全文摘要
本实用新型公开了一种盾构机直接推进通过孤石的冻结装置，本体布置在盾构机的刀盘和机体中，冻结装置包括有刀盘冻结管路和盾体冻结管路，其中刀盘冻结管路分布在被盾构机的刀盘分割成的四个区间内，每个区间布置独立的冻结冷媒介质进出回路，冻结冷媒介质进出回路与盾体冻结管路相连通；刀盘冻结管路由异型钢管组成，是由φ89mm×8mm钢管制作而成，从钢管2\/3截面处剖开，即用2\/3断面钢管与刀盘体焊接形成刀盘冻结管路。有益效果：本实用新型工艺简单易操作，固定孤石效果显著，不需要占用地面空间，且节约处理孤石的时间和成本，具有较大的推广价值。
主设计要求
1.一种盾构机直接推进通过孤石的冻结装置，其特征在于：冻结装置的本体布置在盾构机的刀盘和机体中，冻结装置包括有刀盘冻结管路和盾体冻结管路，其中刀盘冻结管路分布在被盾构机的刀盘分割成的四个区间内，每个区间布置独立的冻结冷媒介质进出回路，冻结冷媒介质进出回路与盾体冻结管路相连通。
设计方案
1.一种盾构机直接推进通过孤石的冻结装置，其特征在于：冻结装置的本体布置在盾构机的刀盘和机体中，冻结装置包括有刀盘冻结管路和盾体冻结管路，其中刀盘冻结管路分布在被盾构机的刀盘分割成的四个区间内，每个区间布置独立的冻结冷媒介质进出回路，冻结冷媒介质进出回路与盾体冻结管路相连通。
2.根据权利要求1所述的一种盾构机直接推进通过孤石的冻结装置，其特征在于：所述的刀盘冻结管路由异型钢管组成，是由φ89mm×8mm钢管制作而成，从钢管2\/3截面处剖开，即用2\/3断面钢管与刀盘体焊接形成刀盘冻结管路。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及一种通过孤石的冻结装置，特别涉及一种盾构机直接推进通过孤石的冻结装置。
背景技术
目前，沿海城市的花岗岩地层中都不同程度的存在球状风化岩体(孤石)，盾构机在此地层中施工时，盾构刀具无法有效地破除该高强度岩体；且由于岩体上部或周围存在软弱地层，人工破除操作困难，盾构机掘进风险极大，严重的会导致盾构施工失败。
孤石是指存在于软质风化层中的花岗岩球状风化体，球状风化是花岗岩层中十分常见的现象，属于花岗岩的不均匀风化。花岗岩球状风化体在珠江三角洲地区常见于广州北部、深圳的大部分地区以及珠海沿岸大部分地区，搬迁作用在广东台山海底淤泥层，成都、长沙的少数卵石地层中被发现，但分布数量较少。孤石的成因有自然风化产物和搬迁作用两种，花岗岩球状风化体以及大型卵石都可能成为孤石，成为盾构法隧道掘进过程中的巨大障碍。由于孤石埋藏分布是随机的，且形状各异，大小不一，强度可达到200Mpa以上，对地铁盾构工程施工极为不利。
在盾构隧道施工中，由于孤石的影响可能出现的主要问题如下：盾构掘进困难并频繁卡刀盘；盾构姿态难以控制；刀具磨损非常严重、刀座变形、更换困难；刀盘磨耗导致刀盘强度和刚度降低，刀盘变形；刀盘受力不均匀导致主轴承受损或主轴承密封被破坏、刀盘堵塞开口率降低、盾构负载加大；被刀盘推向隧道侧面的大漂石甚至导致盾构转向，偏离隧道轴线；掘进振动大，对保护地面建筑物不利等问题。
针对孤石对盾构掘进危害的类型，国内外在工程中常用的孤石处理方法如下：1、盾构机直接掘进破除孤石；2、地面预处理破除孤石；3、开舱人工处理孤石；4、新型机械装备对孤石进行处理。这4种方法各有优缺点。新型机械装备对孤石进行处理，施工快捷有效，需约300m2<\/sup>地面场地，工程机械费用较高。开舱人工处理孤石工期较长，费用较高，爆破时对地层和设备产生干扰，存在一定的施工风险，安全性差。地面预处理破除孤石一般使用地面钻孔爆破、人工挖孔桩、冲孔桩等方法，工期长，钻孔和爆破时对环境影响大，人工挖孔作业人工费高且存在安全风险，冲孔施工时噪声大、地层影响大。
盾构机直接掘进破除孤石较其他方法不需要占地，地面限制条件少，可节约处理孤石的时间和成本，盾构施工速度快，噪声小，对环境干扰小。该方法需要满足两个条件：一是盾构机及刀具必须具备足够的破岩能力；二是在切削过程中，孤石必须处于固定状态，使其在盾构机刀盘转动时不随之发生转动。若要直接破除，一般情况下需提前采用注浆或冻结等措施固定孤石，然后破除。采用注浆或冻结固定孤石，目前常规做法是从地面打孔注浆或垂直冻结，这两种方法费用较大，对数量较多且遍布线路的孤石在经济上不划算，地表需要围挡，阻碍交通，注浆范围和注浆质量不易控制，垂直冻结施工长且不经济。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决在盾构隧道施工中现有的破除孤石方法存在诸多问题而提供的一种盾构机直接推进通过孤石的冻结装置。
本实用新型提供的盾构机直接推进通过孤石的冻结装置的本体布置在盾构机的刀盘和机体中，冻结装置包括有刀盘冻结管路和盾体冻结管路，其中刀盘冻结管路分布在被盾构机的刀盘分割成的四个区间内，每个区间布置独立的冻结冷媒介质进出回路，冻结冷媒介质进出回路与盾体冻结管路相连通；
刀盘冻结管路由异型钢管组成，是由φ89mm×8mm钢管制作而成，从钢管2\/3截面处剖开，即用2\/3断面钢管与刀盘体焊接形成刀盘冻结管路。
本实用新型提供的盾构机直接推进通过孤石的施工方法，其方法如下所述：
步骤一、盾构机到达孤石位置，将盾构机的刀盘顶住孤石；
步骤二、利用盾构机刀盘上装配的冻结装置开始冻结，积极冻结20天，使盾构机刀盘和盾构机前方土体形成冻土帷幕并固定住孤石；
步骤三、利用盾构机刀盘上装配的冻结装置循环70℃热水解冻盾构机的刀盘，至盾构机的刀盘能够转动为止；
步骤四、盾构机直接掘进破除孤石。
步骤二中具体冻结施工如下所述：
冻土帷幕厚度为0.5-1m，平均温度为-10℃，刀盘冻结管路分布于被刀盘分割的四个区间，刀盘上采用四进四回的盐水循环方式，盾构机内壳布置圆形整环两排盾体冻结管路，单独盐水循环，所有进水及回水均采用管路并联方式实现，管路采用φ38.1mm焊管；
积极冻结期间冷媒介质选用低温盐水，盐水温度为-28至-30℃，冻土帷幕达到设计厚度的时间为20d；
冻结设备选型标准：体积小，且能满足工程需冷量要求，选用YSLGF300Ⅲ型螺杆冷冻机组一台，设计工况电机功率110KW；
刀盘冻结管路内的盐水流速为1.5m\/s，单个管路循环盐水流量为5-7m3<\/sup>\/h，选用IS150-125-200型盐水泵一台，单台流量200m3<\/sup>\/h，电机功率45K W，冷却水循环选用KYLR150－315A型清水泵一台，流量187m 3<\/sup>\/h，电机功率22KW，选用CTA－80型冷却塔两台，补充新鲜水量15m3<\/sup>\/h，冷却塔位置根据现场施工情况，进行调整；
组成刀盘冻结管路的异型冻结管选用规格为φ89mm×8mm的20号耐磨钢管加工，钢管材质与刀盘钢结构材质相同，焊接连接，另加手工电弧焊焊接，单根长度0.5和1.0m，测温管选用φ32mm×3.5mm无缝钢管，盐水干管和集配液圈选用φ89mm×8mm无缝钢管，冷却水管选用φ133mm×4.5mm无缝钢管；
总用电负荷为220kW·h\/h；
选用N46冻结机油，制冷剂选用氟利昂R－22，冷媒剂选用氯化钙溶液；
冻结站占地面积80m2<\/sup>，布置于盾构机后配套内，站内设备包括冻结机、盐水箱、盐水泵、箱式变电站、清水泵和冷却塔。
本实用新型的工作原理：
本实用新型提供的盾构机直接推进通过孤石的冻结装置，无需从地面注浆或冻结对孤石进行固定，直接从洞内盾构机前方对前方土体进行冻结加固，形成冻土帷幕，从而对孤石进行固定，之后盾构机直接掘进施工，破除孤石。冻结装置位于盾构机刀盘内，在刀盘钢结构上焊接异形冻结管，通过在异形冻结管中循环-28至-30℃低温盐水，使整个刀盘钢结构变成直径跟盾构机刀盘直径相等的冻结圆盘。通过这个冻结装置对盾构机前方的地层及孤石进行冻结，使周边形成冻土帷幕，在冻土帷幕的固定作用下，盾构机直接掘进破除孤石。
本实用新型的有益效果：
本实用新型提供的盾构机直接推进通过孤石的冻结装置，无需从地面注浆或冻结对孤石进行固定，直接从洞内盾构机前方对前方土体进行冻结加固，形成冻土帷幕，从而对孤石进行固定，之后盾构机直接掘进施工，破除孤石，本实用新型工艺简单易操作，固定孤石效果显著，不需要占用地面空间，且节约处理孤石的时间和成本，具有较大的推广价值。
附图说明
图1为本实用新型所述冻结装置俯视图。
图2为本实用新型所述冻结装置断面结构示意图。
图3为本实用新型所述施工方法中作业布置示意图。
上述图中的标注如下：
1、盾构机2、刀盘3、机体4、刀盘冻结管路5、盾体冻结管路
6、孤石7、冻土帷幕。
具体实施方式
请参阅图1至图3所示：
本实用新型提供的盾构机直接推进通过孤石的冻结装置的本体布置在盾构机1的刀盘2和机体3中，冻结装置包括有刀盘冻结管路4和盾体冻结管路5，其中刀盘冻结管路4分布在被盾构机1的刀盘2分割成的四个区间内，每个区间布置独立的冻结冷媒介质进出回路，冻结冷媒介质进出回路与盾体冻结管路5相连通；
刀盘冻结管路4由异型钢管组成，是由φ89mm×8mm钢管制作而成，从钢管2\/3截面处剖开，即用2\/3断面钢管与刀盘体焊接形成刀盘冻结管路4。
本实用新型提供的盾构机直接推进通过孤石的施工方法，其方法如下所述：
步骤一、盾构机1到达孤石6位置，将盾构机1的刀盘2顶住孤石6；
步骤二、利用盾构机1刀盘2上装配的冻结装置开始冻结，积极冻结20天，使盾构机1刀盘2和盾构机1前方土体形成冻土帷幕7并固定住孤石6；
步骤三、利用盾构机1刀盘2上装配的冻结装置循环70℃热水解冻盾构机1的刀盘2，至盾构机1的刀盘2能够转动为止；
步骤四、盾构机1直接掘进破除孤石6。
步骤二中具体冻结施工如下所述：
冻土帷幕7厚度为0.5-1m，平均温度为-10℃，刀盘冻结管路4分布于被刀盘2分割的四个区间，刀盘2上采用四进四回的盐水循环方式，盾构机1内壳布置圆形整环两排盾体冻结管路5，单独盐水循环，所有进水及回水均采用管路并联方式实现，管路采用φ38.1mm焊管；
积极冻结期间冷媒介质选用低温盐水，盐水温度为-28至-30℃，冻土帷幕7达到设计厚度的时间为20d；
冻结设备选型标准：体积小，且能满足工程需冷量要求，选用YSLGF300Ⅲ型螺杆冷冻机组一台，设计工况电机功率110KW；
刀盘冻结管路4内的盐水流速为1.5m\/s，单个管路循环盐水流量为5-7m3<\/sup>\/h，选用IS150-125-200型盐水泵一台，单台流量200m3<\/sup>\/h，电机功率45K W，冷却水循环选用KYLR150－315A型清水泵一台，流量187m 3<\/sup>\/h，电机功率22KW，选用CTA－80型冷却塔两台，补充新鲜水量15m3<\/sup>\/h，冷却塔位置根据现场施工情况，进行调整；
组成刀盘冻结管路4的异型冻结管选用规格为φ89mm×8mm的20号耐磨钢管加工，钢管材质与刀盘钢结构材质相同，焊接连接，另加手工电弧焊焊接，单根长度0.5和1.0m，测温管选用φ32mm×3.5mm无缝钢管，盐水干管和集配液圈选用φ89mm×8mm无缝钢管，冷却水管选用φ133mm×4.5mm无缝钢管；
总用电负荷为220kW·h\/h；
选用N46冻结机油，制冷剂选用氟利昂R－22，冷媒剂选用氯化钙溶液；
冻结站占地面积80m2<\/sup>，布置于盾构机1后配套内，站内设备包括冻结机、盐水箱、盐水泵、箱式变电站、清水泵和冷却塔。
本实用新型的工作原理：
本实用新型提供的盾构机直接推进通过孤石的冻结装置，无需从地面注浆或冻结对孤石6进行固定，直接从洞内盾构机1前方对前方土体进行冻结加固，形成冻土帷幕7，从而对孤石6进行固定，之后盾构机1直接掘进施工，破除孤石6。冻结装置位于盾构机1的刀盘2内，在刀盘2钢结构上焊接异形冻结管，通过在异形冻结管中循环-28至-30℃低温盐水，使整个刀盘钢结构变成直径跟盾构机1的刀盘2直径相等的冻结圆盘。通过这个冻结装置对盾构机1前方的地层及孤石6进行冻结，使周边形成冻土帷幕7，在冻土帷幕7的固定作用下，盾构机1直接掘进破除孤石6。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920032018.8
申请日:2019-01-09
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:44(广东)
授权编号:CN209510331U
授权时间:20191018
主分类号:E21D 9/08
专利分类号:E21D9/08
范畴分类:25A;
申请人:五邑大学
第一申请人:五邑大学
申请人地址:529020 广东省江门市蓬江区东成村22号
发明人:曾晖;胡俊;苏振;王欣悦
第一发明人:曾晖
当前权利人:五邑大学
代理人:鞠传龙
代理机构:22212
代理机构编号:长春市恒誉专利代理事务所(普通合伙)
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计