管幕凍結法支護結構及其施工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種管幕施工工程，尤其是一種管幕凍結法支護結構及其施工方法。
【背景技術】
[0002]地下連接通道建設時，通常采用的方式是:將頂進的管幕鋼管采用管外鎖扣連接，管幕形成后在鎖口處注入止水劑或者砂漿，形成密封的止水管幕；然后在管幕支護結構的保護下，對管幕內土體加固處理后，邊開挖邊支撐，直至管幕段開挖貫通，再澆筑結構體。這種管幕法的缺陷是:當管幕頂進距離較長時，鋼管在頂進過程中不可避免發生旋轉，鎖扣較易發生斷裂，造成止水失敗；同時，管外鎖扣對管間土體有一定擾動，也不利于管外保壓減阻泥漿的洞門封堵。
[0003]為此，業內技術人員在改進管幕法問題上作出了很多努力，例如CN104088652A，公開了一種管幕間水平動態控制性凍結止水法，其步驟是:在頂管內設置測溫管；在頂管內鋪設控制性凍結管路系統；連接控制性凍結管路與凍結設備；對頂管間土體進行控制性凍結操作，在頂管間形成止水的凍結帷幕；頂管間無止水要求后，土體解凍并進行融沉跟蹤注漿處理。該管幕凍結止水法，雖取消了鎖扣結構形式帶來的缺陷，但既需要對頂管側壁鉆孔放置測溫管，又需要將頂管內的凍結管定位，而且通過凍結管路系統進行凍結操作時，凍結溫度通過頂管擴散到頂管外形成凍土，這樣不僅工期十分繁冗漫長，施工成本相當高而且支護結構的剛度較低。
【發明內容】
[0004]設計目的:避免【背景技術】中的不足之處，設計一種提高剛度，縮短工期且降低成本的管幕凍結法支護結構及其施工方法。
[0005]設計方案:為了實現上述設計目的。1、將凍結管設于相鄰的管幕鋼管之間，是本發明的第一個技術特征。這樣設計的目的是，構筑工作井和接收井后，將管幕鋼管頂進并呈環形或矩形布設，在相鄰管幕鋼管之間設置凍結管，改變了傳統凍結法防護結構中將凍結管設置在管幕鋼管中的結構方式，省略了凍結管在管幕鋼管中的定位工序，簡化了施工工程，縮短工期且降低成本。2、在相鄰管幕鋼管之間由凍結管形成凍土帷幕，是本發明的第二個技術特征。這樣設計的目的是，利用凍結設備和凍結系統對凍結管外周的土壤進行積極凍結，使得凍結管外周土壤凍結形成凍土，這樣，相鄰管幕鋼管之間就形成了凍土帷幕，即將管幕鋼管支護形式與凍土帷幕支護形式進行組合，形成大剛度水密性管幕凍結法支護結構，可以有效控制地下水的流失，保證施工及運營安全，既大大地提高了支護結構的剛度，也減少了管幕鋼管的使用數量，有效節約了成本；另一方面，由于凍結管設置在相鄰管幕鋼管之間進行凍結，即凍結管設置在管幕鋼管外側進行凍結，減少了管幕鋼管對凍結管的傳導，提高凍結效率。3、多個管幕鋼管內均填充混凝土或在相隔的管幕鋼管內填充混凝土，是本發明的第三個技術特征。這樣設計的目的是，在進行積極凍結之間，對管幕鋼管進行填充，可以根據不同工況需求選擇在相隔的管幕鋼管內填充混凝土，還是為了加強支護結構承重力和剛度而在所有管幕鋼管內均填充混凝土，適用范圍廣，特別適合作為飽和富水軟土地層的淺埋大斷面地下結構下穿敏感建筑施工時的支護結構。
[0006]技術方案1:一種管幕凍結法支護結構，其包括多個管幕鋼管和凍結管，且多個管幕鋼管呈矩形或環形布設；凍結管設于相鄰管幕鋼管之間，且在相鄰管幕鋼管之間由凍結管形成凍土帷幕；多個管幕鋼管內均填充混凝土，或在相隔的管幕鋼管內填充混凝土。
[0007]優選的，相鄰管幕鋼管之間的凍結管可以布設一個或兩個。
[0008]優選的，管幕鋼管的直徑為0.3m?2m。
[0009]技術方案2:—種技術方案I所述管幕凍結法支護結構的施工方法，其特征在于包括以下步驟:
[0010](I)構筑工作井和接收井；
[0011](2)根據工程情況選擇直徑適當的管幕鋼管，采用頂管法將鋼管呈環形或矩形布設頂進，鋼管的頂進順序采用以橫斷面中軸線為基準由下往上對稱進行；
[0012](3)在相鄰鋼管間布設凍結管，凍結管的數量根據鋼管間距而定；
[0013](4)在相隔的鋼管內，或者在所有鋼管內填充混凝土；
[0014](5)對凍結管進行積極凍結，在相鄰鋼管之間形成凍土帷幕；
[0015](6)在管幕凍結法支護結構內進行開挖，邊開挖邊支撐；
[0016](7)逐段構筑內部結構，并逐步拆除管幕凍結法支護結構內支撐，最終形成完整的地下結構。
[0017]優選的，管幕鋼管頂進前先對洞口處土體按設計要求進行加固；然后采用專用工具頭輔助鋼管穿墻，工具頭穿墻時要帶一個向上的初始角，同時在穿墻鋼管下部要有支托；所述初始角為5°。
[0018]優選的，鋼管填充完成后用錘擊和超聲波檢測砼密實程度及與鋼管之間是否密貼。
[0019]優選的，凍結前首先要進行凍結試運轉，試運轉過程中，要定時檢測鹽水溫度、鹽水流量和凍土帷幕擴展情況，必要時調整凍結系統運行參數；凍結試運轉正常后，再進行積極凍結。
[0020]本發明與【背景技術】相比，一是改變了傳統凍結法防護結構中將凍結管設置在管幕鋼管中的結構方式，省略了凍結管在管幕鋼管中的定位工序，簡化了施工工程，縮短工期的同時也降低成本；二是將管幕鋼管支護形式與凍土帷幕支護形式進行組合，形成大剛度水密性管幕凍結法支護結構，可以有效控制地下水的流失，保證施工及運營安全，既大大地提高了支護結構的剛度，也減少了管幕鋼管的使用數量，有效節約了成本；三是由于凍結管設置在相鄰管幕鋼管之間進行凍結，即凍結管設置在管幕鋼管外側進行凍結，減少了管幕鋼管對凍結管的傳導，提高凍結效率；四是適用范圍廣，特別適合作為飽和富水軟土地層的淺埋大斷面地下結構下穿敏感建筑施工時的支護結構。
【附圖說明】
[0021]下面結合附圖對本發明技術方案作進一步說明。
[0022]附圖1為本發明管幕凍結法支護結構的截面結構示意圖。
[0023]附圖1-1為本發明管幕凍結法支護結構的第二種結構的結構示意圖。
[0024]附圖1-2為本發明管幕凍結法支護結構的第三種結構的結構示意圖。
[0025]附圖1-3為本發明管幕凍結法支護結構的第四種結構的結構示意圖。
[0026]附圖2為本發明管幕凍結法支護結構施工方法的工藝流程圖。
[0027]附圖2-1為管幕鋼管頂進工藝施工流程圖。
[0028]附圖2-2為凍結工藝施工流程圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。
[0030]實施例1:參照附圖1。一種管幕凍結法支護結構，其包括多個管幕鋼管2 (又稱頂管)和凍結管3 ;管幕鋼管2的直徑為0.3m?2m，且多個管幕鋼管2呈矩形或環形布設；凍結管3設于相鄰管幕鋼管2之間，且在相鄰管幕鋼管2之間由凍結管3形成凍土帷幕4，即凍結管3實施積極凍結后，在凍結管3外圍的管幕鋼管2之間的原土壤I形成凍土 4 ;在相隔的管幕鋼管2內填充混凝土5，即管幕鋼管2間隔填充混凝土5 ;所述管幕鋼管2內也可注漿來代替混凝土。本發明的管幕凍結法支護結構主要由多個管幕鋼管2、鋼管2之間凍結管3形成的多個凍土帷幕4這兩個部分組成；管幕鋼管2與凍結管3交替布置，鋼管2與凍土帷幕4 一起組合形成大剛度的共同支護受力體系；本發明將管幕鋼管支護形式與凍土帷幕支護形式進行組合，形成大剛度水密性管幕凍結法支護結構，可以有效控制地下水的流失，保證施工及運營安全，特別適合作為飽和富水軟土地層的淺埋大斷面地下結構下穿敏感建筑施工時的支護結構。
[0031]上述管幕鋼管2的直徑也可以采用2m以上，這樣大直徑鋼管形成了大剛度臨時支護結構，可以減少開挖時引起的地表變形，避免對周邊建筑物產生影響，對于淺埋大斷面軟土、建筑物密集、環境保護要求高的工程，具有無可比擬的優點。
[0032]參照附圖1-1。上述多個管幕鋼管2內，也可均填充混凝土 5，進一步提高支護結構的承受力。
[0033]參照附圖1-2、1_3。上述管幕凍結法支護結構中，也可在相鄰管幕鋼管2之間設置兩個凍結管3 (也可設置兩個以上凍結管)，擴大凍土帷幕4的凍土范圍，降低管幕鋼管使用量的同時，增強支護結構的承受力和剛度。
[0034]實施例2:參照附圖2。一種技術方案I所述管幕凍結法支護結構的施工方法，其特征在于包括以下步驟:
[0035](I)在前期準備就緒后，根據工況環境，構筑頂管工作井和接收井；
[0036](2)根據工程情況選擇直徑適當的管幕鋼管，采用頂管法將鋼管呈環形或矩形布設頂進，鋼管的頂進順序采用以橫斷面中軸線為基準由下往上對稱進行；
[0037](3)在相鄰鋼管間布設凍結管，凍結管的數量根據鋼管間距而定；
[0038](4)根據工況要求，在相隔的鋼管內，或者在所有鋼管內填充混凝