阅读说明：本技术 一种冻结式管棚及其施工方法 (Freezing type pipe shed and construction method thereof ) 是由 陈鸿 杨志豪 王书磊 管攀峰 胡晓燕 梁万金 王翔宇 于 2020-11-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种冻结式管棚及其施工方法,该施工方法包括以下步骤：在地下连续墙内水平嵌入孔口管并安装固定；利用钻头继续钻进开孔以打通地下连续墙；在孔口管内放入管棚,管棚贯穿地下连续墙并延伸至地层中；在管棚中放入冻结管；在管棚的尾端口安装端头闷板并开孔,经开孔将充填注浆管放入管棚与冻结管之间的间隙中并进行充填注浆,以形成水泥砂浆层；在冻结管的尾端设置有端头盖板,将供液管和回液管贯穿端头盖板放入冻结管内,通过供液管和回液管在冻结管内进行低温盐水循环,以对管棚四周土体进行冻结,形成管棚与冻土联合的加固体。本发明的优点是：充分发挥管棚与冻结两种加固方式各自的优点；适应于应对复杂工况条件；安全性好。(The invention discloses a freezing type pipe shed and a construction method thereof, wherein the construction method comprises the following steps: horizontally embedding an orifice pipe in the underground continuous wall, and installing and fixing the orifice pipe; continuously drilling the open hole by using the drill bit to open the underground continuous wall; placing a pipe shed in the orifice pipe, wherein the pipe shed penetrates through the underground continuous wall and extends into the stratum; putting a freezing pipe into the pipe shed; installing an end blank plate at the tail end port of the pipe shed, forming a hole, placing a filling grouting pipe into a gap between the pipe shed and the freezing pipe through the hole, and filling and grouting to form a cement mortar layer; an end cover plate is arranged at the tail end of the freezing pipe, the liquid supply pipe and the liquid return pipe penetrate through the end cover plate and are placed into the freezing pipe, low-temperature brine circulation is carried out in the freezing pipe through the liquid supply pipe and the liquid return pipe, soil around the pipe shed is frozen, and a reinforced body combining the pipe shed and frozen soil is formed. The invention has the advantages that: the respective advantages of the two reinforcing modes of the pipe shed and the freezing are fully exerted; is suitable for coping with complex working conditions; the safety is good.)

一种冻结式管棚及其施工方法

技术领域

本发明属于地下支护结构技术领域，具体涉及一种冻结式管棚及其施工方法。

背景技术

管棚与冻结均为常见的地层加固支护方式，已被广泛应用于地下工程中。管棚施工灵活、承载能力强，但相邻两根管子之间不密封，有地下水影响时，面临着地层水土流失或涌水涌砂的风险；冻结法采用人工制冷的工艺，将软土形成具有一定承载能力的冻土，冻土强度较低，且存在冻胀与融沉问题，因此，当周边环境复杂且需要承受较大荷载时，冻结法的适应性较差。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种冻结式管棚及其施工方法，该冻结式管棚通过将管棚与孔口管组合安装在地下连续墙上，并通过在管棚内设置冻结管并充填冻结管与管棚之间的环形空间，在冻结管内下放供液管，进行地层冻结加固。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种冻结式管棚，涉及位于地层中的地下连续墙，其特征在于所述冻结式管棚包括固定安装在所述地下连续墙孔洞内的孔口管、贯穿所述孔口管且延伸至所述地下连续墙外地层中的管棚、位于所述管棚中的冻结管以及充填在所述管棚和所述冻结管环形间隙内的水泥砂浆层。

所述孔口管嵌入设置在所述地下连续墙的孔洞中，并经所述孔口管外壁面上的法兰和膨胀螺丝固定在所述地下连续墙上。

所述孔口管的外壁面上设置有一球阀，所述球阀与所述孔口管内腔相连通。

所述管棚的首、尾两端分别为封闭端口，在尾端的所述封闭端口上开设有供所述冻结管贯穿放入的孔口。

所述冻结管的首端为封闭端口、尾端设置有端头盖板，所述冻结管内接通有供液管和回液管。

一种涉及所述冻结式管棚的施工方法，其特征在于所述施工方法包括以下步骤：

（1）在地下连续墙内水平嵌入孔口管并安装固定；

（2）在所述孔口管的尾端部安装球阀，利用钻头经所述球阀进入所述孔口管内钻进开孔以打通所述地下连续墙；

（3）在所述孔口管内放入管棚，所述管棚贯穿所述地下连续墙并延伸至地层中；在所述管棚中放入冻结管；在所述管棚的尾端口安装端头闷板并开孔，经所述开孔将充填注浆管放入所述管棚与所述冻结管之间的间隙中并进行充填注浆，以形成水泥砂浆层；

（4）在所述冻结管的尾端设置有端头盖板，将供液管和回液管贯穿所述端头盖板放入所述冻结管内，通过所述供液管和所述回液管在所述冻结管内进行低温盐水循环，以对所述管棚四周土体进行冻结，形成所述管棚与冻土联合的加固体。

步骤（1）中，通过钻头对所述地下连续墙进行开孔，开孔深度小于所述地下连续墙的厚度，开孔完成后，将所述孔口管嵌入到开孔中进行安装固定。

步骤（2）中，所述钻头进行钻进开孔时，在所述钻头与所述球阀之间设置用于密封的孔口密封装置。

在冻结完成后，割除所述孔口管、所述管棚以及所述冻结管凸出于所述地下连续墙的外露部分，向所述冻结管内充填混凝土；在所述孔口管割除后留存在所述地下连续墙内的孔口管节段的端口焊接第一钢板封堵；之后在所述第一钢板上充填混凝土以将所述地下连续墙上的内凹部分抹平，在所述地下连续墙上安装第二钢板并经后扩式机械锚栓进行固定。

本发明的优点是：充分发挥管棚与冻结两种加固方式各自的优点；适应于应对复杂工况条件；安全性好。

附图说明

图1为本发明中在地下连续墙上安装孔口管的示意图；

图2为本发明中在地下连续墙上二次开孔并安装球阀的示意图；

图3为本发明中利用钻头将管棚送入地下连续墙中的示意图；

图4为本发明中在管棚内设置冻结管并充填水泥砂浆层的示意图；

图5为本发明中冻结式管棚的工作示意图；

图6为本发明中冻结式管棚冻结完成后的示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-6，图中各标记分别为：地层1、地下连续墙2、膨胀螺丝3、孔口管4、旁通阀5、球阀6、孔口密封装置7、钻头8、管棚9、冻结管10、注浆管11、供液管12、回液管13、端头盖板14、水泥砂浆层15、膨胀螺栓16、第一钢板17、后扩式机械锚栓18、第二钢板19、排气管20。

实施例：如图1-6所示，本实施例具体涉及一种冻结式管棚及其施工方法，该冻结式管棚的具体结构如图5所示，包括固定安装在地下连续墙2上的孔口管4、贯穿通过孔口管4的管棚9、布置在管棚9内的冻结管10以及充填在冻结管10和管棚9之间环形间隙内的水泥砂浆层15。

如图5所示，孔口管4的前端嵌设在地下连续墙2的孔洞中一定深度且尾端外露于地下连续墙2之外，在孔口管4的外露部分的壁面上通过焊接法兰并经膨胀螺栓16的设置从而固定在地下连续墙2上，且在孔口管4的外露部分的外壁面上设置有一旁通阀5，该旁通阀5同孔口管4的内腔相连通，孔口管4为无缝钢管，规格为Ф299×5mm，头部加工500mm长的鱼鳞扣。

如图5所示，管棚9贯穿通过孔口管4内，且管棚9的前端延伸至地下连续墙2之外的地层1中、尾端凸出于孔口管4，管棚9所采用的是无缝钢管，规格为φ273×10mm，管棚9的两端封闭，在尾端的封闭端口上开设有供冻结管10贯穿通过的孔口；管棚9内居中设置有冻结管10，冻结管10在管棚9的内腔中通长设置，且其尾端经管棚9尾端上的孔口凸出，冻结管10为无缝钢管，规格为φ89×5mm。冻结管10的两端封闭，其中尾端设置有端头盖板14，经端头盖板14向冻结管内布置供液管12和回液管13，通过供液管12和回液管13可在冻结管9内进行低温盐水的循环，从而对地层1的土体进行冻结。

如图5所示，水泥砂浆层15呈环形，充填设置在冻结管10与管棚9两者之间的环形空隙内，水泥砂浆层15所采用的是M10自流平水泥砂浆。

如图1-6所示，本实施例中冻结式管棚的施工方法具体包括以下步骤：

（1）如图1所示，选用J-200型金刚石钻机，配Ф300mm金刚石取芯钻头开孔，对地下连续墙2进行钻孔，当开到一定深度时(留200mm以上的保护层)停止钻进，用钢楔楔断岩心，取出后在该孔内嵌入孔口管4，并利用膨胀螺丝将孔口管4固定安装在地下连续墙2上。

（2）如图2、3所示，在孔口管4的尾端部安装上DN300mm的球阀6，利用Ф275mm钻头8经球阀6进入孔口管4内继续钻进开孔直至将地下连续墙2打通，这时如地层1内的水砂流量大，就迅速将球阀6的闸门管好。

（3）如图3、4所示，利用螺丝将孔口密封装置7安装在球阀6上，之后利用管棚9作为钻杆，在钻头8的带动下装入孔口管4内，并将盘根压在盘根盒内，采用干式钻进或湿式钻进方式进行钻孔施工，管棚9的前端伸入至地层1内；经管棚9尾端部上的开孔向其内设置入冻结管10和注浆管11并至管棚9的管底，在管棚9的外壁面上设置有一排气管20，在注浆过程中可通过排气管20将空气排出；其中，冻结管10的规格为φ89×5mm，注浆管11的规格为φ32×3.5mm，排气管20的规格为φ20×3mm。

（4）如图5所示，通过注浆管10向冻结管10和管片9之间的环形间隙内充填M10自流平水泥砂浆，以形成呈环状的水泥砂浆层15；之后，经冻结管10尾端的端头盖板14向其内设置入供液管12和回液管13，并在供液管12的端部焊接“羊角”连接盐水软管；设备安装完毕后进行调试和试运转，然后，通过供液管12和回液管13实现冻结管10内的低温盐水循环，转入积极冻结，积极冻结7天盐水温度降至-18℃以下，积极冻结15天盐水温度降至-24℃以下；随着低温盐水在冻结管10内循环，在管棚9四周形成冻土圆柱、逐步交圈，并扩展成冻土帷幕，形成管棚9与冻土联合的加固体。

（6）如图6所示，停冻后应及时割除地下连续墙2上的孔口管4和管棚9，防止孔口管4和管棚9周围冻结壁解冻漏水；对遗弃在地层1中的冻结管10进行充填，充填前应用压缩空气吹干管内盐水，充填冻结管10的材料应采用M10以上水泥砂浆或C20以上混凝土；孔口管4割除部位采用10mm厚的第一钢板17焊接封堵，焊缝高度6mm。焊缝处涂抹遇水膨胀止水胶后，在割除区域地下连续墙2上施工M12以上膨胀螺栓16两根（外侧预留长度不小于3cm），并与孔口管4残留部分焊接连接；采用C30硫铝酸盐微膨胀混凝土充填剩余空间与混凝土地下墙2内齐平，采用4根不小于M12×80后扩式机械锚栓18将300x300x12mm的第二钢板19与混凝土地下墙固定，第二钢板19与混凝土地下连续墙2之间的空隙应采用环氧树脂进行密实充填，第二钢板19表面涂刷防锈漆。

本实施例的有益效果在于：是管棚与冻结的优点结合在一起，充分发挥管棚的承载能力和冻结的止水可靠性，对于工况条件复杂的工程，具有良好适应性。