚外插角1度，钻孔的外插角允许偏差为5‰；

冻结管内充填M10水泥砂浆，充填深度不少于1500mm；

管棚注浆浆液采用1:0.8水泥单液浆，管内注浆管外排出泥浆，等管外泥浆排净排出水泥浆时，关闭排浆阀，泵压控制不大于0.5MPa以内停止注浆，控制好注浆量、注浆压力，确保管内外填充质量；

管棚孔注浆后在孔口盖一块厚10mm钢板，钢板后充填环氧树脂以对侧墙孔洞进行填充密实并保证防水效果，钢板周围通过植筋与侧墙固定；

冻结管安装好后应进行注入清水试压，试验压力为0.8MPa，经试压30min压力下降不超过0.05MPa，再延续15min压力不变为合格；

（2）安装冻结制冷系统，冻结站内设备主要包括配电柜、清水池、冷冻机组、盐水循环泵、冷却水循环泵、冷却塔、盐水箱，之后连接管路、安装保温设备与测试仪表，溶解氯化钙并对机组充氟加油；

（3）开始冻结施工，保持最低盐水温度-28～-30℃，直至设计加固区域完成；

冻结壁冻结前应对洞门内槽壁进行保温，保温可以采用喷射发泡聚氨酯材料，喷射厚度不小于30mm，亦可采用泡沫保温板保温，保温板厚度不小于30mm；

冻结期间应对去回路盐水温度、测温管内各测点温度、地表隆沉、建/构筑物沉降进行监测，确保每个冻结孔工作正常；

冻结加固完成停机标准：积极冻结期盐水温度为-28℃～-30℃，维护冻结期温度为-25℃~-28℃、去回路盐水温度差小于2℃；冻结壁平均温度≤10℃；冻结壁厚度达到设计冻结壁厚度3.0/1.6m；加固体与围护结构交界处测点平均温度小于-5℃。