一种用于防止渗水的地铁盾构施工设备和方法与流程

本发明属于地铁盾构施工通道防渗水，具体涉及一种用于防止渗水的地铁盾构施工设备和方法。

背景技术：

1、一般盾构机掘进到位后，开始进入地铁车站接收井，对于土体不好地层，通常采用注浆（水泥浆）加固，防止盾构机出洞时，出现涌水涌砂引起地面坍塌。因此，对于富水砂质地层，通常采用水平冻结（水平杯口冻结，像个玻璃水杯，杯底相当于全断面冻结，然后杯壁相当于冻结盾构机穿过区域的外围土体）。

2、注浆加固一般采用地面打眼向下注浆，若遇到地面有建构筑物，不易施工，且注浆加固效果有时不好。

3、且盾构机贯通后，管片壁后的地下水顺着管片向外流出，带泥带砂，引起涌水涌砂，造成地面沉降或坍塌。

4、为此，提出一种用于防止渗水的地铁盾构施工设备和方法用于解决上述弊端。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单，设计合理的防止渗水的地铁盾构施工设备和方法。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

3、本发明公开了一种用于防止渗水的地铁盾构施工设备，包括盾构组件，所述盾构组件包括向前掘进以在土壤层中打孔形成通道的刀盘，设置在刀盘的一侧且驱动刀盘向前掘进的盾构驱动组件以及设置在盾构驱动组件移动末尾的盾尾部分，该设备还包括贴合于通道内壁上的管片，管片包括存储水的管道片体与支撑管道片体的钢架，管道片体和钢架之间通过混凝土浇筑形成管片，管道片体的一侧设有供管道片体中水进出的盐水进出口，盐水进出口贯穿管片凹陷的一面，盾构驱动组件的一侧设有冷冻单元，冷冻单元包括向管道片体中供水的盐水箱、给管道片体中水提供冷冻力的冷冻机组、冷却塔，在通过冷冻机组、冷却塔将管道片体中水冷冻时，管片被冷冻，从而微冻结管片外侧通道内壁。

4、作为本发明的进一步优化方案，所述通道内壁与管片之间形成微冻结的新冻结层，新冻结层的外层形成外围维护冻结层。

5、本发明中盾构组件在土壤层中向前掘进时打造通道，此时，在通道的内壁上铺设管片，通过盾构组件上本身带有的注浆设备对管片和通道内壁之间进行注浆，形成注浆层，冷冻机组、冷却塔将管片中的水进行冷冻，从而将注浆层冷冻，形成微冻的新冻结层与外围维护冻结层，完成通道内壁的加固和防水，不会造成涌水涌砂，解决通道内壁渗水现象和引起地面沉降或坍塌的现象。

6、且通道内壁被微冻之后不影响盾构组件向前掘进，不会出现盾构组件的盾尾部分与管片以及外围土体冻结成一个整体，使盾构组件困死的情况，微冻结能够有效隔绝地下水，适应性强，不受除低含水量地层以外的地层条件的限制，施工灵活，绿色施工，无污染，且复杂地层施工经济合理。

7、作为本发明的进一步优化方案，所述通道的一侧被刀盘向前掘进形成开口，开口处设置有安装门，安装门的内侧设置有维护结构，维护结构为混凝土墙体，安装门通过钢套筒连接在维护结构上，安装门与维护结构的连接处靠近外缘的位置设有预埋钢环，钢套筒安装在预埋钢环上，安装门远离通道的一侧为腔室主体结构。

8、需要说明的是，一般盾构组件掘进到位后，盾构组件贯通出洞时，管片壁后的地下水顺着管片向外流出，带泥带砂，引起涌水涌砂，造成地面沉降或坍塌，所以，在管片与外围土体之间采用微冻结，防止冻结效果不好出现的涌水涌砂，在盾构组件贯通出洞时，在通道开口安装有安装门，安装门为厚实钢体结构，将安装门进行关闭并密封，防止大量涌水涌砂导致的地面沉降和地面坍塌。

9、作为本发明的进一步优化方案，所述管道片体由五道可冻结管片组成，五道可冻结管片呈弧形状设置且首尾连通。

10、进一步的，管道片体中的水相互连通，对水冷冻时，可将低温传递给管片外侧的外围土体和浇筑层，实现外围土体和浇筑层的微冻效果。

11、作为本发明的进一步优化方案，所述管片呈弧形板状结构拼接在管道的内壁上。

12、需要说明的是，管片与管道内壁匹配，可将管道内壁围护起来，避免出现管道内壁塌陷等情况，装置中，管片内部的钢架由上下拼接的弧形网架组成，上下弧形网架之间通过竖直的钢筋焊接固定，管道片体焊接在钢架的上方，在混凝土浇筑在管道片体和钢架上凝固之后形成的管片强度较高。

13、作为本发明的进一步优化方案，所述安装门上相应的设有给通道与管片外层之间的空隙注浆的注浆阀，安装门上还相应设置有供注浆时泄压的泄压阀。

14、注浆阀和泄压阀使用现有技术中普通的注浆阀和泄压阀，方便对管片与管道之间的空隙进行注浆操作。

15、作为本发明的进一步优化方案，所述安装门通过推动单元可开合的支撑在腔室主体结构上，安装门关闭时，防止注浆泄露。

16、其中，推动单元可使用气缸、油缸等装置，推动单元的两端分别活动铰接在安装门的外侧表面与腔室主体结构上的支撑板上，方便安装门的打开和关闭。

17、装置中，盐水箱对管片内部提供盐水，冻结技术是利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁的保护下进行地下工程掘砌施工的特殊施工技术，其实质是利用人工制冷临时改变岩土性质以固结地层，冻结壁是一种临时支护结构，永久支护形成后，停止冻结，冻结壁融化，岩土工程冻结制冷技术通常利用物质由液态变为气态，即汽化过程的吸热现象来完成的，其制冷系统多以氨作为制冷工质，为了使氨由液态变为气态，再由气态变为液态，如此循环进行，整个制冷系统由氨循环系统、盐水循环系统和冷却水循环系统三大循环构成。

18、作为本发明的进一步优化方案，所述管片的侧面设置有叉装孔，所述管道片体的首尾位置分别连通设置有第一管道和第二管道，第一管道和第二管道均伸出对应的叉装孔位置，相邻两组管片之间对应的第一管道和第二管道之间对接，所述第二管道卡合在第一管道的内部，第一管道的内壁固定设置有橡胶密封圈，橡胶密封圈活动贴合在第二管道的端部完成第一管道和第二管道对接处的密封。

19、为了方便管片在通道中搬运，在管片的侧面设置有圆形或者其他形状的叉装孔，方便管片的搬运使用，而多组管片之间拼接时，对应的第一管道和第二管道之间对接，形成了将多组管片内部的管道片体串联为整体流通通道的目的，流通通道与盐水箱、冷冻机组、冷却塔之间组成串联的循环通道，盐水在循环通道中流动，从而对形成对管道内壁微冻的循环微冻系统。

20、作为本发明的进一步优化方案，所述维护结构上设置有加强注浆孔，加强注浆孔同时贯穿维护结构的两侧面，加强注浆孔上方内壁设置有伸缩槽，伸缩槽中活动设置有用于隔断加强注浆孔的密封块，伸缩槽的顶部安装有推动密封块升降的动力单元。

21、设备中，在维护结构上设置有加强注浆孔，可在后续使用时对安装门位置的通道内壁注浆，便于后期对管道内壁结构强度的加强，具体的，在加强管道内壁结构强度时，通过动力单元拉持密封块上升，密封块将加强注浆孔打开，将注浆锚杆穿过加强注浆孔并插入到管道内壁结构中，通过注浆锚杆对管道内壁结构进行注浆，注浆完毕之后关闭加强注浆孔即可，方便实用。

22、而上述设备中，动力单元可使用气缸等装置实现，腔室主体结构可为车站主体等，为通道端部的使用位置，如地铁通道端部的地铁站室等。

23、本发明还公开了一种用于防止渗水的地铁盾构施工方法，包括如上所述的一种用于防止渗水的地铁盾构施工设备，还包括以下步骤：

24、s1：通道施工，盾构驱动组件带动刀盘在土壤层中向前掘进，掘进时形成通道；

25、s2：临时支护，在刀盘一边掘进时一边在新掘进形成的通道内壁上均匀的铺设有管片，在管片与通道内壁之间注浆，形成临时支护结构；

26、s3：微冻防渗水施工，通过冷冻机组、冷却塔将管道片体中水冷冻时，管片被冷冻，从而微冻结管片外侧通道内壁，通道内壁与管片之间形成微冻结的新冻结层，新冻结层的外层形成外围维护冻结层，完成通道内壁的加固和防水，不会造成涌水涌砂，解决通道内壁渗水现象和引起地面沉降或坍塌的现象；

27、s4：后维护措施，在通道贯穿至腔室主体结构中时，在通道的开口处安装有安装门、维护结构，安装门可开合，便于对通道的尽头进行维护和支撑，而维护结构上设置有加强注浆孔，通过加强注浆孔可对管道内壁进行加强注浆操作，便于后期对管道内壁结构强度的加强。

28、本发明的有益效果在于：本发明中盾构组件在土壤层中向前掘进时打造通道，此时，在通道的内壁上铺设管片，通过盾构组件上本身带有的注浆设备对管片和通道内壁之间进行注浆，形成注浆层，冷冻机组、冷却塔将管片中的水进行冷冻，从而将注浆层冷冻，形成微冻的新冻结层与外围维护冻结层，完成通道内壁的加固和防水，不会造成涌水涌砂，解决通道内壁渗水现象和引起地面沉降或坍塌的现象。

29、本发明中通道内壁被微冻之后不影响盾构组件向前掘进，不会出现盾构组件的盾尾部分与管片以及外围土体冻结成一个整体，使盾构组件困死的情况，微冻结能够有效隔绝地下水，适应性强，不受除低含水量地层以外的地层条件的限制，施工灵活，绿色施工，无污染，且复杂地层施工经济合理。

30、本发明中一般盾构组件掘进到位后，盾构组件贯通出洞时，管片壁后的地下水顺着管片向外流出，带泥带砂，引起涌水涌砂，造成地面沉降或坍塌，所以，在管片与外围土体之间采用微冻结，防止冻结效果不好出现的涌水涌砂，在盾构组件贯通出洞时，在通道开口安装有安装门，安装门为厚实钢体结构，将安装门进行关闭并密封，防止大量涌水涌砂导致的地面沉降和地面坍塌。

31、本发明中管道片体中的水相互连通，对水冷冻时，可将低温传递给管片外侧的外围土体和浇筑层，实现外围土体和浇筑层的微冻效果。

32、本发明中管片与管道内壁匹配，可将管道内壁围护起来，避免出现管道内壁塌陷等情况，装置中，管片内部的钢架由上下拼接的弧形网架组成，上下弧形网架之间通过竖直的钢筋焊接固定，管道片体焊接在钢架的上方，在混凝土浇筑在管道片体和钢架上凝固之后形成的管片强度较高。

33、本发明中盐水箱对管片内部提供盐水，冻结技术是利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁的保护下进行地下工程掘砌施工的特殊施工技术，其实质是利用人工制冷临时改变岩土性质以固结地层，冻结壁是一种临时支护结构，永久支护形成后，停止冻结，冻结壁融化，岩土工程冻结制冷技术通常利用物质由液态变为气态，即汽化过程的吸热现象来完成的，其制冷系统多以氨作为制冷工质，为了使氨由液态变为气态，再由气态变为液态，如此循环进行，整个制冷系统由氨循环系统、盐水循环系统和冷却水循环系统三大循环构成。

34、本发明中为了方便管片在通道中搬运，在管片的侧面设置有圆形或者其他形状的叉装孔，方便管片的搬运使用，而多组管片之间拼接时，对应的第一管道和第二管道之间对接，形成了将多组管片内部的管道片体串联为整体流通通道的目的，流通通道与盐水箱、冷冻机组、冷却塔之间组成串联的循环通道，盐水在循环通道中流动，从而对形成对管道内壁微冻的循环微冻系统。

35、本发明中在维护结构上设置有加强注浆孔，可在后续使用时对安装门位置的通道内壁注浆，便于后期对管道内壁结构强度的加强，具体的，在加强管道内壁结构强度时，通过动力单元拉持密封块上升，密封块将加强注浆孔打开，将注浆锚杆穿过加强注浆孔并插入到管道内壁结构中，通过注浆锚杆对管道内壁结构进行注浆，注浆完毕之后关闭加强注浆孔即可，方便实用。