创新成果简介（1000-2000字左右）

主要内容：

一、立项背景

我国大力发展城市轨道交通、引水、电力等隧道工程，隧道穿越地区地质变化较大，存在大量的复杂地段。在盾构施工中，盾构机长距离推进后，尾部的盾尾刷会因磨损而失去密封作用，此时须更换盾尾刷。在全断面硬岩类稳定地层更换盾尾刷，不需要进行特殊加固即可进行更换作业；如恰巧在富水砂层、粉质黏土等地层则需要进行特殊加固才能进行更换作业。如果不具备加固条件整个项目将陷入进退两难的境地，在这种情况如何进行盾尾刷更换作业成为一个亟待解决的问题。

二、冷冻法更换盾尾刷的原理

提出一种通过冷冻法更换盾尾刷的技术，可以实现在复杂地层下进行盾尾刷更换作业。其基本原理是通过人工制冷技术将地层中所含的水凝结成冰，把盾构机尾部和管片连接处的土体变成冻土。从而形成具有密封效果的环形冻土加固区域，利用冻土来隔绝地下水和隧道内部的联系。

在通用钢管片的基础上，增加冷冻管路。管片拼接形成完整的环形隧道管片，各管片内的冷冻管相互连接形成冷冻回路。能够使外部冷冻机将低温冷冻液输送至冷冻管片，并将土体能量带走。

更换盾尾刷施工工艺主要包含冷冻管片设计和生产、停机位置选择、冷冻设备选择和准备、冷冻管片的安装和冻结、更换盾尾刷、解冻、恢复掘进。

三、带冷冻功能管片设计

与普通地铁预制管片一样，一环冷冻管片由若干块管片首尾拼接形成一个完整的封闭区域，每块冷冻管片包括若干条设置在管片内侧的冷冻管，各冷冻管均设置有进水口和出水口。为了防止能量损失，确保冷冻效果，冷冻管片的内侧均覆盖有保温层。第一块管片的进水口、最后一块管片的出水口可以分别与外部冷冻机的供水管和回水管相连接，其它管片进水口和出水口首尾相连形成冷冻管路回路。

另外，还布置有监测孔，包含测温孔和取芯孔。在冷冻过程中，通过测温孔可实时监测土壤的温度，当土壤的温度达到要求时即可减小制冷量；通过取芯孔可以将盾尾冻结范围的土壤取芯，从而对土壤的冻结效果作出更准确的判断。

四、经济效益情况

通过应用软弱地层特殊钢管片冻结法更换盾尾密封刷技术，避难了传统更换方案需要进行地面加固而产生大量泥浆污染环境，或加固后的止水效果差的问题，充分做到既安全又高效，节约了昂贵地面场地费用和宝贵的工期；另外，本技术相对于传统的更换方法，已形成一整套的设备，环境适应性强。

在我司承建的佛山市城市轨道交通三号线工程土建工程3204-1标项目中，通过应用软弱地层特殊钢管片冻结法更换盾尾密封刷技术，缩短了更换盾尾密封刷的工期和投资，节约直接施工成本近100万元，另外避免了因更换不及时所引起事故抢险的不可预计费用。

五、技术创新点

1、国内、外首创：软弱地层特殊钢管片冻结法更换盾尾密封刷技术新颖，在国内、外尚处首次应用。

2、止浆压板应用：为提高更换盾尾密封刷安全系数，首次采用钢管片冷冻和盾尾间隙布置止浆压板结合施工，双保险保障施工作业的安全。

3、安全可靠：该技术可预先进行人工地层冻结。形成环向冻土帷幕强度高、均匀性好、冻结效果理想，可以做到滴水不漏，形成安全可靠的整体作业环境，保证盾尾密封刷更换期间人、材、机安全。

4、通用性强：该技术能广泛适用于软土富水地层中盾尾密封刷更换，无论是大、中小直径盾构机均可无障碍实施。

5、高效节能：地面预加固工法需要在地面进行注浆加固，使用大量水泥浆液，污染周边环境且十分耗能，施工周期长；特殊钢管片冻结法更换盾尾密封刷技术使用变频冷冻设备，零排放，冷冻周期短，效率高。

六、推广应用前景

随着城市轨道交通事业的兴起，全国各地都在大规模地进行轨道交通建设。特别在人口密集的珠三角、长三角区域需进行大量的轨道交通建设，并且大多采用盾构法施工，不可避免的在盾构施工过程中需要进行盾构机盾尾密封刷的更换，但大部分沿海发达地区均存在大量的软弱地层，并且隧道穿越区域的周边也会不可避免的有着大量的建构筑物存在。这就为在做更换尾刷作业时盾尾周边土体的稳固工作带来了严峻的考验，如未能做好，这将对更换尾刷作业带来不可预知的灾难。而“软弱地层特殊钢管片冻结法更换盾尾密封刷技术”能高效、安全的解决此类问题，且对于类似条件下的施工有着广阔的推广应用前景和极大的推广价值。

七、结论

软弱地层特殊钢管片冻结法更换盾尾密封刷技术的成功应用，有效解决了处于富水软弱地层中安全、高效进行更换盾尾密封刷的难题。此技术在佛山地铁三号线3204-1标的成功应用，得到的效果十分显著，积累了宝贵的实践经验，成功证明了本研究课题的有效性。