CN103291313B - 土压盾构开挖拱顶压力支护系统及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土压盾构开挖拱顶压力支护系统，包括盾构主驱动，设置在盾构主驱动前方的刀盘，刀盘与盾构主驱动中间的土压仓，土压仓内的下部为渣土，土压仓内上部注入有膨润土，土压仓注入膨润土的上方与拱顶泥膜层相连接，拱顶泥膜层位于盾构机的上方及刀盘的前方，且拱顶泥膜层连接有覆土层或覆土水压层；土压仓连接有膨润土注入系统，以及与膨润土注入系统连接的压缩空气保压系统。本发明能起到很好的拱顶支护作用，减小开挖面的沉降。本发明的施工工法的应用，可有效的控制地表的沉降，在富水地层还可以起到隔水的作用。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工领域，具体为一种土压盾构开挖拱顶压力支护系统及其施工方法。
背景技术
在人口急剧集中的情况下，城市的规模不断的扩大，伴随着地上空间的开发和利用，使得地上的空间越来越变得珍贵，这让好多城市把轨道交通迁移到地下来建设。由于各地的地理环境和地质情况存在着不同，有些地方地质适合用传统意义的土压平衡盾构或者泥水盾构施工，但是在一些地方用传统的盾构机施工会带来一定的难度，这些难度主要表现在，掘进困难、地表沉降无法控制的情况，这些给施工和地表的建筑物带来了威胁。为了能够解决这些问题，必须有新的工法来配合传统的盾构施工工艺来满足不同的施工需求。
例如在土压平衡盾构施工中，当遇到圆砾、砂卵石等地质条件覆土较浅时，由于地层透水性大、透气性强，如果仅仅采用气体平衡模式或土压平衡模式进行掘进开挖，就无法很好的控制土仓压力稳定和地表沉降，不能精确控制控制土仓的压力，如果靠靠土仓的压力来实现保压，则容易出现堵仓和地表隆起的风险，不建立土压地表的沉降又得不到控制。
因此，提供一种支护效果好，能够很好的适应地质条件覆土较浅、地层透水性大、透气性强时的盾构辅助工法，是一个值得研究的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种能起到很好的拱顶支护作用，进而实现开挖面的压力平衡，减小开挖面的沉降，在富水地层还可以起到隔水的作用的新型土压盾构开挖拱顶压力支护系统及其施工方法。
本发明的目的是这样实现的：
土压盾构开挖拱顶压力支护系统，包括盾构主驱动5，设置在盾构主驱动5前方的刀盘3，刀盘3与盾构主驱动5中间的土压仓，土压仓内的下部为渣土6，其特征在于：所述的土压仓内上部注入有膨润土4，土压仓注入膨润土的上方与拱顶泥膜层2相连接，拱顶泥膜层2位于盾构机的上方及刀盘的前方，且拱顶泥膜层2连接有覆土层1或覆土水压层；土压仓连接有膨润土注入系统，以及与膨润土注入系统连接的压缩空气保压系统；
所述的土压仓内上部注入的膨润土4的压力大于与拱顶泥膜层2连接有覆土层1或覆土水压层的压力；
土压仓内设置有与盾构PLC连接的土压仓压力传感器；
所述的压缩空气保压系统包括保压罐11，保压罐11通过管道连接膨润土注入系统的土压仓；保压罐11顶部连接有压力检测装置13，压力检测装置13连接有压力调节器14，压力调节器14通过管道连接有设置在进气管路18上的进气阀17，进气管路18连接有保压罐11；所述的保压罐11内的下部为膨润土，上部为压缩空气，保压罐11上设置有安全阀12，与盾构PLC连接的保压罐压力传感器b以及液位传感器a；
所述的压力调节器14通过管路连接有设置排气口16的排气阀15，排气阀15通过管道连接进气阀17与保压罐11之间的进气管路18；
所述的保压罐11与土压仓之间的管路上设置有第二气动球阀10、流量传感器9、注土管道压力传感器8以及单向阀7；
所述的膨润土注入系统，包括膨润土注入管路19，膨润土注入管路19通过管道连接有第二气动球阀10与流量传感器9之间的管道，且在膨润土注入管路19连接第二气动球阀10与流量传感器9之间的管道的管道上设置有第三气动球阀22；同时膨润土注入管路19通过管道连接有保压罐11，膨润土注入管路19与保压罐11之间的连接管道上设置第一气动球阀20及第一手动球阀21；
所述的支护系统的施工方法为：第一、根据支护系统中土压仓内的膨润土压力大于覆土层1或覆土水压层压力的要求，即拱顶需要的压力，将保压罐11中压缩空气的压力设定值；
第二、设置在保压罐11上的压力检测装置13检测保压罐内实时的压力，将压力大小信号传递给压力调节器14，通过压力调节器14控制进气阀17和排气阀15的开度，通过控制进入保压罐11里的气量来保持保压罐11内的压力稳定；土压仓内的膨润土通过膨润土注入管路注入或保压罐11内的膨润土注入；
第三步、为了实时比较土压仓内的压力与保压罐11内的压力情况，设置在土压仓内的土压仓压力传感器和设置在保压罐11上的保压罐压力传感器b，分别将检测到的压力信号传输到盾构PLC上面；保压罐11内的液位高度靠液位开关控制，当低液位时，第二气动球阀10关闭，当高液位时，第一气动球阀20关闭。
积极有益效果：本发明通过向土压仓顶部注入一定压力的膨润土，当加入的膨润土压力大于地下水和覆土压力时，膨润土就会按达西定律渗入土壤，形成与土壤间隙成一定比例的悬浮颗粒，被捕获并积聚于土壤与膨润土的接触表面，形成泥膜。随着时间的推移，泥膜的厚度不断增加，渗透抵抗力逐渐增强，当泥膜抵抗力大于顶部土压和水压时，就能起到很好的拱顶支护作用，进而实现开挖面的压力平衡，减小开挖面的沉降。本发明的施工工法的应用，可有效的控制地表的沉降，在富水地层还可以起到隔水的作用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图一；
图2为本发明的结构示意图二；
图中为：覆土层1、拱顶泥膜层2、刀盘3、膨润土4、盾构主驱动5、渣土6、单向阀7、注土管道压力传感器8、流量传感器9、第二气动球阀10、保压罐11、安全阀12、压力检测装置13、压力调节器14、排气阀15、
排气口16、进气阀17、进气管路18膨润土注入管路19、第一气动球阀20、第一手动球阀21、第三气动球阀22。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例，对本发明做进一步的说明：
如图1、图2所示，土压盾构开挖拱顶压力支护系统，包括盾构主驱动5，设置在盾构主驱动5前方的刀盘3，刀盘3与盾构主驱动5中间的土压仓，土压仓内的下部为渣土6，其特征在于：所述的土压仓内上部注入有膨润土4，土压仓注入膨润土的上方与拱顶泥膜层2相连接，拱顶泥膜层2位于盾构机的上方及刀盘的前方，且拱顶泥膜层2连接有覆土层1或覆土水压层；土压仓连接有膨润土注入系统，以及与膨润土注入系统连接的压缩空气保压系统；
所述的土压仓内上部注入的膨润土4的压力大于与拱顶泥膜层2连接有覆土层1或覆土水压层的压力；
土压仓内设置有与盾构PLC连接的土压仓压力传感器；
所述的压缩空气保压系统包括保压罐11，保压罐11通过管道连接膨润土注入系统的土压仓；保压罐11顶部连接有压力检测装置13，压力检测装置13连接有压力调节器14，压力调节器14通过管道连接有设置在进气管路18上的进气阀17，进气管路18连接有保压罐11；所述的保压罐11内的下部为膨润土，上部为压缩空气，保压罐11上设置有安全阀12，与盾构PLC连接的保压罐压力传感器b以及液位传感器a；
所述的压力调节器14通过管路连接有设置排气口16的排气阀15，排气阀15通过管道连接进气阀17与保压罐11之间的进气管路18；
所述的保压罐11与土压仓之间的管路上设置有第二气动球阀10、流量传感器9、注土管道压力传感器8以及单向阀7；
所述的膨润土注入系统，包括膨润土注入管路19，膨润土注入管路19通过管道连接有第二气动球阀10与流量传感器9之间的管道，且在膨润土注入管路19连接第二气动球阀10与流量传感器9之间的管道的管道上设置有第三气动球阀22；同时膨润土注入管路19通过管道连接有保压罐11，膨润土注入管路19与保压罐11之间的连接管道上设置第一气动球阀20及第一手动球阀21；
所述的支护系统的施工方法为：第一、根据支护系统中土压仓内的膨润土压力大于覆土层1或覆土水压层压力的要求，即拱顶需要的压力，将保压罐11中压缩空气的压力设定值；
第二、设置在保压罐11上的压力检测装置13检测保压罐内实时的压力，将压力大小信号传递给压力调节器14，通过压力调节器14控制进气阀17和排气阀15的开度，通过控制进入保压罐11里的气量来保持保压罐11内的压力稳定；土压仓内的膨润土通过膨润土注入管路注入或保压罐11内的膨润土注入；
第三步、为了实时比较土压仓内的压力与保压罐11内的压力情况，设置在土压仓内的土压仓压力传感器和设置在保压罐11上的保压罐压力传感器b，分别将检测到的压力信号传输到盾构PLC上面；保压罐11内的液位高度靠液位开关控制，当低液位时，第二气动球阀10关闭，当高液位时，第一气动球阀20关闭。
本发明通过向土压仓顶部注入一定压力的膨润土，当加入的膨润土压力大于地下水和覆土压力时，膨润土就会按达西定律渗入土壤，形成与土壤间隙成一定比例的悬浮颗粒，被捕获并积聚于土壤与膨润土的接触表面，形成泥膜。随着时间的推移，泥膜的厚度不断增加，渗透抵抗力逐渐增强，当泥膜抵抗力大于顶部土压和水压时，就能起到很好的拱顶支护作用，进而实现开挖面的压力平衡，减小开挖面的沉降。本发明的施工工法的应用，可有效的控制地表的沉降，在富水地层还可以起到隔水的作用。
以上实施例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代和改进等，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围之内。
Claims (6)
1.土压盾构开挖拱顶压力支护系统，包括盾构主驱动（5），设置在盾构主驱动（5）前方的刀盘（3），刀盘（3）与盾构主驱动（5）中间的土压仓，土压仓内的下部为渣土（6），其特征在于：所述的土压仓内上部注入有膨润土（4），土压仓注入膨润土的上方与拱顶泥膜层（2）相连接，拱顶泥膜层（2）位于盾构机的上方及刀盘的前方，且拱顶泥膜层（2）连接有覆土层（1）或覆土水压层；土压仓连接有膨润土注入系统，以及与膨润土注入系统连接的压缩空气保压系统；
其具体施工方法为：
第一、根据支护系统中土压仓内的膨润土压力大于覆土层（1）或覆土水压层压力的要求，即拱顶需要的压力，将保压罐（11）中压缩空气的压力设定值；
第二、设置在保压罐（11）上的压力检测装置（13）检测保压罐内实时的压力，将压力大小信号传递给压力调节器（14），通过压力调节器（14）控制进气阀（17）和排气阀（15）的开度，通过控制进入保压罐（11）里的气量来保持保压罐（11）内的压力稳定；土压仓内的膨润土通过膨润土注入管路注入或保压罐（11）内的膨润土注入；
第三步、为了实时比较土压仓内的压力与保压罐（11）内的压力情况，设置在土压仓内的土压仓压力传感器和设置在保压罐(11)上的保压罐压力传感器（b），分别将检测到的压力信号传输到盾构PLC上面；保压罐（11）内的液位高度靠液位开关控制，当低液位时，第二气动球阀（10）关闭，当高液位时，第一气动球阀（20）关闭;
所述的压缩空气保压系统包括保压罐（11），保压罐（11）通过管道连接膨润土注入系统的土压仓；保压罐（11）顶部连接有压力检测装置（13），压力检测装置（13）连接有压力调节器（14），压力调节器（14）通过管道连接有设置在进气管路（18）上的进气阀（17），进气管路（18）连接有保压罐（11）；所述的保压罐（11）内的下部为膨润土，上部为压缩空气，保压罐（11）上设置有安全阀（12），与盾构PLC连接的保压罐压力传感器（b）以及液位传感器（a）。
2.根据权利要求1所述的土压盾构开挖拱顶压力支护系统，其特征在于：所述的土压仓内上部注入的膨润土（4）的压力大于与拱顶泥膜层（2）连接有覆土层（1）或覆土水压层的压力。
3.根据权利要求1所述的土压盾构开挖拱顶压力支护系统，其特征在于：土压仓内设置有与盾构PLC连接的土压仓压力传感器。
4.根据权利要求1所述的土压盾构开挖拱顶压力支护系统，其特征在于：所述的压力调节器（14）通过管路连接有设置排气口（16）的排气阀（15），排气阀（15）通过管道连接进气阀（17）与保压罐（11）之间的进气管路（18）。
5.根据权利要求1所述的土压盾构开挖拱顶压力支护系统，其特征在于：所述的膨润土注入系统，包括膨润土注入管路（19），膨润土注入管路（19）通过管道连接有第二气动球阀（10）与流量传感器（9）之间的管道，且在膨润土注入管路（19）连接第二气动球阀（10）与流量传感器（9）之间的管道的管道上设置有第三气动球阀（22）；同时膨润土注入管路（19）通过管道连接有保压罐（11），膨润土注入管路（19）与保压罐（11）之间的连接管道上设置第一气动球阀（20）及第一手动球阀（21）。
6.根据权利要求1或5所述的土压盾构开挖拱顶压力支护系统，其特征在于：所述的保压罐（11）与土压仓之间的管路上设置有第二气动球阀（10）、流量传感器（9）、注土管道压力传感器（8）以及单向阀（7）。
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