本發(fā)明涉及隧道工程領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種組合管幕隧道的凍結(jié)加固結(jié)構(gòu)及凍結(jié)加固方法。

背景技術(shù)：

1、隨著我國城市化的不斷推進，大跨淺埋隧道日益增多，其中下穿鐵路、道路、地鐵車站等建構(gòu)筑物的案例越來越多，對隧道施工沉降控制要求越來越高。因此提出了環(huán)形預(yù)開挖超前支護循環(huán)的暗挖隧道施工方法，采用多個沿隧道環(huán)向布置的頂管機開挖形成隧道預(yù)支護結(jié)構(gòu)，相鄰頂管機刀盤開挖輪廓搭接、咬合。現(xiàn)有的管幕法、管幕結(jié)構(gòu)法和組合咬合管幕結(jié)構(gòu)法施工時，都會輔以凍結(jié)措施，通過凍結(jié)管間地層的方法加固管間土。

2、管幕法是利用較大直徑的鋼管承擔水土壓力，在鋼管預(yù)支護結(jié)構(gòu)的保護下進行開挖施工的一種暗挖施工工法，一般需要對管間土體采取加固、止水等措施，避免開挖時土體失穩(wěn)。在富水地層中，常采用凍結(jié)法加固管間土體，在管幕超前支護和凍結(jié)土體的保護下進行隧道的暗挖施工。如附圖1所示，先頂進鋼管1，然后在鋼管1之間(或鋼管1內(nèi))布設(shè)凍結(jié)管2，待凍結(jié)形成穩(wěn)定的凍結(jié)圈3后，進行管幕內(nèi)部土體4的開挖及相應(yīng)的內(nèi)襯施工。

3、從上述工法特點看，既有的管間土凍結(jié)加固措施沿隧道斷面進行全環(huán)加固，且凍結(jié)體需滿足強度和止水的功能要求，即凍結(jié)加固體強度較高、凍結(jié)壁平均溫度低。既有技術(shù)可以滿足管幕僅作為超前支護結(jié)構(gòu)時的隧道施工方法。管幕凍結(jié)超前支護工法存在以下問題：

4、1、該工法管幕間地層暴露時間長。需要在隧道開挖、初期支護施工直至鋼筋混凝土襯砌澆筑后，管間地層才完全封閉。同時隧道一次開挖范圍大，暴露的范圍大，需要大范圍同時凍結(jié)

5、2、該工法難以實現(xiàn)分時解凍。隧道從口部開挖，其施工順序與凍結(jié)液方向一直，在先期施工的隧道段，凍結(jié)液仍需從該段流向未開挖段，導(dǎo)致長時間凍結(jié)。

6、管幕結(jié)構(gòu)法是將相鄰的鋼管切開、用鋼板連接成環(huán)形成管幕，利用管幕和內(nèi)部填充的混凝土形成組合結(jié)構(gòu)，既作為暗挖隧道的超前支護結(jié)構(gòu)，也作為暗挖隧道的施工及運營期的承載結(jié)構(gòu)的一種較新的暗挖隧道工法。在前述鋼管切割、連接的過程中，管間地層暴露，存在地下水涌入、地層坍塌的風險，因此需要對管間地層進行加固。在強透水地層等建設(shè)環(huán)境中，可以采用凍結(jié)的方法加固管間土。如附圖2所示，鋼管1頂進完成后，在鋼管1之間布設(shè)凍結(jié)管2，待凍結(jié)形成穩(wěn)定的凍結(jié)圈3后，切除對應(yīng)位置的鋼板5，挖除管間土6，用鋼板7連接兩側(cè)鋼管開口部位，如此連接相鄰兩鋼管，形成封閉成環(huán)的管幕結(jié)構(gòu)，在管幕結(jié)構(gòu)內(nèi)部澆筑混凝土后，開挖隧道范圍內(nèi)的土體4。

7、組合咬合頂管是新提出的一種實現(xiàn)連續(xù)式鋼管幕的方法，采用組合頂管機，設(shè)置多組組合管體，以n(n≥1)個連續(xù)咬合的鋼管組成組合管體。以三根圓鋼管咬合形成一組組合管體的情況為例，同樣需要將相鄰鋼管組切開、用鋼板連接，也可采用凍結(jié)的方法加固管間土。如附圖3所示，鋼管組8頂進完成后，在鋼管組8之間布設(shè)凍結(jié)管2，待凍結(jié)形成穩(wěn)定的凍結(jié)圈3后，切除對應(yīng)位置的鋼板5，挖除管間土6，用連接鋼板7連接兩側(cè)鋼管開口部位，如此連接相鄰兩鋼管組，形成封閉成環(huán)的管幕結(jié)構(gòu)，在管幕結(jié)構(gòu)內(nèi)部澆筑混凝土后，開挖隧道范圍內(nèi)的土體4。

8、在管幕結(jié)構(gòu)法中，特別是組合管幕結(jié)構(gòu)法中，管間地層凍結(jié)加固的要求發(fā)生了較大的變化：

9、1、管幕結(jié)構(gòu)法中，鋼管切割、焊接封閉的時間較管幕作為超前支護時的全斷面開挖、支護、澆筑襯砌混凝土的時間短很多，且沿隧道不同部位可分區(qū)進行切割、焊接作業(yè)，一個區(qū)域焊接完成后，該區(qū)域鋼管幕結(jié)構(gòu)封閉，不再需要凍結(jié)加固，因此現(xiàn)有凍結(jié)措施不適用管幕結(jié)構(gòu)的靈活施工。

10、2、組合管幕結(jié)構(gòu)法中，采用了多組鋼管組，每組鋼管組至少包括一根鋼管，采用多組鋼管組組合使用的結(jié)構(gòu)。鋼管組可在工廠預(yù)制，僅在相鄰鋼管組之間或鋼管組或鋼管之間需要切割、焊接，地層暴露作業(yè)大幅減少，再采用既有的全環(huán)凍結(jié)措施存在施工浪費的情況。

11、因此，亟需開發(fā)適合管幕結(jié)構(gòu)法，特別是組合咬合管幕結(jié)構(gòu)法的凍結(jié)加固結(jié)構(gòu)及其施工方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對上述問題，提供一種組合管幕隧道的凍結(jié)加固結(jié)構(gòu)及凍結(jié)加固方法，保證鋼管開口部位施工安全的同時，節(jié)省工程投資，適應(yīng)管幕結(jié)構(gòu)施工的要求。

2、為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種組合管幕隧道的凍結(jié)加固結(jié)構(gòu)，包括第一凍結(jié)裝置和第二凍結(jié)裝置，且均為多組，各所述第一凍結(jié)裝置和所述第二凍結(jié)裝置繞隧道的周向依次布置，所述第一凍結(jié)裝置置于凍結(jié)圈上位于相鄰的鋼管組之間的區(qū)域以形成強冷結(jié)區(qū)，所述第二凍結(jié)裝置于隧道地層上形成弱冷結(jié)區(qū)，所述強冷結(jié)區(qū)兩側(cè)分別設(shè)有所述弱冷結(jié)區(qū)，各所述強冷結(jié)區(qū)和所述弱冷結(jié)區(qū)在凍結(jié)圈地層內(nèi)形成凍結(jié)圈。

3、進一步的，所述的一種組合管幕隧道的凍結(jié)加固結(jié)構(gòu)中，所述第一凍結(jié)裝置和所述第二凍結(jié)裝置均包括多根凍結(jié)管，且所述第一凍結(jié)裝置的多根凍結(jié)管在凍結(jié)圈內(nèi)的分布密度大于所述第二凍結(jié)裝置的多根凍結(jié)管在凍結(jié)圈內(nèi)的分布密度。

4、進一步的，所述的一種組合管幕隧道的凍結(jié)加固結(jié)構(gòu)中，同一鋼管組兩側(cè)的所述強冷結(jié)區(qū)的間距小于所述第二凍結(jié)裝置中相鄰的兩根凍結(jié)管的間距時，在二者之間的部分凍結(jié)圈內(nèi)設(shè)置所述第一凍結(jié)裝置，以在凍結(jié)圈上形成組合強冷結(jié)區(qū)。

5、進一步的，所述的一種組合管幕隧道的凍結(jié)加固結(jié)構(gòu)中，同一鋼管組兩側(cè)的所述弱冷結(jié)區(qū)的間距小于所述第二凍結(jié)裝置中相鄰的兩根凍結(jié)管的間距時，在二者之間的部分凍結(jié)圈內(nèi)設(shè)置所述第二凍結(jié)裝置，以在凍結(jié)圈上形成組合弱冷結(jié)區(qū)。

6、進一步的，所述的一種組合管幕隧道的凍結(jié)加固結(jié)構(gòu)中，組合管幕隧道的凍結(jié)圈分為多個首尾相連的凍結(jié)工區(qū)，且所述凍結(jié)工區(qū)兩端均為弱冷結(jié)區(qū)。

7、進一步的，所述的一種組合管幕隧道的凍結(jié)加固結(jié)構(gòu)中，所述凍結(jié)工區(qū)采用獨立的凍結(jié)裝置。

8、本發(fā)明還提供一種組合管幕隧道的凍結(jié)加固方法，包括以下步驟：

9、s1、完成組合管幕隧道的鋼管組的頂進施工；

10、s2、將組合管幕隧道的凍結(jié)圈上位于相鄰的鋼管組之間的區(qū)域作為所述強冷結(jié)區(qū)，組合管幕隧道的凍結(jié)圈位于所述強冷結(jié)區(qū)兩側(cè)的區(qū)域作為所述弱冷結(jié)區(qū)，分別完成所述冷結(jié)區(qū)、所述弱冷結(jié)區(qū)和所述鋼管組內(nèi)凍結(jié)管的安裝，所述強冷結(jié)區(qū)內(nèi)凍結(jié)管的分布密度大于所述弱冷結(jié)區(qū)內(nèi)凍結(jié)管的分布密度；

11、s3、完成所述冷結(jié)區(qū)、所述弱冷結(jié)區(qū)和所述鋼管組內(nèi)的凍結(jié)后，搭接成凍結(jié)圈，在鋼管組的開口部位切割，開挖管間土體，最后將相鄰的鋼管組連接封閉。

12、進一步的，所述的一種組合管幕隧道的凍結(jié)加固方法中，將組合管幕隧道的凍結(jié)圈分為多個首尾相連的凍結(jié)工區(qū)，且所述凍結(jié)工區(qū)兩端均為弱冷結(jié)區(qū)，并在所述凍結(jié)工區(qū)采用獨立的凍結(jié)裝置，s3中各所述凍結(jié)工區(qū)獨立施工。

13、進一步的，所述的一種組合管幕隧道的凍結(jié)加固方法中，將組合管幕隧道的凍結(jié)圈位于組合管幕隧道頂部、兩側(cè)側(cè)墻部和底部的區(qū)域分別作為所述凍結(jié)工區(qū)。

14、進一步的，所述的一種組合管幕隧道的凍結(jié)加固方法中，s2中：

15、相鄰的兩個所述強冷結(jié)區(qū)重疊或間距小于所述弱冷結(jié)區(qū)內(nèi)相鄰的兩根凍結(jié)管的間距時，二者合并或?qū)⒍咧g的區(qū)域更換為強冷結(jié)區(qū)以形成組合強冷結(jié)區(qū)；

16、相鄰的兩個所述弱冷結(jié)區(qū)重疊或間距小于所述弱冷結(jié)區(qū)內(nèi)相鄰的兩根凍結(jié)管的間距時，二者合并或?qū)⒍咧g的區(qū)域更換為弱冷結(jié)區(qū)以形成組合弱冷結(jié)區(qū)。

17、本發(fā)明的有益效果是：

18、1、本發(fā)明的組合管幕隧道的凍結(jié)加固結(jié)構(gòu)及凍結(jié)加固方法，根據(jù)組合管幕結(jié)構(gòu)中鋼管和鋼管的分布方式，在隧道斷面上設(shè)置不同強度的凍結(jié)加固區(qū)域，以適應(yīng)組合管幕結(jié)構(gòu)法靈活施工的需要，在保證鋼管開口部位施工安全的同時，節(jié)省工程投資，適應(yīng)管幕結(jié)構(gòu)施工的要求。

19、2、本發(fā)明的組合管幕隧道的凍結(jié)加固結(jié)構(gòu)及凍結(jié)加固方法，能適應(yīng)組合管幕結(jié)構(gòu)中鋼管和鋼管組僅需在局部進行切開鋼管操作的需求，進行局部強凍結(jié)，其余段落弱凍結(jié)或不凍結(jié)，以在起到加固及止水效果的同時節(jié)約能源。

20、本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。