一种区域分部冻结装置及其冻结方法与流程

本发明涉及隧道冻结加固，具体为一种区域分部冻结装置及其冻结方法。

背景技术：

1、隧道冻结加固技术常常用于隧道施工时在已有轨道下方下穿隧道时采取的方案，隧道冻结技术是沿开挖断面周边布置与通道方向基本平行的冻结孔，使冻结孔附近的含水地层结冰，然后在冻土帷幕的保护下进行隧道暗挖施工的技术；

2、但是现有的隧道冻结加固施工过程中存在一定的弊端，由于隧道穿越施工区域距离地表较近，较小的埋深在冻结过程中，地表的散热影响到冻结的效果，较浅的埋深使冻胀和融沉的影响效果敏感，仅仅采用冷冻孔来冷冻土质层的方法比较缓慢，还有通过增加冷冻孔的数量也会对施工进程进行影响，从而需要采用不同形式的冷冻方案来加固隧道，否则隧道的强度受到影响，采用液氮虽然对隧道可以起到加固的作用，但是地铁经过隧道上方使得隧道地段地质强度要求比较高，仅仅采用液氮不能保持土质层比较稳定。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种区域分部冻结装置及其冻结方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种区域分部冻结装置及其冻结方法，包括冷冻区域、隧道区域和维护结构，所述隧道区域横向贯穿冷冻区域的内部，维护结构位于隧道区域的两侧，所述冷冻区域的内部分为冻结一区、冻结二区和冻结三区三个区域，所述冷冻区域的周围和内部开设有若干水平布置的冷冻孔和竖直布置的冷冻孔，且水平冷冻孔之间呈“三横四纵”的布局，每个冷冻孔的内部均埋设有用于充入液氮和盐水的冷冻管道，冷冻区域的内部和边缘处开设有若干用于测量周围土质温度的测温孔，每个测温孔的内部均设置有温度传感器。

4、作为本发明优选的一种技术方案，所述冷冻区域的内部水平方向挖掘有上下四个导洞，且冷冻区域的中间设置有用于支撑土质的支架。

5、作为本发明优选的一种技术方案，所述冷冻区域内部且位于“三横四纵”的水平冷冻孔处浇注有底板、顶板和中隔墙，且中隔墙位于底板和顶板之间。

6、一种区域分部冻结装置的冻结方法，包括以下步骤：

7、步骤一：对施工区域情况、周围环境进行前期勘察，了解冻结施工区域的水管布置、地下水、土质层和天气等影响因素；

8、步骤二：对隧道采用分区、分段施工的方法，将开挖隧道断面分为中间冻结一区和两侧冻结二区和冻结三区三个区域，其中水平冻结孔呈“三横四纵”结构布置，对破损隧道处地层进行垂直冻结，再采用水平暗挖法修复破损隧道；

9、步骤三：对中间冻结一区进行冻结、开挖砌筑，通过在冻结一区钻取冷冻孔后对其进行液氮冷冻和盐水复合冷冻，在施工现场的冻结孔附近处布置的测温孔，测温孔分别布置在地面垂直测温孔和地下水平测温孔处；

10、步骤四：打开防护门并安装支架和喷射混凝土，防护门内冻结一区向内全断面开挖，并安装临时支架，喷射混凝土；

11、步骤五：对冻结一区进行上下导洞开挖，并隧道断面的冻结一区分成若干小段，每架设一榀支架填充密实一榀，然后对间隔一定榀支架挂网进行喷浆，将较长隧道进行一段一段加固，直至将冻结一区开挖完成；

12、步骤六：冻结一区进行混凝土浇筑，在前期支护层上面放出底板、顶板位置线、中隔墙的位置线，按照底板、中隔墙和顶板的顺序浇注处理；

13、步骤七：浇筑两侧底板和侧墙下半段混凝土后浇筑侧墙上部及顶板混凝土，顶部及时用木背板和混凝土填充密实，侧墙及时用保温板填充保温，必要时还要配合泥沙填充侧墙；

14、步骤八：结构壁后充填注浆，融沉注浆，割除中间支架，对于冻结壁融化造成的融沉控制处理时间短，对于冻结壁采取强制解冻的方法来加快解冻时间。

15、作为本发明优选的一种技术方案，所述步骤二中隧道地面施工两排竖直冷冻孔，竖直冷冻孔与隧道内部的水平冷冻孔相互垂直布置形成冻结帷幕。

16、作为本发明优选的一种技术方案，所述隧道开挖位置采取水平与垂直双向冻结，通过在地下车站内布置的水平冻结孔和地面布置的垂直冻结孔，共同形成一个完整的、封闭的止水冻土帷幕，隧道上部和底部的冻结孔采用倾斜冻结孔。

17、作为本发明优选的一种技术方案，所述步骤三中测温孔分为地下水平测温孔和地面垂直测温孔，并且根据测温孔的深度来确定每一孔内布置一定数量的温度测试传感器，并对测温孔内部的温度测试传感器进行保护。

18、作为本发明优选的一种技术方案，所述步骤三中的液氮注入到垂直冷冻孔中，液氮冻结管路要用双层棉絮保温，且前期液氮积极冻结运行一段时间，并该期间基坑和隧道中的水能够通过液氮降温来完全封水，后期待安全门安装结束后部分液氮冻结孔转盐水冻结，在转盐水冻结前需要检测冻结孔内温度。

19、作为本发明优选的一种技术方案，所述步骤四中采用两次支护方式，第一次支护采用型钢支架加钢筋网片，再喷射砼，第二次支护采用现浇钢筋混凝土。

20、作为本发明优选的一种技术方案，所述步骤五中先开设靠近隧道中心的隧道内的冻结孔，在打至隧道底部位置时，对这些孔进行注浆，浆液分纯水泥浆液和水玻璃两种，注浆结束以钻孔过程中不再出现漏浆为准，在施工过程中每开挖一榀就支护一榀，用木背板及混凝土填充密实一榀。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、冷冻区域的周围和内部开设有若干水平布置的冷冻孔和竖直布置的冷冻孔，可以采用水平与垂直冻结孔相结合的方式来形成封闭的冻结帷幕，从而在挖掘过程中不仅起到加固土方的作用，还能起到止水的作用，并且冻结帷幕的硬度质量随着冷冻孔的冻结时间而发生改变；

23、在冷冻孔内进行液氮冷冻和盐水复合冷冻技术处理，第一期液氮冻结，塞子工程对暗挖开洞处起到封堵、加固作用，保证基坑和隧道在排水清淤时冻结体能够完全封水，并抵抗住开洞的水土压力，同时隔断完好隧道与外部土体之间的联系，起到一定的坚固隧道作用；第二期液氮冻结和盐水冻结相结合，用于水平暗挖过程中，保证开挖土体的稳定和不透水性；

24、通过对冻结一区进行上下导洞开挖，在施工过程中采用上下导洞开挖方式，开挖一榀，支护一榀，用木背板及混凝土填充密实一榀，一定榀距离喷浆，通过该方式最大限度的保证了冻结壁的稳定和安全，避免大断面隧道发生塌方的情况。

技术特征：

1.一种区域分部冻结装置，包括冷冻区域、隧道区域和维护结构，所述隧道区域横向贯穿冷冻区域的内部，维护结构位于隧道区域的两侧；其特征在于，所述冷冻区域的内部分为冻结一区、冻结二区和冻结三区三个区域，所述冷冻区域的周围和内部开设有若干水平布置的冷冻孔和竖直布置的冷冻孔，且水平冷冻孔之间呈“三横四纵”的布局，每个冷冻孔的内部均埋设有用于充入液氮和盐水的冷冻管道，冷冻区域的内部和边缘处开设有若干用于测量周围土质温度的测温孔，每个测温孔的内部均设置有温度传感器。

2.根据权利要求1所述的一种区域分部冻结装置，其特征在于，所述冷冻区域的内部水平方向挖掘有上下四个导洞，且冷冻区域的中间设置有用于支撑土质的支架。

3.根据权利要求2所述的一种区域分部冻结装置，其特征在于，所述冷冻区域内部且位于“三横四纵”的水平冷冻孔处浇注有底板、顶板和中隔墙，且中隔墙位于底板和顶板之间。

4.一种如权利要求1-3任一项所述区域分部冻结装置的冻结方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种区域分部冻结装置的冻结方法，其特征在于，所述步骤二中隧道地面施工两排竖直冷冻孔，竖直冷冻孔与隧道内部的水平冷冻孔相互垂直布置形成冻结帷幕。

6.根据权利要求5所述的一种区域分部冻结装置的冻结方法，其特征在于，所述隧道开挖位置采取水平与垂直双向冻结，通过在地下车站内布置的水平冻结孔和地面布置的垂直冻结孔，共同形成一个完整的、封闭的止水冻土帷幕，隧道上部和底部的冻结孔采用倾斜冻结孔。

7.根据权利要求5所述的一种区域分部冻结装置的冻结方法，其特征在于，所述步骤三中测温孔分为地下水平测温孔和地面垂直测温孔，并且根据测温孔的深度来确定每一孔内布置一定数量的温度测试传感器，并对测温孔内部的温度测试传感器进行保护。

8.根据权利要求4所述的一种区域分部冻结装置的冻结方法，其特征在于，所述步骤三中的液氮注入到垂直冷冻孔中，液氮冻结管路要用双层棉絮保温，且前期液氮积极冻结运行一段时间，并该期间基坑和隧道中的水能够通过液氮降温来完全封水，后期待安全门安装结束后部分液氮冻结孔转盐水冻结，在转盐水冻结前需要检测冻结孔内温度。

9.根据权利要求4所述的一种区域分部冻结装置的冻结方法，其特征在于，所述步骤四中采用两次支护方式，第一次支护采用型钢支架加钢筋网片，再喷射砼，第二次支护采用现浇钢筋混凝土。

10.根据权利要求4所述的一种区域分部冻结装置的冻结方法，其特征在于，所述步骤五中先开设靠近隧道中心的隧道内的冻结孔，在打至隧道底部位置时，对这些孔进行注浆，浆液分纯水泥浆液和水玻璃两种，注浆结束以钻孔过程中不再出现漏浆为准，在施工过程中每开挖一榀就支护一榀，用木背板及混凝土填充密实一榀。

技术总结本发明公开了一种区域分部冻结装置及其冻结方法，涉及隧道冻结加固技术领域，包括冷冻区域、隧道区域和维护结构，所述隧道区域横向贯穿冷冻区域的内部，维护结构位于隧道区域的两侧，所述冷冻区域的内部分为冻结一区、冻结二区和冻结三区三个区域；本发明采用水平与垂直冻结孔相结合的方式来形成封闭的冻结帷幕，从而在挖掘过程中不仅起到加固土方的作用，还能起到止水的作用，并且冻结帷幕的硬度质量随着冷冻孔的冻结时间而发生改变，第二期液氮冻结和盐水冻结相结合，用于水平暗挖过程中，保证开挖土体的稳定和不透水性，通过该方式最大限度的保证了冻结壁的稳定和安全，避免大断面隧道发生塌方的情况。技术研发人员：周树清,王宗金,刘林林,林键,亓燕秋,蔡海兵,郝雷受保护的技术使用者：中煤第三建设（集团）有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18