本發(fā)明涉及了一種適用于盾構(gòu)對接異步控制凍脹的異型凍結(jié)施工方法，涉及盾構(gòu)隧道工程。

背景技術(shù)：

1、穿越江河湖海建設(shè)隧道成為了當(dāng)今主流發(fā)展趨勢，同時隧道距離也在不斷增長，往往一臺盾構(gòu)機(jī)難以完成掘進(jìn)任務(wù)，盾構(gòu)水下對接便發(fā)展成為了一種科學(xué)合理的解決方案之一，尤其是超大直徑盾構(gòu)水下對接成為了研究熱點內(nèi)容。

2、在盾構(gòu)水下對接工程中，常采用人工凍結(jié)方法對兩臺盾構(gòu)機(jī)對接處進(jìn)行地層加固。然而在凍結(jié)壁形成及發(fā)展過程中，凍土產(chǎn)生凍脹作用，使得一定的凍脹力作用在盾體上，由于盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的拆解，盾構(gòu)整體承載力降低，凍脹力過大會造成盾體的整體或局部失穩(wěn)，嚴(yán)重危害盾體結(jié)構(gòu)安全；同時，在解凍期間，往往凍脹效應(yīng)越顯著，伴隨發(fā)生的融沉效應(yīng)越是顯著，融沉過大會導(dǎo)致盾體“脫空”，對自身結(jié)構(gòu)極為不利。因此，凍脹效應(yīng)不容忽視，對于工程成敗起著至關(guān)重要的影響，在保證凍結(jié)壁厚度滿足設(shè)計要求的前提下，需要采取一定的技術(shù)手段來抑制凍脹影響。

3、此外，目前超大直徑盾構(gòu)斷面巨大，為了提高凍結(jié)壁安全性，往往會采用多圈凍結(jié)管進(jìn)行凍結(jié)作業(yè)，這意味著需要在有限空間土體內(nèi)進(jìn)行數(shù)量眾多的凍結(jié)孔施工，這無疑大大增加了凍結(jié)孔施工精度的控制難度。同時，超大盾構(gòu)機(jī)對接精度往往也是制約凍結(jié)設(shè)計的重要因素，盾構(gòu)中心處幾公分的扭轉(zhuǎn)及距離偏差反應(yīng)到上下部盾殼邊界上的偏差都會對凍結(jié)管布設(shè)以及凍結(jié)壁形成造成不利的影響。

4、目前，盾構(gòu)對接工程中傳統(tǒng)技術(shù)多采用單圈凍結(jié)管或雙排凍結(jié)管。其中，單圈凍結(jié)管多應(yīng)用于圍巖等級較高的巖層或注漿改良效果較好的土層，此時凍結(jié)壁主要功能為封水作用，確保開挖過程中水流不利因素影響。雙圈凍結(jié)管往往適用于凍結(jié)壁厚度較小，地層注漿改良后地層，此時雙圈凍結(jié)管作為冷源同時對土體進(jìn)行降溫凍結(jié)，形成的凍結(jié)壁既可以承載又可以封水。二者凍結(jié)管布置形式上往往是采用對稱式布置，即兩側(cè)盾構(gòu)機(jī)分別進(jìn)行凍結(jié)管布置，且凍結(jié)管長度相互接近，形成的凍結(jié)壁形狀近似對稱。同時，現(xiàn)有技術(shù)多采用兩側(cè)同步凍結(jié)施工控制，即兩側(cè)凍結(jié)管同一時間循環(huán)相同溫度范圍的低溫鹽水，伴隨著兩臺盾構(gòu)機(jī)外土層同步開始凍結(jié)。

5、針對上述介紹的技術(shù)方法，對于大直徑盾構(gòu)對接工程凍結(jié)加固而言，存在的主要不足如下：

6、對稱式同步凍結(jié)方式的不足之處在于：控制凍脹作用效果較弱。在兩側(cè)凍結(jié)管內(nèi)同步通入低溫鹽水后，凍結(jié)管周圍土體率先凍結(jié)，后逐步完成凍結(jié)交圈，形成具有一定強(qiáng)度的凍結(jié)封閉體，此時凍結(jié)管周圍已形成凍土強(qiáng)度遠(yuǎn)大于兩側(cè)凍結(jié)管之間未凍土區(qū)域，凍土發(fā)展產(chǎn)生的凍脹作用便會向強(qiáng)度較低的未凍結(jié)土層進(jìn)行擠壓，并應(yīng)力傳遞到盾殼上，危害盾體結(jié)構(gòu)安全。同時，該方式對于盾構(gòu)對接精度以及打孔精度要求較高，后期凍結(jié)管打設(shè)過程中極易發(fā)生碰撞，導(dǎo)致凍結(jié)管的破壞，甚至出現(xiàn)廢孔，而補(bǔ)孔對于盾殼局部穩(wěn)定也存在較大風(fēng)險，甚至不存在合理空間進(jìn)行補(bǔ)孔。

7、綜上，需要設(shè)計一種綜合考慮盾構(gòu)對接精度、凍結(jié)孔打孔精度以及凍脹作用影響的凍結(jié)方法，避免上述問題對于盾構(gòu)對接處凍土安全、盾構(gòu)結(jié)構(gòu)安全的影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明涉及了一種適用于盾構(gòu)對接異步控制凍脹的異型凍結(jié)施工方法，通過設(shè)計一種非對稱式異型凍結(jié)布孔形式，結(jié)合異步凍結(jié)控制的技術(shù)手段可以有效控制凍結(jié)壁形成時間、范圍以及承載要求，有效降低盾構(gòu)對接、凍結(jié)孔打設(shè)精度要求，有效抑制在高水壓強(qiáng)透水地層下盾構(gòu)對接凍脹問題，減小作用于盾體上的凍脹作用，確保盾構(gòu)殼體的安全穩(wěn)定，為后續(xù)對接開挖提供安全可靠的凍結(jié)壁支撐。

2、本發(fā)明提供一種適用于盾構(gòu)對接異步控制凍脹的異型凍結(jié)施工方法，包括如下步驟：盾構(gòu)對接凍結(jié)施工時，先行盾構(gòu)和后行盾構(gòu)采用非對稱式凍結(jié)，先行盾構(gòu)凍結(jié)管作為主凍結(jié)側(cè)，后行盾構(gòu)凍結(jié)管作為輔助凍結(jié)測，先行盾構(gòu)凍結(jié)管形成的凍結(jié)體完全包絡(luò)住后行盾構(gòu)刀盤對接位置。

3、優(yōu)選的，在先行盾構(gòu)側(cè)具備凍結(jié)條件后對先行盾構(gòu)側(cè)周圍土體進(jìn)行預(yù)降溫，后行盾構(gòu)打孔作業(yè)完成，具備凍結(jié)條件時，同時啟動先行盾構(gòu)側(cè)和后行盾構(gòu)側(cè)全部凍結(jié)管進(jìn)行積極凍結(jié)，先行盾構(gòu)側(cè)凍結(jié)溫度在交圈前始終低于后行盾構(gòu)側(cè)凍結(jié)溫度，在交圈前通過后行盾構(gòu)側(cè)進(jìn)行泄壓。

4、優(yōu)選的，先行盾構(gòu)和后行盾構(gòu)凍結(jié)管環(huán)向均采用梅花型布置。

5、優(yōu)選的，先行盾構(gòu)相鄰凍結(jié)管排距均勻。

6、進(jìn)一步的，先行盾構(gòu)側(cè)各圈凍結(jié)管與盾殼交點之間距離滿足：

7、dmin≤li-li+1≤dmax；

8、其中，li為先行盾構(gòu)從外往內(nèi)第i圈凍結(jié)管與盾殼交點至先行盾構(gòu)刀盤面板之間距離，i為正整數(shù)，1≤i＜n，n為先行盾構(gòu)凍結(jié)管圈數(shù)，li+1為先行盾構(gòu)從外往內(nèi)第i圈凍結(jié)管與盾殼交點至先行盾構(gòu)刀盤面板之間距離，dmin表示最小施工距離，dmax表示最大施工距離。

9、優(yōu)選的，先行盾構(gòu)最外圈凍結(jié)管長度la滿足條件為：

10、

11、式中，l1為先行盾構(gòu)a圈凍結(jié)管與盾殼交點至先行盾構(gòu)刀盤面板之間距離，a圈是先行盾構(gòu)最外圈，lp為兩臺盾構(gòu)完全對接后刀盤面板之間距離，lq為后行盾構(gòu)刀盤面板至氣泡倉后隔板之間的距離，l0為不參與循環(huán)鹽水的凍結(jié)管端部長度，θa表示a圈凍結(jié)管的軸線與盾構(gòu)軸線之間的夾角。

12、進(jìn)一步的，先行盾構(gòu)中間圈凍結(jié)管長度lb滿足條件為：

13、

14、式中，lb為b圈凍結(jié)管長度，b圈是先行盾構(gòu)中間一圈的凍結(jié)孔對應(yīng)的凍結(jié)圈，l2為b圈凍結(jié)管與盾殼交點至先行盾構(gòu)刀盤面板之間距離，lp為兩臺盾構(gòu)完全對接后刀盤面板之間距離，lq為后行盾構(gòu)刀盤面板至氣泡倉后隔板之間的距離，l0為不參與循環(huán)鹽水的凍結(jié)管端部長度，θb為b圈凍結(jié)管的軸線與盾構(gòu)軸線之間的夾角。

15、進(jìn)一步的，c圈凍結(jié)管長度lc滿足條件為：

16、

17、式中，lc為c圈凍結(jié)管長度，c圈是先行盾構(gòu)最內(nèi)圈凍結(jié)孔對應(yīng)的凍結(jié)圈，l3為c圈凍結(jié)管與盾殼交點至先行盾構(gòu)刀盤面板之間距離，lp為兩臺盾構(gòu)完全對接后刀盤面板之間距離，lq為后行盾構(gòu)刀盤面板至氣泡倉后隔板之間的距離，l0為不參與循環(huán)鹽水的凍結(jié)管端部長度，θc為c圈凍結(jié)管的軸線與盾構(gòu)軸線之間的夾角。

18、優(yōu)選的，先行盾構(gòu)凍結(jié)管和后行盾構(gòu)凍結(jié)管之間存在凍脹釋放通道。

19、優(yōu)選的，后行盾構(gòu)凍結(jié)管各圈凍結(jié)管終點連線與先行盾構(gòu)最內(nèi)圈凍結(jié)管角度平行。

20、本發(fā)明的有益效果為：

21、本發(fā)明涉及了一種適用于盾構(gòu)對接異步控制凍脹的異型凍結(jié)施工方法，通過設(shè)計一種非對稱式異型凍結(jié)布孔形式，結(jié)合異步凍結(jié)控制的技術(shù)手段可以有效控制凍結(jié)壁形成時間、范圍以及承載要求，有效降低盾構(gòu)對接、凍結(jié)孔打設(shè)精度要求，有效抑制在高水壓強(qiáng)透水地層下盾構(gòu)對接凍脹問題，減小作用于盾體上的凍脹作用，確保盾構(gòu)殼體的安全穩(wěn)定，為后續(xù)對接開挖提供安全可靠的凍結(jié)壁支撐。

22、(1)本發(fā)明采用非對稱式異型凍結(jié)布孔形式，有效降低盾構(gòu)對接、凍結(jié)孔打設(shè)精度要求。有效解決了常規(guī)兩側(cè)對稱式布置凍結(jié)管對于盾構(gòu)對接精度以及打孔精度要求較高，后期凍結(jié)管打設(shè)過程中極易發(fā)生碰撞，導(dǎo)致凍結(jié)管的破壞，甚至出現(xiàn)廢孔，而補(bǔ)孔對于盾殼局部穩(wěn)定也存在較大風(fēng)險等問題。

23、(2)本發(fā)明通過非對稱式異型凍結(jié)布孔具體參數(shù)的針對性設(shè)計，能夠為現(xiàn)有盾構(gòu)提供有效實用的工程借鑒，推廣意義重大。

24、(3)本發(fā)明采用異步控制方式，對于凍脹作用控制更加有利。因為對稱式凍結(jié)管布置形式下，兩側(cè)土體同時降溫，形成凍土沒有明顯時間上的差異性，兩側(cè)凍土幾乎同步形成，呈現(xiàn)對稱性，且凍結(jié)管周圍率先完成交圈，凍結(jié)管與盾殼之間還是未凍結(jié)土，此時形成了凍土包裹未凍結(jié)土的形態(tài)，而隨著冷量持續(xù)輸入，凍結(jié)管與盾殼之間未凍結(jié)土繼續(xù)凍結(jié)，而此時產(chǎn)生的凍脹作用因外部凍土的抵抗作用導(dǎo)致無法向遠(yuǎn)離盾殼處消散，致使盾殼上承受的凍脹力持續(xù)增大，對盾殼結(jié)構(gòu)造成威脅。