CN102230384B - 土压平衡/泥水加压连续切换式盾构施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明是土压平衡/泥水加压连续切换式盾构施工方法，该方法在土压平衡盾构工作模式的基础上，增加螺旋排土器向排泥管（可控制压力）的切换的设计，以及配套的进泥排泥泵系统、泥浆制备、运输和处理系统。在掘进过程中该工法可根据地层条件的变化进行工作方式的切换和调整，在不合适土压平衡盾构而需要泥水加压盾构施工时，将土压平衡盾构工作模式切换成泥水加压盾构工作模式。优点：该发明所涉及的工艺流程简单易行，集合了两种盾构的施工方法，可以在不同的地层经转换后以不同的工作原理和方式运行，可以更好地保证开挖面的稳定和施工顺利进行，符合我国在地质条件复杂多变的情况下盾构施工的迫切需求。

Description

土压平衡/泥水加压连续切换式盾构施工方法

技术领域

   本发明涉及的是一种在复杂多变的地层中进行盾构施工的土压平衡/泥水加压连续切换式盾构施工方法，可有效应用在隧道区间大部分段落(80~90%)地层适合土压平衡盾构、局部段落(10~20%)地层难以进行土压平衡盾构施工场合，属于地铁及地下工程施工技术领域。

背景技术

不同型式的盾构机适宜于不同的地层，采用单一形式的盾构机很难满足穿越复杂多变地层的施工要求。由于我国幅员广阔，地质条件复杂多变的地层已经成为城市地铁建设面临的难题。目前，我国大部分城市地铁建设采用土压平衡盾构施工，这种方法较为适宜于以细颗粒为主、透水性较小且扰动后易于形成塑性流动状态的地层，与泥水加压盾构相比造价也可便宜30%左右。但当盾构区间大部分段落为细颗粒土地层而局部存在渗透性较大的粗砂及砂砾石地层时，土压平衡盾构的大透水性的段落不能很好的保持开挖面的稳定，易于造成开挖面失稳坍塌以及地表塌陷等事故。如果因为局部段落出现大透水性地层而全区间采用泥水加压盾构，则会造成工程造价大幅上升。

发明内容

 本发明提出了一种在盾构区间以土压平衡施工为主，在掘进过程中根据地层性质的变化，可进行土压平衡盾构和泥水加压盾构两种工作方式相互连续切换的土压平衡/泥水加压连续切换式盾构施工方法，实现在复杂多变地层中安全、按期、经济掘进。

本发明的技术解决方案：盾构选型阶段采用土压平衡/泥水加压连续切换式盾构，其结构包括进浆管、压力舱、进浆泵、搅拌翼、螺旋排土器，排泥管、压力控制阀；其中进浆管的一端接入泥浆罐，进浆管的另一端接入压力舱，进浆管上设有进浆泵，压力舱内设搅拌翼，压力舱内底部安装螺旋排土器，螺旋排土器出口连接排泥管上的压力控制阀的一端，压力控制阀的另一端与泥土车的入口对应设置，压力舱的一侧设有隔板；

施工方法包括如下工艺步骤：

 (一) 在土压平衡盾构的基础上，

1）增加可向工作舱注入泥浆并可控制压力的进浆系统；

2）增加配套的进泥系统、排泥系统以及相应的泥浆制备、运输和处理系统；

3）增加螺旋排土器与可控制压力的排泥管切换系统；

（二）在盾构选型时配备进泥系统和排泥系统，施工时大多数段落以土压平衡的模式下掘进，当遇到透水性强、含水量大的砂卵石地层，不宜采用土压平衡模式来维持开挖面稳定时，开启进泥系统向工作舱内注入膨润土泥浆，待螺旋排土器排出的泥土流动性满足管道运输的要求，切换到可控制压力的排泥系统，按泥水加压盾构的平衡原理施工；

（三）顺利通过砂卵石地层后，逐一关闭进泥系统和排泥系统，同时切换到螺旋排土器，再采用土压平衡模式进行后续掘进。

本发明的优点：能够在土压平衡盾构施工的基础上，根据地层的变化，在掘进的过程中将盾构开挖面的工作模式在土压平衡和泥水加压平衡之间自由的切换，最大程度的减少了工程风险。切换工艺和设备简单，不需要专门停机，减少了工期的延误，节约了工程造价。而且本发明所涉及的工艺流程简单易行，能够集合两种盾构工法的优点，符合我国在地质条件复杂多变的情况下盾构施工的迫切需求。

附图说明

附图1是土压平衡/泥水加压连续切换式盾构示意图

图中的1是进浆管、2是进浆泵、3是压力舱、4是搅拌翼、5是螺旋排土器、6是隔板、7是排泥管、8是压力控制阀、9是泥土车。

具体实施方式

对照附图1，其结构包括进浆管1、进浆泵2、压力舱3、搅拌翼4、螺旋排土器5、隔板6、排泥管7、压力控制阀8其中进浆管1的一端接入泥浆罐，进浆管1的另一端接入压力舱3，进浆管1上设有进浆泵2，压力舱3内设搅拌翼4，压力舱3内底部安装螺旋排土器5，螺旋排土器5出口连接排泥管7上的压力控制阀8的一端，压力控制阀8的另一端与泥土车9的入口对应设置，压力舱3的一侧设有隔板6。

实施例

某一地铁盾构区间，90%区段地层为淤泥质粉质粘土、粉质粘土、粉土地层、全风化泥质砂岩；剩下的区段地层为全断面的砂砾石地层。采用盾构进行隧道施工，必须确保最大限度保护周围建筑物、管线等。

工艺过程如下：（1）盾构选型阶段考虑采用土压平衡/泥水加压连续切换式盾构，决定在土压平衡盾构基础上之上，增加与盾构机配套的泥浆制备、运输、处理和进泥、排泥系统和螺旋排土器与可控制压力的排泥管切换系统。在隧道内，与盾构机相连的有进泥管路系统、排泥管路系统。在进泥管路系统中连接泥浆泵，负责将泥浆输送到压力舱；排泥管路系统安装可控制压力阀门，当管路压力超过阀门设定的设定压力时，排泥阀自动逐渐打开排泥，当管路压力低于阀门设定的设定压力一定范围时，排泥阀自动关闭，依次循环进行挖排泥掘进施工。地面上有泥浆制备、处理系统包括泥浆调浆箱、泥浆储备箱、泥浆临时储存池（塘），在泥浆临时储存池中存放的泥浆沉淀后，可通过泵输入到调浆池经过掺入新鲜膨润土调整后可以再利用。（2）非砂砾石地层中盾构施工采用土压平衡方式施工，当即将接近砂砾石地层时，可在储浆池中制备膨润土泥浆达到泥水盾构施工所要求的密度和粘度等性能，然后向压力舱内通过进泥管逐步送入压力舱，当压力舱的土体状态达到较大流动度满足管道输送的要求，将螺旋排土器排土口切换到可控制压力的泥浆管进行排泥，按泥水加压平衡方式进行盾构施工。（3）顺利通过砂卵石地层后，先关闭进泥系统，然后根据出土状态再关闭排泥系统，同时切换到螺旋排土器出土口进行排土，采用土压平衡模式进行后续掘进。

Claims (1)

1.土压平衡/泥水加压连续切换式盾构施工方法，其特征是盾构选型阶段采用土压平衡/泥水加压连续切换式盾构，该盾构的结构包括进浆管、压力舱、进浆泵、搅拌翼、螺旋排土器，排泥管、压力控制阀；其中进浆管的一端接入泥浆罐，进浆管的另一端接入压力舱，进浆管上设有进浆泵，压力舱内设搅拌翼，压力舱内底部安装螺旋排土器，螺旋排土器出口连接排泥管上的压力控制阀的一端，压力控制阀的另一端与泥土车的入口对应设置，压力舱的一侧设有隔板；

其施工方法包括如下工艺步骤：

(一) 在土压平衡盾构的基础上，

1）增加可向工作舱注入泥浆并可控制压力的进浆系统；

2）增加配套的进泥系统、排泥系统以及相应的泥浆制备、运输和处理系统；

3）增加螺旋排土器与可控制压力的排泥管切换系统；

（二）在盾构选型时配备进泥系统和排泥系统，施工时大多数段落以土压平衡的模式下掘进，当遇到透水性强、含水量大的砂卵石地层，不宜采用土压平衡模式来维持开挖面稳定时，开启进泥系统向工作舱内注入膨润土泥浆，待螺旋排土器排出的泥土流动性满足管道运输的要求，切换到可控制压力的排泥系统，按泥水加压盾构的平衡原理施工；

（三）顺利通过砂卵石地层后，逐一关闭进泥系统和排泥系统，同时切换到螺旋排土器，再采用土压平衡模式进行后续掘进。

Images