[實(shí)用新型]一種高水壓超長距離大斷面隧道液氮凍結(jié)系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520057861.3
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN204627614U
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊平;何文龍;張婷;張英明;丁順良;繆海劍;石泉彬;姚占虎
• 申請（專利權(quán)）人: 南京林業(yè)大學(xué)
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及的是一種高水壓超長距離越江(海)大斷面隧道液氮凍結(jié)系統(tǒng)，屬于盾構(gòu)隧道加固技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著盾構(gòu)施工方法在地鐵、過江跨海隧道中的廣泛應(yīng)用，在軟弱地層和水壓力為0.4MPa～0.7MPa的高承壓含水層條件下，超過1000m的超長距離，直徑為14～16m大斷面盾構(gòu)施工中遇到的工程問題越來越突出，其中盾尾滲漏防治與控制及盾尾刷更換是越江跨海交通隧道工程中一個施工難點(diǎn)，如果盾尾漏漿嚴(yán)重，將導(dǎo)致切口水壓下降，刀盤前方土體失穩(wěn)，并且隧道內(nèi)將大量淤積泥漿，若抽排不及時，將造成盾構(gòu)機(jī)被淹沒，因此，盾構(gòu)在長距離連續(xù)掘進(jìn)過程中，需要一個密閉的工作環(huán)境，盾尾鋼絲刷和盾尾止?jié){板的存在，有效的隔斷了盾構(gòu)機(jī)與地層之間的流水通道，阻斷了含水地層向盾構(gòu)機(jī)內(nèi)的滲漏，從而保證了盾構(gòu)機(jī)的安全掘進(jìn)。

盾尾密封刷一般采用多層鋼絲刷，在鋼絲刷間的空隙處加壓注入密封油脂作為填充以增加密封效果。在實(shí)際盾構(gòu)施工中密封刷的密封效果會逐漸減弱，其原因主要有以下幾點(diǎn)：密封油脂注入量不足；盾構(gòu)機(jī)調(diào)整姿態(tài)過猛；環(huán)片背部破損水泥塊或其他硬質(zhì)異物進(jìn)入密封刷間空隙；隧道距離太長；泥水盾構(gòu)停止掘進(jìn)時，管片組裝導(dǎo)致盾尾后退，造成盾尾刷與管片間發(fā)生刷毛方向相反的運(yùn)動，使刷毛反卷，盾尾刷變形。

根據(jù)以往的工程實(shí)踐，所采用的凍結(jié)系統(tǒng)通常采用以下幾種：

(1)注漿法

此方法通過加大盾尾同步注漿量以及改變注漿配比以加快漿液凝固等措施來加強(qiáng)盾尾密封止水效果，注漿法存在許多不利因素，如地層不適應(yīng)性、注漿帷幕的連續(xù)性差、均勻性差、注漿土體與盾構(gòu)及管片的膠結(jié)缺乏柔性和韌性等，注漿封水可靠性差。

(2)鹽水凍結(jié)

鹽水凍結(jié)系統(tǒng)是利用鹽水凍結(jié)系統(tǒng)使得地層凍結(jié)。鹽水凍結(jié)系統(tǒng)是在地面安裝冷凍設(shè)備，采用氨(NH₃)或氟利昂為制冷劑，將冷媒劑氯化鈣(CaCl₂)溶液(習(xí)稱鹽水)冷卻到-20～-30℃，用循環(huán)泵和插至凍結(jié)管深處的聚氯乙烯供液管將鹽水送入凍結(jié)管，經(jīng)低溫鹽水長時間連續(xù)地吸取管外的熱量，使周圍地層凍結(jié)，鹽水吸取地層的熱量后溫度上升，在循環(huán)泵的作用下，經(jīng)回路管回到冷凍設(shè)備和制冷劑接觸而重新冷卻，原為液態(tài)的氨或氟利昂，在減壓的條件下蒸發(fā)時攝取鹽水的熱量后，經(jīng)壓縮和冷凝又使其液化，在管道內(nèi)循環(huán)流動，重復(fù)使用。

但鹽水凍結(jié)有以下缺點(diǎn)：

①鹽水凍結(jié)需要建立凍結(jié)和維護(hù)制冷工序的循環(huán)系統(tǒng)，而該系統(tǒng)需建立于盾構(gòu)始發(fā)端地表之上或盾構(gòu)隧道內(nèi)，長距離輸送鹽水所達(dá)到的低溫不足以對土體進(jìn)行凍結(jié)；

②即便將凍結(jié)站置于隧道內(nèi)部，鹽水凍結(jié)的周期也較長，嚴(yán)重影響工期(大型盾構(gòu)機(jī)停機(jī)一天經(jīng)濟(jì)損失巨大，迫切需要節(jié)約時間)；

③很難適應(yīng)過江隧道高水壓超長距離等大型高風(fēng)險盾構(gòu)工程的應(yīng)急需求。

(3)地面建站長距離液氮凍結(jié)

地面建站長距離液氮凍結(jié)系統(tǒng)是將液氮儲罐及槽車停在隧道始發(fā)井外，利用管路將液氮輸送至隧道凍結(jié)工作面的凍結(jié)管中，經(jīng)循環(huán)吸收地?zé)崃浚ㄟ^集氣管收集汽化氮?dú)猓倮门艢夤軐⑵渑胖了淼劳饪諘缣?，通常利用隧道管片直接打孔或預(yù)制管片進(jìn)行凍結(jié)，此種方法較鹽水凍結(jié)具有凍結(jié)系統(tǒng)簡單、溫度低、凍結(jié)速度快、穩(wěn)定性好、凍土強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，且凍結(jié)加固土體形式靈活，凍結(jié)規(guī)模可以根據(jù)工程實(shí)際情況而定。

地面建站長距離液氮凍結(jié)系統(tǒng)適合隧道凍結(jié)工作面與隧道工作井距離不超過800m、液氮凍結(jié)工作面土層條件相對較好、隧道直徑較小的工程，供液管保溫措施要求嚴(yán)格，無法適應(yīng)高水壓、超長距離、土層條件復(fù)雜的工程，特別是大型高風(fēng)險搶險工程。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種高水壓超長距離大斷面隧道液氮凍結(jié)系統(tǒng)。

與地面建站長距離液氮凍結(jié)系統(tǒng)相比，因隧道直徑較大，液氮儲罐車可直接開進(jìn)工作面附近，液氮達(dá)到凍結(jié)工作面的溫度更低(-150℃～-160℃)，大大節(jié)約了凍結(jié)時間，通過在液氮儲罐的液氮出口處增加地泵加壓，工作面與隧道工作井的距離可達(dá)5.5km。

本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：