一种具有冷冻功能的预埋钢环及洞门接收结构的制作方法

1.本实用新型属于盾构施工技术领域，具体涉及一种具有冷冻功能的预埋钢环及洞门接收结构。


背景技术：

2.国内使用盾构的城市在稳步增加，特大城市中心城区开挖深度越来越深，施工难度越来越大，风险也越来越高。
3.目前传统的盾构施工中，盾构在完成隧道贯通的时候一般采用两种办法完成盾构的接收：
4.一种方法是，对接收期间的端头土体进行加固处理，地层加固的基本要求是要达到无水，并且地层要达到一定的强度要求，地层处理的方法有静压注浆、旋喷、素混凝土桩以及降水施工等措施，这个我们称为地层加固法接收盾构；
5.另一种方法是，采用钢套筒将隧道洞门整个套起来并回填足够强度的填充物，这样在接收时盾构整体穿越过隧道洞门到达钢套筒内，盾尾离开了隧道区域，这时对洞门区域的管片和洞门预埋钢环之间的缝隙进行注浆填充，直到完全阻断地层中的水土流失通道后，打开钢套筒，拆除盾构，完成盾构的接收，这种盾构接收方法称为钢套筒接收。
6.以上两个办法都是保证盾构在穿越隧道洞门钢环期间，地层中的水土不会进入到车站或者盾构里，确保地层没有水土流失。从而保证盾构接收期间的地面安全。
7.目前针对钢套筒接收期间，如何封闭隧道管片和洞门预埋之间的空隙，保证车站外面的水土不会从这个缝隙里进入到车站内，随着隧道的埋深越来越深，盾构接收期间封堵这个缝隙的难度越来越大，风险越来越高。
8.盾构隧道贯通后需要将盾构隧道的管片和车站结构用钢筋混凝土连起来，使车站和隧道结构形成一个完整的整体，以满足隧道防水和结构受力的问题，车站结构和隧道管片连接的这部分一般叫柔性结构，也叫后浇环梁，它是连接车站结构和隧道结构的一个重要连接体。
9.在以往施工这个柔性结构时，需要在隧道管片后面大量注入水泥浆，并等水泥浆凝固达到一定强度后才能拆掉部分隧道管片，在车站洞门预留钢环和隧道管片之间做这部分现浇结构，如果背后的浆液凝固的效果不好，或者不均匀，地下水击穿这部分浆液后，将会出现涌水涌砂的事故。
10.在盾构始发，盾构盾尾越过车站结构的预埋钢环后，这时盾构刀盘已经越过盾构的始发端头加固区域，靠以往的在洞门钢环外的橡胶帘布密封，承受的压力低，操作繁琐，注浆压力稍微一高，就有可能破坏橡胶帘布，因此需要缓慢的注浆，一点一点的充填管片和地层之间的间隙，这样会导致封洞门的周期变长。


技术实现要素：

11.本实用新型的目的在于提供一种具有冷冻功能的预埋钢环，能够通过低温冷冻使
其周围的水土冻结，从而有利于避免水土进入车站内，而且还提供一种洞门接收结构，该洞门接收结构可通过预埋钢环在对盾构进行接收时对周围水土进行冷冻，以避免在盾构接收过程中出现水土流入车站的问题。
12.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
13.第一方面，提供一种具有冷冻功能的预埋钢环，包括钢环本体，所述钢环本体设有绕其周向分布的冷冻套层，冷冻套层位于钢环本体的内侧、外侧或内部；
14.所述冷冻套层沿轴向或周向具有至少一个冷冻部，冷冻部内设有一组冷冻管路，冷冻管路适于保持输送冷冻介质，且冷冻管路具有一进液端和一出液端，冷冻管路通过进液端与可输出冷冻介质的冷冻机组的输出端连接，冷冻管路通过出液端与冷冻机组的输入端连接。
15.在可能的实现方式中，所述冷冻套层沿其轴向具有两个冷冻部，两个冷冻部使钢环本体在轴向上划分为第一冷冻段和第二冷冻段，第二冷冻段与钢环本体的固定部相邻。
16.在可能的实现方式中，所述冷冻介质为氯化钙盐水。
17.在可能的实现方式中，所述冷冻管路呈s形盘设在冷冻套层的冷冻部内。
18.在可能的实现方式中，所述冷冻套层位于所述钢环本体的外侧；
19.所述冷冻套层包括环形密封盖，环形密封盖密封连接在所述钢环本体的外侧面，并在环形密封盖与钢环本体的外侧面之间构成一环形的冷冻腔，冷冻腔沿轴向分为两个环形腔部，每个环形腔部内设有一组所述冷冻管路，且一个环形腔部构成一个冷冻部。
20.在可能的实现方式中，所述冷冻管路与其所在的环形腔部内的钢环本体外侧壁焊接。
21.第二方面，提供一种洞门接收结构，包括设于隧道洞门的如上述任一项技术方案所述的具有冷冻功能的预埋钢环、与预埋钢环配合接收的钢套筒以及支撑于钢套筒的反力支撑架。
22.第三方面，提供一种盾构隧道洞门加固方法，基于上述任一项所述的具有冷冻功能的预埋钢环，预埋钢环在轴向上具有第一冷冻段和第二冷冻段，第二冷冻段与钢环本体的固定部相邻，包括洞门后浇梁施工加固方法；
23.所述洞门后浇梁施工加固方法包括以下步骤：
24.在盾构完成隧道施工并经过洞门的预埋钢环时，盾构脱离设于预埋钢环外端的帘布橡胶板，此时启动冷冻机组，通过预埋钢环的第一冷冻段和第二冷冻段，使预埋钢环、隧道管片和帘布橡胶板之间的含水泥土冻结；
25.拆除预埋钢环内需要浇筑后浇梁处的隧道管片；
26.停止冷冻机组对第二冷冻段的冷冻介质输送，此时通过在冷冻中的第一冷冻段将预埋钢环前端、隧道管片与预埋钢环之间的含水泥土冻结，以冻结形成可避免含水泥土进入车站结构内的封堵物；
27.进行洞门后浇梁的施工，待后浇梁得到设计强度后停止冷冻机组对第一冷冻段的冷冻介质输送。
28.在可能的实现方式中，所述盾构隧道洞门加固方法还包括盾构弃壳施工洞门加固方法；
29.所述盾构弃壳施工洞门加固方法包括以下步骤：
30.在盾构刀盘离开隧道洞门后，启动冷冻机组，通过洞门预埋钢环的第一冷冻段和第二冷冻段，使盾构外壳分别与预埋钢环和帘布橡胶板之间的含水泥土形成稳定的冷冻体，以阻断地层内的水土向车站内流入；
31.待冷冻体达到要求的冻结强度后，在隧道管片的后方注入浆液，浆液强度达到要求后，拆除洞门的帘布橡胶板；
32.拆除盾构的刀盘；
33.将盾构的壳体前部和洞门预埋钢环的内壁焊接，使盾构的外壳和洞门预埋钢环连接为一个整体；
34.拆除盾构内除壳体外的其余部件；
35.拆除完毕后，在盾构的壳内绑扎钢筋、浇筑混凝土，以形成钢筋混凝土结构，施工完成。
36.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
37.本实用新型的具有冷冻功能的预埋钢环，在富水地层具有很高的适应性，能将预埋钢环周边的泥水冻结形成稳定的冻结体，这些冻结体可阻断地层中的泥水向车站内泄漏，保证车站结构和地面的安全，并且在盾构隧道的始发和接收过程以及后续的一些隧道施工中，也能够通过冷冻保证作业或施工的安全性，适应性强。
38.而且，在具体实施过程中，可通过延长预埋钢环的长度而根据需要延长可冷冻的长度，进而可使其适用于更大范围的冷冻止水。
39.本实用新型的洞门接收结构，其通过钢套筒和具有冷冻功能的预埋钢环的配合，可在盾构接收过程，通过冷冻防止车站外的水土进入车站结构内，提高盾构接收的安全性。
附图说明
40.图1为本技术实施例的一种具有冷冻功能的预埋钢环的一种实施结构示意图，该示意图示出了冷冻套层设于钢环本体内侧的一种实施结构；
41.图2为本技术实施例的一种具有冷冻功能的预埋钢环的另一种实施结构示意图，该示意图示出了冷冻套层设于钢环本体外侧的一种实施结构；
42.图3为本技术实施例的一种具有冷冻功能的预埋钢环的冷冻套层内第一冷冻段和第二冷冻段的冷冻管路盘设结构示意图；
43.图4为本技术实施例的一种洞门接收结构的结构示意图；
44.图5为本技术实施例的一种洞门接收结构接收原理示意图；
45.图6为本技术实施例的一种盾构隧道洞门加固方法的在后浇梁施工加固时盾构穿越预埋钢环时的结构原理示意图；
46.图7为本技术实施例的一种盾构隧道洞门加固方法在后浇梁施工加固时后浇梁与预埋钢环的位置关系示意图；
47.图8为本技术实施例的一种盾构隧道洞门加固方法在盾构弃壳施工中的冷冻加固示意图；
48.图9为本技术实施例的一种具有冷冻功能的预埋钢环在延长后的结构示意图。
49.图中：1-预埋钢环；2-固定部；3-冷冻套层；31-环形密封盖；32-冷冻管路；33-冷冻腔；34-第一冷冻段；35-第二冷冻段；4-钢套筒；5-反力支撑架；6-帘布橡胶板；7-含水泥土；
8-隧道管片；9-盾构；91-刀盘；10-后浇梁；11-延长部。
具体实施方式
50.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
51.下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步阐述。
52.请参照图1-3所示，本技术的实施例提供了一种具有冷冻功能的预埋钢环，包括钢环本体，所述钢环本体设有绕其周向分布的冷冻套层3，冷冻套层3位于钢环本体的内侧、外侧或内部。冷冻套层3为与钢环本体相适配且固定或可拆卸的用于产生可冷冻周围水土的低温环境的结构，其可理解为设于钢环本体内侧或外侧的一种冷冻套，亦或者是夹设在钢环本体内部的一种夹层。
53.所述冷冻套层3沿轴向或周向具有至少一个冷冻部，冷冻部内设有一组冷冻管路32，冷冻管路32适于保持输送冷冻介质，且冷冻管路32具有一进液端和一出液端，冷冻管路32 通过进液端与可输出冷冻介质的冷冻机组(图中未示出)的输出端连接，冷冻管路32通过出液端与冷冻机组的输入端连接。冷冻套层3在其轴向或周向上的冷冻部设有至少一个，在设置多个时可实现分区冷冻或分段冷冻，具体可根据实际需求选择配置。每个冷冻部内都设置一组冷冻管路32，冷冻管路32内有冷冻介质，通过冷冻介质可便于形成可冻结周围水土的低温环境，而冷冻管路32是与冷冻机组连接，通过冷冻机组可持续输出达到冷冻温度要求的冷冻介质，并循环输送，从而便于持续且有效的对周围水土进行冻结。
54.而预埋钢环1是盾构9隧道施工以及盾构9接收和始发过程中重要的结构部件，在其具备可冷冻周围水土的作用时，可通过冷冻在不同施工阶段中可实现更好的密封作用，提高作业的安全性。
55.通过上述技术方案，具有冷冻功能的预埋钢环在富水地层具有很高的适应性，能将预埋钢环1周边的泥水冻结形成稳定的冻结体，这些冻结体可阻断地层中的泥水向车站内泄漏，保证车站结构和地面的安全，并且在盾构9隧道的始发和接收过程以及后续的一些隧道施工中，也能够通过冷冻保证作业或施工的安全性，适应性强。
56.在一实施方式中，所述冷冻套层3沿其轴向具有两个冷冻部，两个冷冻部使钢环本体在轴向上划分为第一冷冻段34和第二冷冻段35，第二冷冻段35与钢环本体的固定部2相邻。
57.两个冷冻部由于是轴向设置，因而可将钢环本体分为第一冷冻段34和第二冷冻段35，并可通过这两个冷冻段实现分段冷冻，即两个冷冻段可独立进行冷冻，进而根据实际需求进行冷冻作业，更为实用。
58.进一步的，所述冷冻介质为氯化钙盐水。氯化钙盐水可作为冷冻介质，其冰点较低，并可通过控制氯化钙的含量调节氯化钙盐水的冰点，使得氯化钙盐水可便于根据不同冷冻需求调整作业，更为适用，并且也具有更好的冷冻效果。
59.在具体的实施过程中，结合图3所示，所述冷冻管路32呈s形盘设在冷冻套层3的冷冻部内。这样的盘设结构可使得冷冻管路32在冷冻套层3内具有更长的冷冻长度，进而具有
更好的冷冻效果。
60.为了对冷冻套层3的设置结构进行示例性说明，以下对冷冻套层3设于钢环本体外侧的设置结构进行示例性说明：
61.结合图2所示，所述冷冻套层3位于所述钢环本体的外侧；所述冷冻套层3包括环形密封盖31，环形密封盖31密封连接在所述钢环本体的外侧面，并在环形密封盖31与钢环本体的外侧面之间构成一环形的冷冻腔33，冷冻腔33沿轴向分为两个环形腔部，每个环形腔部内设有一组所述冷冻管路32，且一个环形腔部构成一个冷冻部。
62.环形密封盖31可与钢环本体的外侧面配合，构成一个环形的密封空间，该密封空间也就是环形冷冻腔33，环形冷冻腔33的两个环形腔部内均设有冷冻管路32，即可构成两个冷冻部，也即是两个冷冻段。这样的结构设计简单，不影响预埋钢环1的正常使用。
63.具体的，所述冷冻管路32与其所在的环形腔部内的钢环本体外侧壁焊接。冷冻管路32 通过与钢环本体焊接，可更便于能量的传导，进而可更好的对周围水土进行冷冻作用。
64.在另一实施方式中，结合图1所示，所述冷冻套层3位于所述钢环本体的内侧，其组成结构与设置外侧时的结构基本相同。
65.在具体的实施过程中，结合图9所示，在必要的时候，可以将冷冻钢环延长到车站内，直到需要的长度，形成延长部11，延长这部分钢环冷冻管路同预埋钢环的冷冻布置管路采用类似的布设，这样在隧道轴线上就能提供任意需要长度的冷冻体长度，就能满足止水能力的要求，这段延长的洞门钢环和预埋钢环焊接使用，延长这部分的外部由于裸露在车站内，外周需要做保温隔离处理。
66.延长这部分钢环同时也可以作为接收或者始发用钢套筒的一部分，既可以是预埋钢环的一部分，也可以是始发或接收用钢套筒的一部分，在施工结束后，拆除延长部分的钢环即可。
67.请结合图4和图5所示，本技术的实施例也提供一种洞门接收结构，包括设于隧道洞门的上述任一项技术方案的具有冷冻功能的预埋钢环、与预埋钢环1配合接收的钢套筒4以及支撑于钢套筒4的反力支撑架5。
68.通过钢套筒4和具有冷冻功能的预埋钢环的配合，可在盾构9接收过程，通过冷冻防止车站外的水土进入车站结构内，提高盾构9接收的安全性。
69.在具体的实施过程中，洞门接收结构还包括设于预埋钢环1外端的帘布橡胶板6，通过帘布橡胶板6可起到更好的防止水土进入车站。
70.请参照图6和图7所示，本技术的实施例还提供一种盾构隧道洞门加固方法，基于上述任一项技术方案的具有冷冻功能的预埋钢环，预埋钢环1在轴向上具有第一冷冻段34和第二冷冻段35，第二冷冻段35与钢环本体的固定部2相邻，包括洞门后浇梁10施工加固方法。
71.所述洞门后浇梁10施工加固方法包括以下步骤：
72.步骤s1：在盾构9完成隧道施工并经过洞门的预埋钢环1时，盾构9脱离设于预埋钢环 1外端的帘布橡胶板6，此时启动冷冻机组，通过预埋钢环1的第一冷冻段34和第二冷冻段35，使预埋钢环1、隧道管片8和帘布橡胶板6之间的含水泥土7冻结；
73.步骤s2：拆除预埋钢环1内需要浇筑后浇梁10处的隧道管片8；
74.步骤s3：停止冷冻机组对第二冷冻段35的冷冻介质输送，此时通过在冷冻中的第一冷冻段34将预埋钢环1前端、隧道管片8与预埋钢环1之间的含水泥土7冻结，以冻结形成可避免含水泥土7进入车站结构内的封堵物；
75.步骤s4：进行洞门后浇梁10的施工，待后浇梁10得到设计强度后停止冷冻机组对第一冷冻段34的冷冻介质输送。
76.通过洞门后浇梁10施工加固方法，在后浇梁10施工期间，由于要拆除或者切除洞门预埋钢环1内的部分隧道管片8，这样就减弱了预埋钢环1和隧道管片8之间的密封能力，漏水漏砂的风险增加，而通过有冷冻作用的预埋钢环1，在冷冻后可保证隧道管片8和预埋钢环1之间的密封能力，可有效避免在后浇梁10未完成前车站外水土进入车站内，大大提高了安全性。
77.进一步的，结合图8所示，所述盾构隧道洞门加固方法还可包括盾构9弃壳施工洞门加固方法；所述盾构9弃壳施工洞门加固方法包括以下步骤：
78.步骤s1：在盾构9刀盘91离开隧道洞门后，启动冷冻机组，通过洞门预埋钢环1的第一冷冻段34和第二冷冻段35，使盾构9外壳分别与预埋钢环1和帘布橡胶板6之间的含水泥土7形成稳定的冷冻体，以阻断地层内的水土向车站内流入，这样可保证地面的安全。
79.在步骤s1之前，需要在盾构9还未到达接收区域前安装钢套筒4及反立力架5，该钢套筒需要的长度比较短，满足拆除刀盘的位置空间就可以。然后在钢套筒内填充填充物，再进行步骤s1。
80.步骤s2：待冷冻体达到要求的冻结强度后，在隧道管片8的后方注入浆液，浆液强度达到要求后，拆除洞门的帘布橡胶板6。在拆除帘布橡胶板6时，也拆除钢套筒系统。
81.步骤s3：拆除盾构9的刀盘91。
82.步骤s4：将盾构9的壳体前部和洞门预埋钢环1的内壁焊接，使盾构9的外壳和洞门预埋钢环1连接为一个整体。
83.步骤s5：拆除盾构9内除壳体外的其余部件。
84.步骤s6：拆除完毕后，在盾构9的壳内绑扎钢筋、浇筑混凝土，以形成钢筋混凝土结构，施工完成。
85.通过盾构9弃壳施工洞门加固方法，在盾构9弃壳施工过程中，在盾构9的外壳到达预埋钢环1内部时，可通过冷冻就能完成止水的工作，进而可更为安全的进行弃壳施工，这样比传统的注浆操作，大大提高了止水的有效性和可靠性。
86.在其他的方式中，通过具有冷冻功能的预埋钢环，还可进行其他的盾构9施工作业，并不做限制。
87.最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。