專利名稱：一種盾構(gòu)隧道洞內(nèi)液氮冷凍更換尾刷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及盾構(gòu)設(shè)備的維修方法，尤其涉及一種盾構(gòu)隧道洞內(nèi)液氮冷凍更換尾刷的方法。
背景技術(shù)：
隨著盾構(gòu)施工技術(shù)的日益成熟，盾構(gòu)因其具有優(yōu)秀的安全性、高效性和可靠性，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于城市地鐵、市政公路隧道施工中，尤其是在穿越江河的水底隧道施工中泥水盾構(gòu)更是被廣泛應(yīng)用。在盾構(gòu)施工過(guò)程中，盾構(gòu)的盾尾密封性能狀態(tài)的良好情況，是決定盾構(gòu)施工人員、機(jī)械設(shè)備及隧道安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；因此在盾尾密封出現(xiàn)失效的情況下，特別是在水底隧道，如何安全可靠的更換盾尾密封，如何保證盾尾密封更換時(shí)周圍地層固結(jié)封水的可靠性，是一項(xiàng)迫切需要解決的問(wèn)題，這不僅僅涉及到盾尾密封更換的安全，也是保障已成型隧道安全和施工人員人生安全的需要。 現(xiàn)有技術(shù)中盾尾密封更換所采用的是鹽水凍結(jié)方法，其在凍結(jié)完工后，產(chǎn)生的廢水會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，因此也不符合高標(biāo)準(zhǔn)環(huán)保要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中由于盾構(gòu)機(jī)被迫停機(jī)位置地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水豐富且具有較強(qiáng)的承壓性，因此采用何種地層固結(jié)封水措施來(lái)防止地下承壓水進(jìn)入盾尾，保證盾尾密封檢修的安全，保證作業(yè)人員、盾構(gòu)設(shè)備和隧道的安全的問(wèn)題，提供了一種利用液氮凍結(jié)法凍結(jié)地層所形成的凍結(jié)帷幕，避免了傳統(tǒng)注漿法在承壓透水地層進(jìn)行地層固結(jié)封水處理所具有的不確定性，具有強(qiáng)度高、均勻性好、隔水性好等優(yōu)點(diǎn)的盾構(gòu)隧道洞內(nèi)液氮冷凍更換尾刷方法。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決
一種盾構(gòu)隧道洞內(nèi)液氮冷凍更換尾刷的方法，其特征在于包括以下工藝步驟一、施工準(zhǔn)備一二、凍結(jié)孔施工一三、凍結(jié)系統(tǒng)及測(cè)溫系統(tǒng)安裝一四、液氮凍結(jié)施工一五、盾尾密封檢修施工一六、凍結(jié)孔封堵施工一七、強(qiáng)制解凍施工一八、恢復(fù)盾構(gòu)推進(jìn)施工。作為優(yōu)選,一、施工準(zhǔn)備
a、確定更換盾尾刷；
b、利用盾尾同步注漿系統(tǒng)注漿；(使管片外弧面與土體之間填充密實(shí)，并起到一定的加固土體和止水效果)
二、凍結(jié)孔施工
a、凍結(jié)孔定位根據(jù)盾尾刷所處地理位置，以及周邊地質(zhì)條件確定凍結(jié)孔位；
b、第一次鉆孔；
孔位確定后，第一次開(kāi)孔，孔深40cm，留IOcm作為保護(hù)層。C、孔口管安裝將孔口管固定在鉆孔孔口位置，利用膨脹螺栓將孔口管固定在管片內(nèi)弧面上，將密封盤根輕壓在孔口管內(nèi)；將密封盤根輕壓在孔口管內(nèi)，防止第二次鉆孔時(shí)砂、水從鉆桿與孔口管之間流入隧道。d、安裝閘閥將閘閥安裝在孔口管上；
當(dāng)?shù)诙毋@孔過(guò)程中密封盤根失效，地層內(nèi)的水砂流量加大無(wú)法繼續(xù)鉆孔時(shí)，可以關(guān)閉閘閥，防止砂、水流進(jìn)隧道。e、孔口密封裝置安裝用高強(qiáng)度螺栓將孔口密封裝置安裝在閘閥上；
每一個(gè)鉆孔都要安裝孔口密封裝置，以防出現(xiàn)突發(fā)涌水涌砂現(xiàn)象，孔口密封裝置保留至凍結(jié)完成；若在鉆孔過(guò)程中涌水涌砂現(xiàn)象較為厲害，注水泥漿或雙液漿進(jìn)行止水，如地層內(nèi)的水砂流量加大，就及時(shí)關(guān)閉閘閥。f、第二次鉆孔調(diào)整好鉆機(jī)位置，將鉆頭裝入孔口密封裝置內(nèi)，然后打開(kāi)閘閥，將 鉆頭從閘閥內(nèi)直接打穿管片鉆進(jìn)，直至鉆頭鉆進(jìn)土體中，達(dá)到設(shè)計(jì)的孔深；
g、凍結(jié)管安裝鉆孔完成后，安裝凍結(jié)管及凍結(jié)管內(nèi)管；
三、凍結(jié)系統(tǒng)及測(cè)溫系統(tǒng)安裝
a、凍結(jié)孔施工完成后將凍結(jié)孔進(jìn)行分組，每個(gè)分組內(nèi)的凍結(jié)管相互串聯(lián)，形成分組連接管路，各分組管路再并聯(lián)到液氮供給分配器上；
b、用進(jìn)氣管將液氮接至凍結(jié)工作面上的分配器上；
C、排氣管和放空管從凍結(jié)器分組中接出；
d、將液氮容器與進(jìn)氣管連接；
將液氮容器與進(jìn)氣管連接，從而形成液氮凍結(jié)循環(huán)系統(tǒng)。e、確定測(cè)溫孔空位、孔深，將溫度計(jì)安裝在孔內(nèi)；
四、液氮凍結(jié)施工
a、積極凍結(jié)凍結(jié)管出口溫度控制在_70°C—-90°C，形成凍結(jié)帷幕；
凍結(jié)帷幕的形成保證盾尾密封檢修期間滴水不漏。b、維護(hù)凍結(jié)當(dāng)凍結(jié)壁達(dá)到設(shè)計(jì)厚度且完全膠結(jié)后進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)階段，維護(hù)凍結(jié)期將凍結(jié)管出口溫度控制在_50°C—-70°C，維護(hù)凍結(jié)時(shí)間貫穿整個(gè)盾尾密封刷更換施工過(guò)程;
凍結(jié)帷幕的形成確保了盾尾密封檢修期間滴水不漏，保障了盾尾更換過(guò)程的安全。凍結(jié)帷幕形成的整體防水體系，抗?jié)B性和整體封閉效果要優(yōu)于其他地層封水加固方法。此外液氮凍結(jié)法施工占用場(chǎng)地相對(duì)較小，是盾構(gòu)施工中地層固結(jié)封水處理的一種有效方法，新穎的工法技術(shù)將促進(jìn)地下工程施工技術(shù)的進(jìn)步，社會(huì)效益和環(huán)境效益明顯。該工法與同類的地層固結(jié)封水的工法相比，盾尾密封刷更換采用液氮凍結(jié)對(duì)地層進(jìn)行固結(jié)封水具有工期短、工程進(jìn)度快、干擾因素少的特點(diǎn)，在保證施工安全的前提條件下，最大程度地減少了對(duì)施工工期的影響，可以形成較好的經(jīng)濟(jì)效益。液氮?dú)饣罂梢灾苯优湃氪髿猓覜](méi)有污染，有利于文明施工和環(huán)境保護(hù)，可以形成較好的社會(huì)效益。該工法成功的解決了盾構(gòu)機(jī)在承壓水地層進(jìn)行盾尾密封更換的地層固結(jié)封水難題，能夠有效地防止涌水涌沙的發(fā)生。五、盾尾密封檢修施工
a、當(dāng)凍結(jié)封水后，采用碳刨割除舊尾刷，并用鋼絲刷及打磨機(jī)打磨平整焊接接口，舊尾刷割除后，采用電焊機(jī)將新尾刷焊接牢固，尾刷更換完成后，對(duì)新尾刷涂盾尾油脂；
六、凍結(jié)孔封堵施工；
七、強(qiáng)制解凍施工a、盾尾刷更換完成后在凍結(jié)區(qū)域管片處增加冷板進(jìn)行熱水循環(huán)，實(shí)施強(qiáng)制解凍；
八、恢復(fù)盾構(gòu)推進(jìn)施工。作為優(yōu)選，所述的步驟二中的鉆孔方式采用干式鉆進(jìn)，并將盤根輕壓在盤根盒內(nèi)，鉆孔過(guò)程中形成密封系統(tǒng)。作為優(yōu)選，所述的步驟三中，在對(duì)凍結(jié)孔進(jìn)行分組時(shí)，按照每組凍結(jié)孔管路長(zhǎng)度基本相近的原則進(jìn)行分組，分組數(shù)控制在5— 6組；進(jìn)氣管為不銹鋼軟管，排氣管和放空管為不銹鋼管。5— 6組輸送液氮效率高，抗氧化，耐用，更換期長(zhǎng)。作為優(yōu)選，所述的步驟三凍結(jié)系統(tǒng)安裝施工中，在輸送管路上包裹保溫板。防止液氮在管路輸送時(shí)制冷能力大量損耗。作為優(yōu)選，所述的步驟五盾尾密封檢修之前，對(duì)盾尾后部管片的連接螺栓進(jìn)行緊固。對(duì)盾尾后部管片的連接螺栓進(jìn)行緊固，防止管環(huán)之間發(fā)生松動(dòng)。 作為優(yōu)選，所述的步驟五盾尾密封刷檢修更換期間，采取管片輪換拆除措施，每次只拆除I一2塊管片。保證盾構(gòu)機(jī)具有足夠的頂推油缸來(lái)保持推力。作為優(yōu)選，所述的盾尾密封檢修碳刨、焊接盾構(gòu)密封過(guò)程中，電焊機(jī)的搭接線搭接在盾尾殼體上。防止主機(jī)內(nèi)的傳感器元件、油缸、主軸承、變速箱尺合處等出現(xiàn)損壞。作為優(yōu)選，所述的盾尾密封刷檢修更換期間，進(jìn)行密封刷保護(hù)工作，步驟如下
a、填充油脂在進(jìn)行更換密封刷的過(guò)程中，給每塊密封刷的鋼絲重新手工填注油脂；
b、密封刷抹油在管片重新安裝的過(guò)程中，在和管片接觸的彈簧鋼板面上抹上黃油；
C、密封槽填充油脂更換完密封刷并重新拼裝好管片后，在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)前，先通過(guò)盾尾
注脂系統(tǒng)給密封刷之間注入密封油脂；
d、及時(shí)清理盾殼底部在后續(xù)掘進(jìn)過(guò)程中，安裝環(huán)管片時(shí)，將盾殼底部清理干凈；
e、后續(xù)掘進(jìn)中控制在后續(xù)盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，要嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)及管片拼裝質(zhì)量。從而保護(hù)剛安裝上的密封刷。作為優(yōu)選，所述的實(shí)施強(qiáng)制解凍期間，在隧道內(nèi)安放熱水槽，采用電熱法提供熱水，熱水通過(guò)冷板內(nèi)管路進(jìn)行循環(huán)，從而使盾尾外殼周圍土體解凍。提供循環(huán)解凍效率，從而加快工程進(jìn)度。本發(fā)明利用液氮凍結(jié)法凍結(jié)地層所形成的凍結(jié)帷幕，避免了傳統(tǒng)注漿法在承壓透水地層進(jìn)行地層固結(jié)封水處理所具有的不確定性，具有強(qiáng)度高、均勻性好、隔水性好等優(yōu)點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明液氮凍結(jié)施工工藝流程圖。圖2為本發(fā)明凍結(jié)孔孔口裝置安裝示意圖。圖3為本發(fā)明中液氮凍結(jié)系統(tǒng)示意圖。其中I一隧道管片、2—膨脹螺絲、3—孔口管、4一閘閥、5—孔口密封裝置、6—鉆桿、7—小閘閥、8—放空管、9一主干管、10—主閘閥、11一凍結(jié)器、12—分配器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖I至附圖3與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述實(shí)施例I
一種盾構(gòu)隧道洞內(nèi)液氮冷凍更換尾刷的方法，如圖I至圖3所示，包括以下工藝步驟
一、施工準(zhǔn)備一二、凍結(jié)孔施工一三、凍結(jié)系統(tǒng)及測(cè)溫系統(tǒng)安裝一四、液氮凍結(jié)施工一五、盾尾密封檢修施工一六、凍結(jié)孔封堵施工一七、強(qiáng)制解凍施工一八、恢復(fù)盾構(gòu)推進(jìn)施工。其中具體步驟如下一、施工準(zhǔn)備
a、確定更換盾尾刷；
b、利用盾尾同步注漿系統(tǒng)注漿；
二、凍結(jié)孔施工
a、凍結(jié)孔定位根據(jù)盾尾刷所處地理位置，以及周邊地質(zhì)條件確定凍結(jié)孔位；
b、第一次鉆孔；
C、孔口管安裝將孔口管固定在鉆孔孔口位置，利用膨脹螺栓將孔口管固定在管片內(nèi)弧面上，將密封盤根輕壓在孔口管內(nèi)；
d、安裝閘閥將閘閥安裝在孔口管上；
e、孔口密封裝置安裝用高強(qiáng)度螺栓將孔口密封裝置安裝在閘閥上；
f、第二次鉆孔調(diào)整好鉆機(jī)位置，將鉆頭裝入孔口密封裝置內(nèi)，然后打開(kāi)閘閥，將鉆頭從閘閥內(nèi)直接打穿管片鉆進(jìn)，直至鉆頭鉆進(jìn)土體中，達(dá)到設(shè)計(jì)的孔深；
g、凍結(jié)管安裝鉆孔完成后，安裝凍結(jié)管及凍結(jié)管內(nèi)管；
三、凍結(jié)系統(tǒng)及測(cè)溫系統(tǒng)安裝
f、凍結(jié)孔施工完成后將凍結(jié)孔進(jìn)行分組，每個(gè)分組內(nèi)的凍結(jié)管相互串聯(lián)，形成分組連接管路，各分組管路再并聯(lián)到液氮供給分配器上；
g、用進(jìn)氣管將液氮接至凍結(jié)工作面上的分配器上；
h、排氣管和放空管從凍結(jié)器分組中接出；
i、將液氮容器與進(jìn)氣管連接；
j、確定測(cè)溫孔空位、孔深，將溫度計(jì)安裝在孔內(nèi)。四、液氮凍結(jié)施工
C、積極凍結(jié)凍結(jié)管出口溫度控制在_70°C—-90°C，形成凍結(jié)帷幕；
d、維護(hù)凍結(jié)當(dāng)凍結(jié)壁達(dá)到設(shè)計(jì)厚度且完全膠結(jié)后進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)階段，維護(hù)凍結(jié)期將凍結(jié)管出口溫度控制在_50°C—-70°C，維護(hù)凍結(jié)時(shí)間貫穿整個(gè)盾尾密封刷更換施工過(guò)程；
五、盾尾密封檢修施工
b、當(dāng)凍結(jié)封水后，采用碳刨割除舊尾刷，并用鋼絲刷及打磨機(jī)打磨平整焊接接口，舊尾刷割除后，采用電焊機(jī)將新尾刷焊接牢固，尾刷更換完成后，對(duì)新尾刷涂盾尾油脂；
六、凍結(jié)孔封堵施工；
七、強(qiáng)制解凍施工
a、盾尾刷更換完成后在凍結(jié)區(qū)域管片處增加冷板進(jìn)行熱水循環(huán)，實(shí)施強(qiáng)制解凍；
八、恢復(fù)盾構(gòu)推進(jìn)施工。步驟二的凍結(jié)孔施工中，利用盾尾同步注漿系統(tǒng)注漿，使管片外弧面與土體之間填充密實(shí)，并起到一定的加固土體和止水效果?？孜淮_定后，第一次開(kāi)孔，孔深40cm，留IOcm作為保護(hù)層。將密封盤根輕壓在孔口管內(nèi)，防止第二次鉆孔時(shí)砂、水從鉆桿與孔口管之間流入隧道。當(dāng)?shù)诙毋@孔過(guò)程中密封盤根失效，地層內(nèi)的水砂流量加大無(wú)法繼續(xù)鉆孔時(shí)，可以關(guān)閉閘閥，防止砂、水流進(jìn)隧道。每一個(gè)鉆孔都要安裝孔口密封裝置，以防出現(xiàn)突發(fā)涌水涌砂現(xiàn)象，孔口密封裝置保留至凍結(jié)完成；若在鉆孔過(guò)程中涌水涌砂現(xiàn)象較為厲害，注水泥漿或雙液漿進(jìn)行止水，如地層內(nèi)的水砂流量加大，就及時(shí)關(guān)閉閘閥。將液氮容器與進(jìn)氣管連接，形成液氮凍結(jié)循環(huán)系統(tǒng)。液氮凍結(jié)封水、更換盾尾刷具備的條件(1)液氮凍結(jié)時(shí)間達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)時(shí)間，液氮凍結(jié)效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。(2)根據(jù)測(cè)溫孔測(cè)溫推測(cè)凍結(jié)壁有效厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，凍結(jié)壁有效凍土平均溫度要達(dá)到凍結(jié)設(shè)計(jì)要求溫度及以下。(3)測(cè)溫孔溫度達(dá)到零度以下。(4)施工應(yīng)急預(yù)案完善，并具有可操作性。(5)盾尾刷更換之前，在盾尾刷附近管片位置鉆取探測(cè)觀察孔，觀察是否有水流出?？卓诿?封裝置包括法蘭，止?jié){器。止?jié){器上裝有用于密封鉆桿的V型密封圈。止?jié){器內(nèi)體與止?jié){器外殼保持徑向間隙用于補(bǔ)償鉆桿的偏心，旋噴過(guò)程中，打開(kāi)球閥，被置換體沿回灌漿管流出。步驟二中的鉆孔方式采用干式鉆進(jìn)，并將盤根輕壓在盤根盒內(nèi)，鉆孔過(guò)程中形成密封系統(tǒng)。步驟三中，在對(duì)凍結(jié)孔進(jìn)行分組時(shí)，按照每組凍結(jié)孔管路長(zhǎng)度基本相近的原則進(jìn)行分組，分組數(shù)控制在5—6組；進(jìn)氣管為不銹鋼軟管，排氣管和放空管為不銹鋼管。凍結(jié)孔管路長(zhǎng)度基本相近的原則為，在旋轉(zhuǎn)凍結(jié)管時(shí)，入選凍結(jié)管的長(zhǎng)度與總體凍結(jié)管長(zhǎng)度的平均值相差為±5厘米以內(nèi)，選擇分組為5—6組，具有輸送液氮效率高，抗氧化性強(qiáng)，耐用，更換期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。步驟三凍結(jié)系統(tǒng)安裝施工中，在輸送管路上包裹保溫板。防止液氮在管路輸送時(shí)制冷能力大量損耗。步驟五盾尾密封檢修之前，對(duì)盾尾后部管片的連接螺栓進(jìn)行緊固。防止管環(huán)之間發(fā)生松動(dòng)。步驟五盾尾密封刷檢修更換期間，采取管片輪換拆除措施，每次只拆除I一2塊管片。保證盾構(gòu)機(jī)具有足夠的頂推油缸來(lái)保持推力。盾尾密封檢修碳刨、焊接盾構(gòu)密封過(guò)程中，電焊機(jī)的搭接線搭接在盾尾殼體上。防止主機(jī)內(nèi)的傳感器元件、油缸、主軸承、變速箱尺合處等出現(xiàn)損壞。盾尾密封刷檢修更換期間，進(jìn)行密封刷保護(hù)工作，步驟如下
a、填充油脂在進(jìn)行更換密封刷的過(guò)程中，給每塊密封刷的鋼絲重新手工填注油脂；
b、密封刷抹油在管片重新安裝的過(guò)程中，在和管片接觸的彈簧鋼板面上抹上黃油；
C、密封槽填充油脂更換完密封刷并重新拼裝好管片后，在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)前，先通過(guò)盾尾
注脂系統(tǒng)給密封刷之間注入密封油脂；
d、及時(shí)清理盾殼底部在后續(xù)掘進(jìn)過(guò)程中，安裝環(huán)管片時(shí)，將盾殼底部清理干凈；
e、后續(xù)掘進(jìn)中控制在后續(xù)盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，要嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)及管片拼裝質(zhì)量。從而保護(hù)剛安裝上的密封刷。實(shí)施強(qiáng)制解凍期間，在隧道內(nèi)安放熱水槽，采用電熱法提供熱水，熱水通過(guò)冷板內(nèi)管路進(jìn)行循環(huán)，從而使盾尾外殼周圍土體解凍。提高循環(huán)解凍效率。實(shí)施例2
一種盾構(gòu)隧道洞內(nèi)液氮冷凍更換尾刷的方法，如圖I至圖3所示，包括一、施工準(zhǔn)備一
二、凍結(jié)孔施工一三、凍結(jié)系統(tǒng)及測(cè)溫系統(tǒng)安裝一四、液氮凍結(jié)施工一五、盾尾密封檢修施工一六、凍結(jié)孔封堵施工一七、強(qiáng)制解凍施工一八、恢復(fù)盾構(gòu)推進(jìn)施工。
其中凍結(jié)孔的施工工序?yàn)榘凑諆鼋Y(jié)孔施工圖確定孔位及孔口管安裝一安裝孔口密封裝置保證開(kāi)孔的安全一孔口密封裝置經(jīng)檢查確認(rèn)安裝牢固一進(jìn)行開(kāi)孔作業(yè)，鉆取凍結(jié)孔一凍結(jié)孔鉆取完成后開(kāi)始進(jìn)行凍結(jié)管的安裝。(I)、在管片上測(cè)量放樣，確定好各孔位置首先確定冷凍孔孔位，孔位確定后按設(shè)計(jì)角度將孔口管固定在管片上，裝上球形閘閥。(2)、孔口密封裝置安裝用高強(qiáng)度螺栓將孔口密封裝置安裝在閘閥上，詳見(jiàn)圖2所示。每一個(gè)鉆孔都要安裝孔口密封裝置，以防出現(xiàn)突發(fā)涌水涌砂現(xiàn)象，孔口密封裝置保留至凍結(jié)完成；若在鉆孔過(guò)程中涌水涌砂現(xiàn)象 較為厲害，注水泥漿或雙液漿進(jìn)行止水，如地層內(nèi)的水砂流量加大，就及時(shí)關(guān)閉閘閥。(3)、鉆孔按設(shè)計(jì)要求調(diào)整好鉆機(jī)位置，并固定好，將鉆頭裝入孔口密封裝置內(nèi)，應(yīng)采用干式鉆進(jìn)，在孔口密封裝置上接上閥門，并將盤根輕壓在盤根盒內(nèi)，檢查無(wú)誤后，再將球形閘閥打開(kāi)，用開(kāi)孔鉆頭從閘閥內(nèi)開(kāi)孔鉆進(jìn)，一直鉆進(jìn)土體中。(4)、凍結(jié)管安裝鉆孔完成后，安裝凍結(jié)管及凍結(jié)管內(nèi)管，并用系統(tǒng)連接管路連接凍結(jié)管。凍結(jié)孔孔口裝置安裝示意圖，如圖2所示。凍結(jié)系統(tǒng)安裝施工如下
(I)、凍結(jié)孔施工完成后將凍結(jié)孔進(jìn)行分組，分組按照每組凍結(jié)孔管路長(zhǎng)度基本相近的原則進(jìn)行。凍結(jié)分組不宜過(guò)多，一般控制在5— 6組即可滿足要求。每個(gè)分組內(nèi)的凍結(jié)管相互串聯(lián)，形成分組連接管路，分組管路之間再并聯(lián)到液氮供給分配器上，實(shí)施凍結(jié)時(shí)每個(gè)分組的液氮流量可以通過(guò)分配器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，液氮凍結(jié)系統(tǒng)各部位連接情況如圖3所示。(2)、利用不銹鋼軟管作為進(jìn)氣管將液氮接至凍結(jié)工作面上的分配器上，通過(guò)進(jìn)氣管輸送液氮到凍結(jié)器，利用液氮?dú)饣瘜?shí)施制冷凍結(jié)。(3)、排氣管和放空管使用不銹鋼管管材，排氣管和放空管從凍結(jié)器分組中接出，實(shí)現(xiàn)液氮?dú)饣蟮呐欧拧?4)、進(jìn)行液氮凍結(jié)施工時(shí)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況將液氮供應(yīng)槽車設(shè)置在盾構(gòu)工作井處或采用小型液氮供應(yīng)槽車運(yùn)輸液氮進(jìn)入工作面，液氮槽車與進(jìn)氣管形成連接供給液氮。(5)、在輸送管路上包裹保溫板，以防止液氮在管路輸送時(shí)制冷能力大量損耗。液氮凍結(jié)施工如下液氮凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后開(kāi)始進(jìn)行液氮凍結(jié)施工，液氮凍結(jié)施工分為積極凍結(jié)和維護(hù)凍結(jié)兩個(gè)階段。積極凍結(jié)階段為凍結(jié)帷幕的形成階段，積極凍結(jié)期間凍結(jié)管出口溫度控制在-70°C -90°C，按照設(shè)計(jì)凍結(jié)時(shí)間進(jìn)行凍結(jié)。積極凍結(jié)過(guò)程中，根據(jù)測(cè)溫資料來(lái)判斷凍結(jié)帷幕是否交圈，形成凍結(jié)壁，凍結(jié)壁達(dá)到設(shè)計(jì)厚度且完全膠結(jié)后方可進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)階段。維護(hù)凍結(jié)期凍結(jié)管出口溫度控制在-50°C -70°C，維護(hù)凍結(jié)時(shí)間貫穿整個(gè)盾尾密封刷更換施工過(guò)程。凍結(jié)施工效果確定如下液氮凍結(jié)在有效凍結(jié)或積極凍結(jié)時(shí)間達(dá)到預(yù)計(jì)要求時(shí)，根據(jù)測(cè)溫孔測(cè)溫情況進(jìn)行凍結(jié)壁有效厚度的推算。當(dāng)推算出凍結(jié)壁有效凍土溫度及凍結(jié)壁有效厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可以認(rèn)為液氮凍結(jié)效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。為了保證盾尾密封刷檢修的安全性，在進(jìn)行盾尾刷檢修之前還需在液氮凍結(jié)區(qū)域鉆取探測(cè)觀察孔，觀察是否有水流出，以檢查實(shí)際凍結(jié)效果。完成上述步驟，確認(rèn)凍結(jié)效果實(shí)施良好后，盾構(gòu)機(jī)才能進(jìn)行盾尾密封檢修作業(yè)。
盾尾密封檢修如下在盾尾密封檢修過(guò)程中，采取如下措施保證盾尾密封檢修的順利進(jìn)行
(I)、達(dá)到凍結(jié)封水效果后，必須重新緊固盾尾后部5環(huán)管片的連接螺栓，防止管環(huán)之間發(fā)生松動(dòng)。(2)、為了防止檢修尾刷時(shí)盾構(gòu)機(jī)盾體發(fā)生后移，盾構(gòu)機(jī)在更換尾刷期間，采取管片輪換拆除的措施，每次只拆除I 2塊管片，以保證盾構(gòu)機(jī)具有足夠的頂推油缸來(lái)保持頂推力。(3)、檢修盾尾密封刷，根據(jù)盾尾密封檢查情況，判斷盾尾密封刷是否需要進(jìn)行更換。( 4 )、在進(jìn)行盾尾密封檢查更換過(guò)程中，將密封腔內(nèi)注漿漿液固結(jié)塊清理干凈。(5)、確定需要進(jìn)行盾尾密封更換時(shí)，從上向下采用碳刨割除舊尾刷，并用鋼絲刷 及打磨機(jī)打磨平整焊接接口。舊尾刷割除后，采用電焊機(jī)將新尾刷焊接牢固。尾刷更換完成后，對(duì)新尾刷涂盾尾油脂，油脂應(yīng)采用較好油脂，確保尾刷內(nèi)部油脂均勻飽滿。(6)、由于尾刷處有大量的油脂，在碳刨、焊接過(guò)程中容易起火燃燒，因此需將露出的油脂全部清理干凈，采用石棉布將裸露的尾刷和油脂覆蓋，同時(shí)備用C02干式滅火器。(7)、在碳刨、焊接盾構(gòu)密封過(guò)程中、為了防止主機(jī)內(nèi)的傳感器元件、油缸、主軸承、變速箱嚙合處等出現(xiàn)損壞，電焊機(jī)的搭接線必須搭接在盾尾殼體上。保護(hù)密封刷的工作應(yīng)該與更換密封刷同步進(jìn)行，為防止密封刷的再次損壞，采取以下防范措施
(1)、填充油脂為了防止密封刷的損壞，同時(shí)增加密封的效果，在進(jìn)行更換密封刷的過(guò)程中，需要給每塊密封刷的鋼絲重新手工填注油脂；
(2)、密封刷抹油在管片重新安裝的過(guò)程中，給彈簧鋼板(和管片接觸的一面)抹上黃油，增加管片與彈簧鋼板間的潤(rùn)滑；
(3)、密封槽填充油脂更換完密封刷并重新拼裝好管片后，在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)前，先通過(guò)盾尾注脂系統(tǒng)給密封刷之間注入密封油脂。(4)、及時(shí)清理盾殼底部在后續(xù)掘進(jìn)過(guò)程中，安裝每環(huán)管片時(shí)，必需將盾殼底部清理干凈，避免有碎石夾在管片與盾殼之間，防止隨著管片的后移而損傷到密封刷。(5)、后續(xù)掘進(jìn)中控制在后續(xù)盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，要嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)及管片拼裝質(zhì)量。強(qiáng)制解凍措施如下盾尾刷更換完成后在需要在凍結(jié)區(qū)域管片處增加冷板進(jìn)行熱水循環(huán)，實(shí)施強(qiáng)制解凍。實(shí)施強(qiáng)制解凍時(shí)，在隧道內(nèi)安放熱水槽，采用電熱法提供熱水，熱水通過(guò)冷板內(nèi)管路進(jìn)行循環(huán)，從而使盾尾外殼周圍土體解凍。溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)與分析如下確保盾尾密封檢修工程安全的關(guān)鍵是全過(guò)程監(jiān)測(cè)液氮凍結(jié)土體的溫度變化情況，在整個(gè)液氮凍結(jié)施工過(guò)程中，需要設(shè)置測(cè)溫孔來(lái)監(jiān)測(cè)凍結(jié)溫度場(chǎng)，及時(shí)測(cè)量盾尾密封檢修施工階段的動(dòng)態(tài)溫度數(shù)值，并與分析計(jì)算值比較，及時(shí)反饋指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工?？傊陨纤鰞H為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種盾構(gòu)隧道洞內(nèi)液氮冷凍更換尾刷的方法，其特征在于包括以下工藝步驟一、施工準(zhǔn)備一二、凍結(jié)孔施工一三、凍結(jié)系統(tǒng)及測(cè)溫系統(tǒng)安裝一四、液氮凍結(jié)施工一五、盾尾密封檢修施工一六、凍結(jié)孔封堵施工一七、強(qiáng)制解凍施工一八、恢復(fù)盾構(gòu)推進(jìn)施工。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種盾構(gòu)隧道洞內(nèi)液氮冷凍更換尾刷的方法，其特征在于 一、施工準(zhǔn)備 a、確定更換盾尾刷； b、利用盾尾同步注漿系統(tǒng)注漿； 二、凍結(jié)孔施工 a、凍結(jié)孔定位根據(jù)盾尾刷所處地理位置，以及周邊地質(zhì)條件確定凍結(jié)孔位； b、第一次鉆孔； C、孔口管安裝將孔口管固定在鉆孔孔口位置，利用膨脹螺栓將孔口管固定在管片內(nèi)弧面上，將密封盤根輕壓在孔口管內(nèi)； d、安裝閘閥將閘閥安裝在孔口管上； e、孔口密封裝置安裝用高強(qiáng)度螺栓將孔口密封裝置安裝在閘閥上； f、第二次鉆孔調(diào)整好鉆機(jī)位置，將鉆頭裝入孔口密封裝置內(nèi)，然后打開(kāi)閘閥，將鉆頭從閘閥內(nèi)直接打穿管片鉆進(jìn)，直至鉆頭鉆進(jìn)土體中，達(dá)到設(shè)計(jì)的孔深； g、凍結(jié)管安裝鉆孔完成后，安裝凍結(jié)管及凍結(jié)管內(nèi)管； 三、凍結(jié)系統(tǒng)及測(cè)溫系統(tǒng)安裝 凍結(jié)孔施工完成后將凍結(jié)孔進(jìn)行分組，每個(gè)分組內(nèi)的凍結(jié)管相互串聯(lián)，形成分組連接管路，各分組管路再并聯(lián)到液氮供給分配器上； 用進(jìn)氣管將液氮接至凍結(jié)工作面上的分配器上； 排氣管和放空管從凍結(jié)器分組中接出； 將液氮容器與進(jìn)氣管連接； 確定測(cè)溫孔空位、孔深，將溫度計(jì)安裝在孔內(nèi)； 四、液氮凍結(jié)施工 積極凍結(jié)凍結(jié)管出口溫度控制在_70°C—-90°C，形成凍結(jié)帷幕； 維護(hù)凍結(jié)當(dāng)凍結(jié)壁達(dá)到設(shè)計(jì)厚度且完全膠結(jié)后進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)階段，維護(hù)凍結(jié)期將凍結(jié)管出口溫度控制在_50°C—-70°C，維護(hù)凍結(jié)時(shí)間貫穿整個(gè)盾尾密封刷更換施工過(guò)程； 五、盾尾密封檢修施工 當(dāng)凍結(jié)封水后，采用碳刨割除舊尾刷，并用鋼絲刷及打磨機(jī)打磨平整焊接接口，舊尾刷割除后，采用電焊機(jī)將新尾刷焊接牢固，尾刷更換完成后，對(duì)新尾刷涂盾尾油脂； 六、凍結(jié)孔封堵施工； 七、強(qiáng)制解凍施工 a、盾尾刷更換完成后在凍結(jié)區(qū)域管片處增加冷板進(jìn)行熱水循環(huán)，實(shí)施強(qiáng)制解凍； 八、恢復(fù)盾構(gòu)推進(jìn)施工。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種盾構(gòu)隧道洞內(nèi)液氮冷凍更換尾刷的方法，其特征在于所述的步驟二中的鉆孔方式采用干式鉆進(jìn)，并將盤根輕壓在盤根盒內(nèi)，鉆孔過(guò)程中形成密封系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種盾構(gòu)隧道洞內(nèi)液氮冷凍更換尾刷的方法，其特征在于所述的步驟三中，在對(duì)凍結(jié)孔進(jìn)行分組時(shí)，按照每組凍結(jié)孔管路長(zhǎng)度基本相近的原則進(jìn)行分組，分組數(shù)控制在5— 6組；進(jìn)氣管為不銹鋼軟管，排氣管和放空管為不銹鋼管。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種盾構(gòu)隧道洞內(nèi)液氮冷凍更換尾刷的方法，其特征在于所述的步驟三凍結(jié)系統(tǒng)安裝施工中，在輸送管路上包裹保溫板。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種盾構(gòu)隧道洞內(nèi)液氮冷凍更換尾刷的方法，其特征在于所述的步驟五盾尾密封檢修之前，對(duì)盾尾后部管片的連接螺栓進(jìn)行緊固。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種盾構(gòu)隧道洞內(nèi)液氮冷凍更換尾刷的方法，其特征在于所述的步驟五盾尾密封刷檢修更換期間，采取管片輪換拆除措施，每次只拆除I一2塊管片。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種盾構(gòu)隧道洞內(nèi)液氮冷凍更換尾刷的方法，其特征在于所述的盾尾密封檢修碳刨、焊接盾構(gòu)密封過(guò)程中，電焊機(jī)的搭接線搭接在盾尾殼體上。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種盾構(gòu)隧道洞內(nèi)液氮冷凍更換尾刷的方法，其特征在于所述的盾尾密封刷檢修更換期間，進(jìn)行密封刷保護(hù)工作，步驟如下 a、填充油脂在進(jìn)行更換密封刷的過(guò)程中，給每塊密封刷的鋼絲重新手工填注油脂； b、密封刷抹油在管片重新安裝的過(guò)程中，在和管片接觸的彈簧鋼板面上抹上黃油； C、密封槽填充油脂更換完密封刷并重新拼裝好管片后，在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)前，先通過(guò)盾尾注脂系統(tǒng)給密封刷之間注入密封油脂； d、及時(shí)清理盾殼底部在后續(xù)掘進(jìn)過(guò)程中，安裝環(huán)管片時(shí)，將盾殼底部清理干凈； e、后續(xù)掘進(jìn)中控制在后續(xù)盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，要嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)及管片拼裝質(zhì)量。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種盾構(gòu)隧道洞內(nèi)液氮冷凍更換尾刷的方法，其特征在于所述的實(shí)施強(qiáng)制解凍期間，在隧道內(nèi)安放熱水槽，采用電熱法提供熱水，熱水通過(guò)冷板內(nèi)管路進(jìn)行循環(huán)，從而使盾尾外殼周圍土體解凍。
全文摘要
本發(fā)明涉及盾構(gòu)設(shè)備的維修方法，公開(kāi)一種盾構(gòu)隧道洞內(nèi)液氮冷凍更換尾刷的方法，包括以下工藝步驟一、施工準(zhǔn)備；二、凍結(jié)孔施工；三、凍結(jié)系統(tǒng)及測(cè)溫系統(tǒng)安裝；四、液氮凍結(jié)施工；五、盾尾密封檢修施工；六、凍結(jié)孔封堵施工；七、強(qiáng)制解凍施工；八、恢復(fù)盾構(gòu)推進(jìn)施工。本發(fā)明利用液氮凍結(jié)法凍結(jié)地層所形成的凍結(jié)帷幕，避免了傳統(tǒng)注漿法在承壓透水地層進(jìn)行地層固結(jié)封水處理所具有的不確定性，具有強(qiáng)度高、均勻性好、隔水性好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21D9/06GK102720506SQ201210175808
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者何天銘, 張彪, 李科, 洪開(kāi)榮, 王承山, 謝文斌, 郝利軍 申請(qǐng)人:中鐵隧道股份有限公司