一种适用于冷冻法更换盾尾密封刷的结构的制作方法

1.本实用新型涉及地铁盾构施工领域，特别是涉及一种适用于冷冻法更换盾尾密封刷的结构。


背景技术：

2.随着城市开发向纵深发展和地下空间的充分利用，地铁施工范围越来越广泛，大部分沿海城市都有在建或规划中的地铁线路，而沿海城市多为冲积、洪积平原，软土淤泥质、淤泥质粉细砂层发育较为广泛。软土地层的大部分土体松散、承载力低、自稳性差、物理性质极不稳定，容易发生流变、塌陷，此环境下地铁盾构施工，极易磨损盾尾密封刷，形成局部渗水通道，严重的会导致管片崩裂引起地面塌陷造成安全事故。
3.盾尾刷破损需要进行更换，对于沿海地区富水软土地层，面临的尾刷破损形成的盾尾渗漏水问题，通常做法有：
4.(1)、避重就轻，加大盾尾油脂注入，同时在盾尾间隙填塞泡沫条，在末环管片焊接止浆板进行封堵。这种方式短期内可以起到一定的止水效果，但长时掘进后尾刷持续磨损；继续加油脂注入，耐不住地层高压水的击穿，同时止浆板安拆频繁掘进过程易造成磨损失效。
5.(2)、采用注浆法封水，用同步注浆辅以双液注浆，或者在混凝土管片内开设注浆孔，注浆加固盾尾土体，形成不透水固结地层。虽然短期内能起到一定的止水作用，但受地层影响大，均匀性差，具有很大的不确定性，给换刷作业带来了极大的安全隐患。若在粉细砂层容易造成水泥浆液流失，起不到止水加固效果；若在淤泥质土层同步注浆量把控不到位，容易造成换刷后盾体被水泥浆液握裹，盾构无法推进的窘境。
6.(3)、预先拟定停机位置，采用地面注浆预加固方式，盾构继续掘进一定距离后到达加固土体进行更换尾刷作业。该工法虽然较为便捷，但工期长，所需经费高，效果受到地质影响大，加固体均匀性差，同时受到地面约束性较大，而且盾构需要继续掘进一段，期间风险不可预估。
7.(4)、在混凝土管片或盾尾筒体增设开孔，采用轴向(竖向)的冷冻插管进行地层冻结，形成环向的冻结壁以备止水。该工法需要轴向管路横、纵向布置较多，才能起到有效的止水效果，冻结效果不均匀、时间长、投资大、技术复杂、施工难度大，该方法最大的弊端是容易破坏混凝土管片自身的结构。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种适用于冷冻法更换盾尾密封刷的结构，能够有效避免软土地层中的水土渗入盾尾内。
9.根据本实用新型的实施例，提供一种适用于冷冻法更换盾尾密封刷的结构，包括至少一环的冷冻钢管片组，所述冷冻钢管片组用于代替混凝土管片，所述冷冻钢管片组包括：多个钢管片，多个所述钢管片首尾拼接形成环形；多个第一冷冻管，所述第一冷冻管设
置在所述钢管片的内侧，所述第一冷冻管用于通入冷冻水；以及至少一个第二冷冻管，所述钢管片的外侧表面设有嵌槽，所述第二冷冻管设置在所述嵌槽内，所述钢管片的内侧设置有穿过所述嵌槽的撑杆，所述第二冷冻管用于通入冷冻水，所述撑杆用于向外侧推出所述第二冷冻管，使所述冷冻管伸入软土地层内。
10.上述的适用于冷冻法更换盾尾密封刷的结构至少具有以下有益效果：通过冷冻钢管片组代替传动的混凝土管片，将盾尾外侧一定深度的软土地层冷却形成环形的冻土加固区域，盾构机在此保护下可进行盾尾刷的更换作业，有效避免软土地层中的水土渗入盾尾内，以此保证施工安全，其中，通过设置第一冷冻管和第二冷冻管进行冻结，第一冷冻管设置在钢管片的内侧，与钢管片接触从而将钢管片冻结，再通过钢管片对周围土体冻结，第二冷冻管设置在钢管片的外侧表面的嵌槽内，可通过撑杆推至软土地层内，对软土地层直接冻结，提高冻结效果。
11.根据本实用新型实施例所述的适用于冷冻法更换盾尾密封刷的结构，所述钢管片上设有若干温度监测孔，通过所述温度监测孔向软土地层内安装温度传感器，用于监测软土地层的冻结温度。
12.根据本实用新型实施例所述的适用于冷冻法更换盾尾密封刷的结构，穿过所述温度监测孔设置有监测管，所述监测管伸入软土地层内0.8m，所述监测管内间隔安装有多个温度传感器，用以监测软土地层0.8m深度范围内的温度。
13.根据本实用新型实施例所述的适用于冷冻法更换盾尾密封刷的结构，所述钢管片上设有若干取芯孔，所述取芯孔用于对冻结范围内的软土地层的土壤取芯，以判断冻结效果。
14.根据本实用新型实施例所述的适用于冷冻法更换盾尾密封刷的结构，所述钢管片上设有若干泄压孔，所述泄压孔处安装有压力表以及用于泄水的通道和阀门，所述压力表用于检测软土地层的水压，当所述压力表达到预定值，开启所述阀门。
15.根据本实用新型实施例所述的适用于冷冻法更换盾尾密封刷的结构，在所述钢管片靠近盾尾内部的一端设安装有环形的止浆压板，所述钢管片与盾尾之间填充有泡沫。
16.根据本实用新型实施例所述的适用于冷冻法更换盾尾密封刷的结构，在所述钢管片的内侧敷有保温层。
17.根据本实用新型实施例所述的适用于冷冻法更换盾尾密封刷的结构，所述第一冷冻管与所述钢管片之间填充有导热材料。
18.根据本实用新型实施例所述的适用于冷冻法更换盾尾密封刷的结构，所述导热材料为双快水泥，所述双快水泥填塞所述第一冷冻管和所述钢管片之间的空隙。
附图说明
19.下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
20.图1是本实用新型实施例适用于冷冻法更换盾尾密封刷的结构的冷冻结构示意图；
21.图2是本实用新型实施例适用于冷冻法更换盾尾密封刷的结构的示意图，其中撑杆将一第二冷冻管推出；
22.图3是本实用新型实施例钢管片的剖视图；
23.图4是本实用新型实施例适用于冷冻法更换盾尾密封刷的结构的示意图，其中采用冷冻管与止浆压板双保险结构；
24.图5是本实用新型实施例一个钢管片侧面视角的剖视图，其中剖切面在第一冷冻管的位置；
25.图6是本实用新型实施例一个钢管片侧面视角的剖视图，其中剖切面在第二冷冻管的位置；
26.图7是本实用新型实施例更换盾尾刷工作过程的第一状态结构示意图；
27.图8是本实用新型实施例更换盾尾刷工作过程的第二状态结构示意图；
28.图9是本实用新型实施例更换盾尾刷工作过程的第三状态结构示意图；
29.图10是本实用新型实施例更换盾尾刷工作过程的第四状态结构示意图；
30.图11是本实用新型实施例更换盾尾刷工作过程的第五状态结构示意图；
31.附图标记：冷冻钢管片组100、钢管片110、嵌槽111、温度监测孔112、泄压孔113、第一冷冻管120、第二冷冻管130、撑杆140、密封圈150、止浆压板160、泡沫170、盾尾刷200、千斤顶300。
具体实施方式
32.本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
33.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
34.在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
35.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
36.参照图1至图6，本实用新型实施例提供一种适用于冷冻法更换盾尾密封刷的结构，包括至少一环的冷冻钢管片组100，冷冻钢管片组100用于代替混凝土管片，冷冻钢管片组100包括：多个钢管片110，多个钢管片110首尾拼接形成环形，每个钢管片110呈弧形；多个第一冷冻管120，第一冷冻管120设置在钢管片110的内侧，第一冷冻管120用于通入冷冻水；以及至少一个第二冷冻管130，钢管片110的外侧表面设有嵌槽111，第二冷冻管130设置在嵌槽111内，钢管片110的内侧设置有穿过嵌槽111的撑杆140，第二冷冻管130用于通入冷冻水，撑杆140用于向外侧推出第二冷冻管130，使冷冻管伸入软土地层内。
37.本实施例的适用于冷冻法更换盾尾密封刷的结构，通过冷冻钢管片组100代替传
动的混凝土管片，将盾尾外侧一定深度的软土地层冷却形成环形的冻土加固区域，盾构机在此保护下可进行盾尾刷200的更换作业，有效避免软土地层中的水土渗入盾尾内，以此保证施工安全，并且结构简单，施工成本低。其中，通过设置第一冷冻管120和第二冷冻管130进行冻结，第一冷冻管120设置在钢管片110的内侧，与钢管片110接触从而将钢管片110冻结，再通过钢管片110对周围土体冻结，第二冷冻管130设置在钢管片110的外侧表面的嵌槽111内，可通过撑杆140推至软土地层内，对软土地层直接冻结，提高冻结效果。采用经过改造的钢管片110作为冷冻管路的载体，相对于混凝土管片，能够更好地与冷冻管路接触，具有更好的可塑造性和导热性。
38.具体地，各冷冻管(第一冷冻管120或者第二冷冻管130)具有进水口和出水口，第一块钢管片110的冷冻管的进水口、最后一块钢管片110的冷冻管的出水口分别与外部冷冻机组的供水管和回水管相连接，其他管片的进水口和出水口首尾相连，以此形成冷冻管循环回路，冷冻水采用低温盐水。
39.第一冷冻管120固定设置在钢管片110的内侧，第二冷冻管130为活动设置，可通过撑杆140倾斜向外推出，推出的第二冷冻管130在软土地层内不做回收，钢管片110上设有倾斜设置的第一通道，第一通道与嵌槽111连通，可供撑杆140穿过，撑杆140与第一通道之间设置密封圈150，以防止软土地层的水渗入。
40.可以理解的是，钢管片110不是完全的实心结构，钢管片110上设置有镂空的多个栅格，在一些实施例中，第一冷冻管120与钢管片110之间填充导热材料，用以增加冷冻管与钢管片110的换热面积。具体地，导热材料采用双快水泥，根据钢管片110的栅格尺寸计算后水泥用量，在第一冷冻管120的管路连接完成后，人工进行双快水泥涂抹、灌入、压实，充分填塞第一冷冻管120和钢管片110之间的空隙。双快(快凝快硬)水泥是快硬硫铝酸盐水泥的一种，相比快硬水泥凝固更快，主要特点是凝结硬化快、“小时”强度高，常温下仅几分钟即初凝，并且具有良好的导热性能，有利于第一冷冻管120与钢管片110之间的换热。
41.在一些实施例中，在钢管片110的内侧敷有保温层，用以防止钢管片110与外界(盾构机的内部)的热传递，减小能量损失，提高冷冻效果，具体地，保温层厚度不小于30mm，采用橡塑保温材料，导热系数较小。
42.参照图4，在一些实施例中，钢管片110上设有若干温度监测孔112，通过温度监测孔112向软土地层内安装温度传感器，用于监测软土地层的冻结温度。具体地，穿过温度监测孔112设置有监测管，监测管可采用小直径无缝钢管，监测管伸入软土地层内0.8m，监测管内间隔安装有多个温度传感器，用以监测软土地层0.8m深度范围内的温度场，每间隔一端时间记录一次温度，根据温度检测结果定期分析冻结壁的形成情况，评价冻结壁形成的质量与安全性。
43.在一些实施例中，钢管片110上设有若干取芯孔(未图示)，通过取芯孔可以对冻结范围内的软土地层的土壤取芯，从而对冻结效果作出更准确的判断，保证施工安全。
44.随着冻结过程的进行，软土地层中的部分物质从液相转化成固相，导致软土地层的内部压力增大，在一些实施例中，钢管片110上设有若干泄压孔113，泄压孔113处安装有压力表以及用于泄水的通道和阀门，压力表用于检测软土地层的水压，当压力表达到预定值，具体为超过软土地层的初始压力0.2mpa时，开启阀门，放水泄压。
45.温度监测孔112、泄压孔113和取芯孔内设丝牙口，钢管片110运输及拼装过程中采
用配套胶塞进行封堵。
46.在一些实施例中，为了进一步地保证施工安全，在钢管片110靠近盾尾内部的一端设安装有环形的止浆压板160，并且钢管片110与盾尾之间填充有泡沫170，具体地，钢管片110上靠近盾尾内部的一端预留有螺孔，通过螺栓固定止浆压板160。止浆压板160与冻结土体形成双保险，更加有效地防止软土地层的水渗入盾构机内部。
47.更换盾尾刷200的工作过程如下：本实施例中有三道盾尾刷200，盾尾刷200损坏需要更换时，盾构机停于第n环的混凝土管片，将第n 1环的混凝土管片拆除，更换为一环冷冻钢管片组100，参照图7；盾构机继续掘进拼装第n 2环的混凝土管片，使第n 1环的冷冻钢管片组100到达盾尾刷200的位置，参照图8；盾构机继续前进，千斤顶300继续推进0.7m，使第n 1环的冷冻钢管片组100的内侧一端越过第一道的盾尾刷200，参照图9；然后即可进行冷冻施工，通过冷冻机组通入冷冻水，将盾尾刷200范围外侧的软土地层进行冻结形成冻结体；拆卸第n 2环的混凝土管片，使第一道的盾尾刷200露出，参照图10，即可更换第一道的盾尾刷200；依次类推，盾构机前进一定距离露出第二道的盾尾刷200，即可更换第二道的盾尾刷200，参照图11；最后更换第三道的盾尾刷200，完成所有盾尾刷200的更换。
48.上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。