CN103696779B - 盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺，包括以下步骤：一、施工准备：将注浆系统通过注浆管路与多个注浆孔相接，多个注浆孔沿圆周方向布设在盾构机的土仓的中上部外侧壁上；二、洗仓：采用螺旋输送机和注浆系统对盾构机的土仓进行洗仓；三、分级加压：通过注浆系统对土仓内进行分级加压，过程如下：第一次加压、第二次加压、第三次加压和第四次加压；四、气体置换：关闭注浆系统，用空气对土仓内的膨润土泥浆进行置换。本发明设计合理、操作简便、投入成本低且安全系数高、使用效果好，能解决在盾构机停机位置地层较为松散、掌子面土体自稳能力差等换刀条件较为恶劣的情况下，现有常用换刀方式无法进行换刀的实际问题。
Description
技术领域
本发明属于隧道盾构施工技术领域，尤其是涉及一种盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺。
背景技术
盾构法是现代隧道施工的一种全机械化施工方法，其主要使用的机械设备为盾构机，分为土压平衡盾构和泥水平衡盾构两种类型，其中以土压平衡盾构使用较多。盾构机在隧道掘进过程中通过刀具进行泥土切削和岩石破碎，并且盾构机长距离掘进后(尤其是硬岩地层或软硬不均地层)需要进行刀具更换。目前，国内盾构机在掘进过程中所采用的换刀方式主要有常压换刀和气压换刀两种类型，其中常压换刀又分为预处理常压换刀和注浆常压换刀。气压换刀是指利用盾构机自带的空压机和辅助压气设备，对土体进行加气压，并将土仓内的水、土用空气进行置换，用气压代替原来的水土压力，建立土仓内气压与仓外水土压力的平衡，然后人员进入土仓内进行作业；但气压换刀的条件是土体密封不漏气，此方法无法在松散土体中进行。预处理常压换刀是提前确定换刀地点，在地面预先采用三轴搅拌桩、旋喷桩等土体加固措施提前对土体进行加固，增强土体的自稳性，然后盾构机刀盘进入加固区后，进行常压开仓换刀；预处理常压换刀施工工艺简单，工期短，加固效果好，但是对地面场地要求高，征地及修复困难。注浆常压换刀是指通过刀盘注浆孔，向土仓内注入水泥浆，使用水泥浆置换原状土，辅助盾构机超前注浆，利用注浆体形成帷幕，并增加土体的自稳性，然后进入土仓进行常压清仓及常压换刀作业；注浆常压换刀成本低，受地面建筑物影响小，但对施工工艺控制较强，盾构机容易被回填材料包裹，盾构脱困风险大。
但如果盾构机停机位置地层较为松散、掌子面土体自稳能力差、刀盘正上方存在建构筑物等条件下，盾构机则无法采用目前国内常用的几种方式进行换刀。例如，在华南地区的复合地层中微风化地层及上软下硬地层岩石的强度很高(高达160Mpa)，目前国内使用的盾构机刀具最大破岩能力为102MPa，这就意味着在微风化地层及局部上软下硬地层中掘进施工时必须进行换刀，而在上软下硬地层中换刀时最佳的换刀方法为气压换刀，但当在盾构掘进过程中气压换刀位置的地层不密实、空隙较大、漏气且不保压时，便不具备常规气压换刀条件，并且不具备预处理常压换刀的场地条件，而在上软下硬地层注浆常压换刀存在较大风险。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺，其设计合理、操作简便、投入成本低且安全系数高、使用效果好，能解决在盾构机停机位置地层较为松散、掌子面土体自稳能力差等换刀条件较为恶劣的情况下，现有常用换刀方式无法进行换刀的实际问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺，其特征在于该工艺包括以下步骤：
步骤一、施工准备：将注浆系统通过注浆管路与多个注浆孔相接，多个所述注浆孔均布设在盾构机的土仓的中上部外侧壁上；
步骤二、洗仓：采用螺旋输送机和步骤一中所述注浆系统对盾构机的土仓进行洗仓，并将土仓内的泥土置换为由所述注浆系统注入的膨润土泥浆一；洗仓过程中，对土仓内部压力进行监控，并将土仓内部压力控制在2.4bar～2.5bar之间；
步骤三、分级加压：通过步骤一中所述注浆系统对土仓内进行分级加压，过程如下：
步骤301、第一次加压：采用所述注浆系统向土仓内连续注入膨润土泥浆二，并将土仓内部压力升高至2.6bar～2.7bar之间；所述膨润土泥浆二的黏度大于步骤二中所述膨润土泥浆一的黏度；
本步骤中，向土仓内注入膨润土泥浆二过程中，先采用所述螺旋输送机和步骤一中所述注浆系统将土仓内的所述膨润土泥浆一置换为所述膨润土泥浆二；之后，关闭所述螺旋输送机，再持续2小时～3小时向土仓内注入所述膨润土泥浆二，并将土仓内部压力控制在2.6bar～2.7bar之间；
步骤302、第二次加压：采用所述注浆系统向土仓内连续注入膨润土泥浆三，并将土仓内部压力升高至2.8bar～2.9bar之间；所述膨润土泥浆三的黏度大于步骤301中所述膨润土泥浆二的黏度；
本步骤中，向土仓内注入膨润土泥浆三过程中，先采用所述螺旋输送机和步骤一中所述注浆系统将土仓内的所述膨润土泥浆二置换为所述膨润土泥浆三；之后，关闭所述螺旋输送机，还需持续2小时～3小时向土仓内注入所述膨润土泥浆三，并将土仓内部压力控制在2.8bar～2.9bar之间；
步骤303、第三次加压：采用所述注浆系统向土仓内连续注入膨润土泥浆四，并将土仓内部压力升高至3.0bar～3.1bar之间；所述膨润土泥浆四的黏度大于步骤302中所述膨润土泥浆三的黏度；
本步骤中，向土仓内注入膨润土泥浆四过程中，先采用所述螺旋输送机和步骤一中所述注浆系统将土仓内的所述膨润土泥浆三置换为所述膨润土泥浆四；之后，关闭所述螺旋输送机，还需持续2小时～3小时向土仓内注入所述膨润土泥浆四，并将土仓内部压力控制在3.0bar～3.1bar之间；
步骤二中洗仓过程中、步骤301中持续2小时～3小时向土仓内注入所述膨润土泥浆二过程中、步骤302中持续2小时～3小时向土仓内注入所述膨润土泥浆三过程中和步骤303中持续2小时～3小时向土仓内注入所述膨润土泥浆四过程中，均需每隔10分钟～20分钟转动一次所述盾构机的刀盘；
步骤304、第四次加压：采用所述注浆系统向土仓内连续注入膨润土泥浆五，并将土仓内部压力升高至(3.4±0.05)bar；所述膨润土泥浆五的黏度大于步骤303中所述膨润土泥浆四的黏度；
本步骤中，向土仓内注入膨润土泥浆五过程中，先采用所述螺旋输送机和步骤一中所述注浆系统将土仓内的所述膨润土泥浆四置换为所述膨润土泥浆五；之后，关闭所述螺旋输送机，还需持续3小时～4小时向土仓内注入所述膨润土泥浆五，并将土仓内部压力控制在(3.4±0.05)bar；
步骤四、气体置换：关闭所述注浆系统，用空气对土仓内的所述膨润土泥浆五进行置换，并将土仓内部压力逐渐降至(2.4±0.1)bar后，便完成掌子面护壁泥膜施工过程。
上述盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺，其特征是：步骤二中所述膨润土泥浆一的黏度为(25±5)Pa·s，步骤301中所述膨润土泥浆二的黏度为(35±5)Pa·s，步骤302中所述膨润土泥浆三的黏度为(45±5)Pa·s，步骤303中所述膨润土泥浆四的黏度为(55±5)Pa·s，步骤304中所述膨润土泥浆五的黏度为60Pa·s以上。
上述盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺，其特征是：步骤一中多个所述注浆孔为土仓的侧壁上所安装的多个平衡阀。
上述盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺，其特征是：步骤一中所述注浆孔的数量为三个，三个所述注浆孔分别为一个布设在3点钟位置的注浆孔、一个布设在9点钟位置的注浆孔和一个布设在12点钟位置的注浆孔。
上述盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺，其特征是：步骤301中向土仓内注入膨润土泥浆二过程中，当从土仓中部所流出泥浆的黏度与所述膨润土泥浆二的黏度相同时，土仓内的所述膨润土泥浆一已置换为所述膨润土泥浆二；步骤302中向土仓内注入膨润土泥浆三过程中，当从土仓中部所流出泥浆的黏度与所述膨润土泥浆三的黏度相同时，土仓内的所述膨润土泥浆二已置换为所述膨润土泥浆三；步骤303中向土仓内注入膨润土泥浆四过程中，当从土仓中部所流出泥浆的黏度与所述膨润土泥浆四的黏度相同时，土仓内的所述膨润土泥浆三已置换为所述膨润土泥浆四。
上述盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺，其特征是：步骤二中洗仓过程中，当从土仓中部所流出的泥浆均为所述膨润土泥浆一且所述螺旋输送机输出渣土重量的70％～80％均为所述膨润土泥浆一时，洗仓结束。
上述盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺，其特征是：步骤二中洗仓过程中、步骤301中持续2小时～3小时向土仓内注入所述膨润土泥浆二的过程中、步骤302中持续2小时～3小时向土仓内注入所述膨润土泥浆三的过程中和步骤303中持续2小时～3小时向土仓内注入所述膨润土泥浆四的过程中，每隔10分钟～20分钟转动一次所述盾构机的刀盘时，每次均转动刀盘2圈。
上述盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺，其特征是：步骤四中进行气体置换时，由先至后分多次将土仓内部压力逐渐降至(2.4±0.1)bar，且每一次均将土仓内部压力降低(0.2±0.02)bar。
上述盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺，其特征是：步骤二中所述膨润土泥浆一由膨润土和水按1︰(12±2)的重量比均匀混合而成；步骤301中所述膨润土泥浆二由膨润土、水、纯碱和增稠剂按1︰(12±2)︰(0.002±0.0003)︰(0.001±0.0001)的重量比均匀混合而成；步骤302中所述膨润土泥浆三由膨润土、水、纯碱和增稠剂按1︰(10±2)︰(0.002±0.0003)︰(0.001±0.0001)的重量比均匀混合而成；步骤303中所述膨润土泥浆四由膨润土、水和添加剂按1︰(33±5)︰(0.027±0.003)的重量比均匀混合而成，所述添加剂为雷膨。
上述盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺，其特征是：步骤二中进行洗仓之前，还需在所述盾构机的尾盾与中盾外侧均注射止水剂并形成止水环；步骤301中持续2小时～3小时向土仓内注入所述膨润土泥浆二过程中、步骤302中持续2小时～3小时向土仓内注入所述膨润土泥浆三过程中、步骤303中持续2小时～3小时向土仓内注入所述膨润土泥浆四过程中和步骤304中持续3小时～4小时向土仓内注入所述膨润土泥浆五过程中，均需每隔25分钟～35分钟测试一次土仓内膨润土泥浆的比重。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、方法步骤简单且施工方便。
2、设计合理，主要包括施工准备、洗仓、分级加压和气体置换四个步骤。由于传统气压换刀中压气作业技术的应用条件是地层密实不漏气。本发明采用掌子面泥膜护壁施工，能有效保证松散地层中压气作业的顺利进行，因而本发明能有效拓展压气作业的适用范围，在以后的地铁施工中具有广泛的应用前景。
3、施工工期短且不影响施工工期，且换刀过程中的安全系数非常高，能够有效保证换刀施工过程快速、有效进行。
4、实用价值高且使用效果好，本发明通过对掌子面进行泥膜护壁以阻止气体的外泄，便于土仓内气压的建立，能有效保证气压换刀的顺利进行，因而能有效解决盾构机停机位置地层较为松散、掌子面土体自稳能力差、刀盘正上方存在建构筑物等条件下，现有目前国内常用的几种换刀方式无法进行换刀的实际问题，并且本发明进行换刀时无需任何前提条件，因而解决了现有盾构换刀方式无对应换刀条件时的盾构机刀具更换难题。综上，本发明采用掌子面泥膜护壁辅助施工气压换刀，能有效增强盾构机停机检查、换刀的安全性，降低停机时间，提高盾构掘进效率，有较好的社会和经济效益。
5、适用面广，能有效适用至所有基于土压平衡的盾构机换刀施工中。
综上所述，本发明设计合理、操作简便、投入成本低且安全系数高、使用效果好，能有效解决在盾构机停机位置地层较为松散、掌子面土体自稳能力差等换刀条件较为恶劣的情况下，现有常用换刀方式无法进行换刀的实际问题。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的施工工艺流程框图。
图2为本发明注浆孔的布设位置示意图。
附图标记说明:
1—土仓； 2—平衡阀。
具体实施方式
如图1所示的一种盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺，包括以下步骤：
步骤一、施工准备：将注浆系统通过注浆管路与多个注浆孔相接，多个所述注浆孔均布设在盾构机的土仓1的中上部外侧壁上。
本实施例中，多个所述注浆孔沿圆周方向布设在盾构机的土仓1的中上部外侧壁上。
本实施例中，步骤一中多个所述注浆孔为土仓1的侧壁上所安装的多个平衡阀2。
本实施例中，所述盾构机为海瑞克盾构机且其土仓壁上设置有多个平衡阀2。
实际施工时，所采用的注浆系统为二次注浆机或同步注浆机。本实施例中，所述注浆系统为二次注浆机。
本实施例中，步骤一中所述注浆孔的数量为三个，三个所述注浆孔分别为一个布设在3点钟位置的注浆孔、一个布设在9点钟位置的注浆孔和一个布设在12点钟位置的注浆孔。
本实施例中，选用位于3点钟、9点钟及人闸12点钟位置上的三个平衡阀2作为所述注浆孔，并将三个平衡阀的管路接到所述注浆系统上，管路接头选用活动接头，方便不同点位之间管路连接的切换。同时，将注浆系统与膨润土泥浆运输设备之间的连接，详见图2。
步骤二、洗仓：采用螺旋输送机和步骤一中所述注浆系统对盾构机的土仓1进行洗仓，并将土仓1内的泥土置换为由所述注浆系统注入的膨润土泥浆一。洗仓过程中，对土仓1内部压力进行监控，并将土仓1内部压力控制在2.4bar～2.5bar之间。
步骤二中洗仓过程中，当从土仓1中部所流出的泥浆均为所述膨润土泥浆一且所述螺旋输送机输出渣土重量的70％～80％均为所述膨润土泥浆一时，洗仓结束。本实施例中，当土仓1上位于3点钟和9点钟位置上的两个平衡阀2的布设位置处所放出来的都是所述膨润土泥浆一，并且所述螺旋输送机送出的渣土中大约有70％～80％为所述膨润土泥浆一时，说明已完成将土仓1内的泥土置换为所述膨润土泥浆一的过程。
本实施例中，步骤二中所述膨润土泥浆一的黏度为(25±5)Pa·s。
实际施工时，步骤二中所述膨润土泥浆一由膨润土和水按1︰(12±2)的重量比均匀混合而成。
本实施例中，所述膨润土泥浆一由膨润土和水按1︰12的重量比均匀混合而成。实际施工时，可以根据具体需要，对所述膨润土泥浆一中膨润土和水的重量比进行相应调整。
步骤二中洗仓过程中，需每隔10分钟～20分钟转动一次所述盾构机的刀盘。本实施例中，洗仓过程中，每隔15分钟转动一次所述盾构机的刀盘，并且每次均转动刀盘2圈。
实际施工时，可以根据具体需要，前后相邻两次转动刀盘的间隔时间和每次转动刀盘的圈数进行相应调整，也可以每次转动1圈～3圈。
本实施例中，步骤二中采用螺旋输送机和步骤一中所述注浆系统将土仓1内的泥土置换为所述膨润土泥浆一时，通过所述螺旋输送机将土仓1内部的所有泥土由下至上逐渐从土仓1内排出，且在泥土由下至上逐渐从土仓1内排出过程中，通过所述注浆系统由上至下同步对泥土排出后的土仓1内部空腔进行填充，直至将土仓1内的所有泥土全部置换为所述膨润土泥浆一，则完成由上至下将土仓1内的泥土置换为所述膨润土泥浆一的洗仓过程。
步骤三、分级加压：通过步骤一中所述注浆系统对土仓1内进行分级加压，过程如下：
步骤301、第一次加压：采用所述注浆系统向土仓1内连续注入膨润土泥浆二，并将土仓1内部压力升高至2.6bar～2.7bar之间；所述膨润土泥浆二的黏度大于步骤二中所述膨润土泥浆一的黏度。
本步骤中，向土仓1内注入膨润土泥浆二过程中，先采用所述螺旋输送机和步骤一中所述注浆系统将土仓1内的所述膨润土泥浆一置换为所述膨润土泥浆二；之后，关闭所述螺旋输送机，再持续2小时～3小时向土仓1内注入所述膨润土泥浆二，并将土仓1内部压力控制在2.6bar～2.7bar之间。
本实施例中，步骤301中所述膨润土泥浆二的黏度为(35±5)Pa·s。
实际施工时，步骤301中所述膨润土泥浆二由膨润土、水、纯碱和增稠剂按1︰(12±2)︰(0.002±0.0003)︰(0.001±0.0001)的重量比均匀混合而成。
本实施例中，所述膨润土泥浆二由膨润土、水、纯碱和增稠剂按1︰12︰0.002︰0.001的重量比均匀混合而成。所述增稠剂为羧甲基纤维素钠(CMC)。实际施工时，可以根据具体需要，对所述膨润土泥浆二中膨润土、水、纯碱和增稠剂的重量比进行相应调整。
步骤301中向土仓1内注入膨润土泥浆二过程中，当从土仓1中部所流出泥浆的黏度与所述膨润土泥浆二的黏度相同时，土仓1内的所述膨润土泥浆一已置换为所述膨润土泥浆二。本实施例中，当土仓1上位于3点钟和9点钟位置上的两个平衡阀2的布设位置处所放出来的膨润土泥浆的黏度为(35±5)Pa·s，并且位于3点钟和9点钟位置上的两个平衡阀2的布设位置处所放出来的膨润土泥浆的含砂率与所述膨润土泥浆二的含砂率一致时，说明已完成将土仓1内的所述膨润土泥浆一置换为所述膨润土泥浆二的置换过程。
步骤301中持续2小时～3小时向土仓1内注入所述膨润土泥浆二的过程中，需每隔10分钟～20分钟转动一次所述盾构机的刀盘。本实施例中，步骤301中每隔15分钟转动一次所述盾构机的刀盘，并且每次均转动刀盘2圈。
实际施工时，可以根据具体需要，前后相邻两次转动刀盘的间隔时间和每次转动刀盘的圈数进行相应调整，也可以每次转动1圈～3圈。
本实施例中，采用所述螺旋输送机和步骤一中所述注浆系统将土仓1内的所述膨润土泥浆一置换为所述膨润土泥浆二时，通过所述螺旋输送机将土仓1内部的所述膨润土泥浆一由下至上逐渐从土仓1内排出，且在所述膨润土泥浆一由下至上逐渐从土仓1内排出过程中，通过所述注浆系统由上至下同步对所述膨润土泥浆一排出后的土仓1内部空腔进行填充，直至将土仓1内的所有膨润土泥浆一全部置换为所述膨润土泥浆二，则完成由上至下将土仓1内的所述膨润土泥浆一置换为所述膨润土泥浆二的置换过程。
步骤302、第二次加压：采用所述注浆系统向土仓1内连续注入膨润土泥浆三，并将土仓1内部压力升高至2.8bar～2.9bar之间；所述膨润土泥浆三的黏度大于步骤301中所述膨润土泥浆二的黏度。
本步骤中，向土仓1内注入膨润土泥浆三过程中，先采用所述螺旋输送机和步骤一中所述注浆系统将土仓1内的所述膨润土泥浆二置换为所述膨润土泥浆三；之后，关闭所述螺旋输送机，还需持续2小时～3小时向土仓1内注入所述膨润土泥浆三，并将土仓1内部压力控制在2.8bar～2.9bar之间。
本实施例中，步骤302中所述膨润土泥浆三的黏度为(45±5)Pa·s。
实际施工时，步骤302中所述膨润土泥浆三由膨润土、水、纯碱和增稠剂按1︰(10±2)︰(0.002±0.0003)︰(0.001±0.0001)的重量比均匀混合而成。
本实施例中，所述膨润土泥浆三由膨润土、水、纯碱和增稠剂按1︰10︰0.002︰0.001的重量比均匀混合而成。所述增稠剂为羧甲基纤维素钠(CMC)。实际施工时，可以根据具体需要，对所述膨润土泥浆三中膨润土、水、纯碱和增稠剂的重量比进行相应调整。
步骤302中向土仓1内注入膨润土泥浆三过程中，当从土仓1中部所流出泥浆的黏度与所述膨润土泥浆三的黏度相同时，土仓1内的所述膨润土泥浆二已置换为所述膨润土泥浆三。本实施例中，当土仓1上位于3点钟和9点钟位置上的两个平衡阀2的布设位置处所放出来的膨润土泥浆的黏度为(45±5)Pa·s，并且位于3点钟和9点钟位置上的两个平衡阀2的布设位置处所放出来的膨润土泥浆的含砂率与所述膨润土泥浆三的含砂率一致时，说明已完成将土仓1内的所述膨润土泥浆二置换为所述膨润土泥浆三的置换过程。
步骤302中持续2小时～3小时向土仓1内注入所述膨润土泥浆三的过程中，需每隔10分钟～20分钟转动一次所述盾构机的刀盘。本实施例中，步骤302中每隔15分钟转动一次所述盾构机的刀盘，并且每次均转动刀盘2圈。
实际施工时，可以根据具体需要，前后相邻两次转动刀盘的间隔时间和每次转动刀盘的圈数进行相应调整，也可以每次转动1圈～3圈。
本实施例中，采用所述螺旋输送机和步骤一中所述注浆系统将土仓1内的所述膨润土泥浆二置换为所述膨润土泥浆三时，通过所述螺旋输送机将土仓1内部的所述膨润土泥浆二由下至上逐渐从土仓1内排出，且在所述膨润土泥浆二由下至上逐渐从土仓1内排出过程中，通过所述注浆系统由上至下同步对所述膨润土泥浆二排出后的土仓1内部空腔进行填充，直至将土仓1内的所有膨润土泥浆二全部置换为所述膨润土泥浆三，则完成由上至下将土仓1内的所述膨润土泥浆二置换为所述膨润土泥浆三的置换过程。
步骤303、第三次加压：采用所述注浆系统向土仓1内连续注入膨润土泥浆四，并将土仓1内部压力升高至3.0bar～3.1bar之间；所述膨润土泥浆四的黏度大于步骤302中所述膨润土泥浆三的黏度。
本步骤中，向土仓1内注入膨润土泥浆四过程中，先采用所述螺旋输送机和步骤一中所述注浆系统将土仓1内的所述膨润土泥浆三置换为所述膨润土泥浆四；之后，关闭所述螺旋输送机，还需持续2小时～3小时向土仓1内注入所述膨润土泥浆四，并将土仓1内部压力控制在3.0bar～3.1bar之间。
本实施例中，步骤303中所述膨润土泥浆四的黏度为(55±5)Pa·s。
实际施工时，步骤303中所述膨润土泥浆四由膨润土、水和添加剂按1︰(33±5)︰(0.027±0.003)的重量比均匀混合而成，所述添加剂为雷膨。本实施例中，所述膨润土泥浆四由膨润土、水和添加剂按1︰33︰0.027的重量比均匀混合而成。实际施工时，可以根据具体需要，对所述膨润土泥浆四中膨润土、水和添加剂的重量比进行相应调整。
其中，雷膨添加剂由杭州润钻膨润土技术开发有限公司生产。雷膨是一种粉末状的聚合物，能用来提高膨润土泥浆的性能。
步骤303中向土仓1内注入膨润土泥浆四过程中，当从土仓1中部所流出泥浆的黏度与所述膨润土泥浆四的黏度相同时，土仓1内的所述膨润土泥浆三已置换为所述膨润土泥浆四。本实施例中，当土仓1上位于3点钟和9点钟位置上的两个平衡阀2的布设位置处所放出来的膨润土泥浆的黏度为(55±5)Pa·s，并且位于3点钟和9点钟位置上的两个平衡阀2的布设位置处所放出来的膨润土泥浆的含砂率与所述膨润土泥浆四的含砂率一致时，说明已完成将土仓1内的所述膨润土泥浆三置换为所述膨润土泥浆四的置换过程。
步骤303中持续2小时～3小时向土仓1内注入所述膨润土泥浆四的过程中，需每隔10分钟～20分钟转动一次所述盾构机的刀盘。本实施例中，步骤303中每隔15分钟转动一次所述盾构机的刀盘，并且每次均转动刀盘2圈。
实际施工时，可以根据具体需要，前后相邻两次转动刀盘的间隔时间和每次转动刀盘的圈数进行相应调整，也可以每次转动1圈～3圈。
本实施例中，采用所述螺旋输送机和步骤一中所述注浆系统将土仓1内的所述膨润土泥浆三置换为所述膨润土泥浆四时，通过所述螺旋输送机将土仓1内部的所述膨润土泥浆三由下至上逐渐从土仓1内排出，且在所述膨润土泥浆三由下至上逐渐从土仓1内排出过程中，通过所述注浆系统由上至下同步对所述膨润土泥浆三排出后的土仓1内部空腔进行填充，直至将土仓1内的所有膨润土泥浆三全部置换为所述膨润土泥浆四，则完成由上至下将土仓1内的所述膨润土泥浆三置换为所述膨润土泥浆四的置换过程。
步骤304、第四次加压：采用所述注浆系统向土仓1内连续注入膨润土泥浆五，并将土仓1内部压力升高至(3.4±0.05)bar；所述膨润土泥浆五的黏度大于步骤303中所述膨润土泥浆四的黏度。
本步骤中，向土仓1内注入膨润土泥浆五过程中，先采用所述螺旋输送机和步骤一中所述注浆系统将土仓1内的所述膨润土泥浆四置换为所述膨润土泥浆五；之后，关闭所述螺旋输送机，还需持续3小时～4小时向土仓1内注入所述膨润土泥浆五，并将土仓1内部压力控制在(3.4±0.05)bar。
本实施例中，步骤304中所述膨润土泥浆五的黏度为60Pa·s以上。
本实施例中，采用所述注浆系统向土仓1内连续注入膨润土泥浆五，并将土仓1内部压力升高至3.4bar，并且持续3小时～4小时向土仓1内注入所述膨润土泥浆五过程中，将土仓1内部压力控制在3.4bar。
本实施例中，步骤304中所述膨润土泥浆五由膨润土、水和添加剂均匀混合而成，所述添加剂为雷膨。
本实施例中，采用所述螺旋输送机和步骤一中所述注浆系统将土仓1内的所述膨润土泥浆四置换为所述膨润土泥浆五时，通过所述螺旋输送机将土仓1内部的所述膨润土泥浆四由下至上逐渐从土仓1内排出，且在所述膨润土泥浆四由下至上逐渐从土仓1内排出过程中，通过所述注浆系统由上至下同步对所述膨润土泥浆四排出后的土仓1内部空腔进行填充，直至将土仓1内的所有膨润土泥浆四全部置换为所述膨润土泥浆五，则完成由上至下将土仓1内的所述膨润土泥浆四置换为所述膨润土泥浆五的置换过程。
本实施例中，持续3小时～4小时向土仓1内注入所述膨润土泥浆五过程中，无需转动所述盾构机的刀盘。
实际施工过程中，步骤301中持续2小时～3小时向土仓(1)内注入所述膨润土泥浆二过程中、步骤302中持续2小时～3小时向土仓(1)内注入所述膨润土泥浆三过程中、步骤303中持续2小时～3小时向土仓(1)内注入所述膨润土泥浆四过程中和步骤304中持续3小时～4小时向土仓(1)内注入所述膨润土泥浆五过程中，均需每隔25分钟～35分钟测试一次土仓1内膨润土泥浆的比重。并且，通过测试土仓1内膨润土泥浆的比重，对土仓1内膨润土泥浆是否被稀释进行判断并相应采取措施，以防止地层失水引起地面沉降。
步骤四、气体置换：关闭所述注浆系统，用空气对土仓1内的所述膨润土泥浆五进行置换，并将土仓1内部压力逐渐降至2.4±0.1bar后，便完成掌子面护壁泥膜施工过程。
实际施工时，步骤四中进行气体置换时，由先至后分多次将土仓1内部压力逐渐降至(2.4±0.1)bar，且每一次均将土仓1内部压力降低(0.2±0.02)bar。本实施例中，每一次均将土仓1内部压力降低0.2bar。
步骤四中进行气体置换时，具体是通过所述盾构机自带的空压机和辅助压气设备向土仓1内送入高压气体，对土仓1内加气压。本实施例中，步骤四中进行气体置换时，从位于3点钟和9点钟位置上的两个平衡阀2的布设位置处放出所述膨润土泥浆五并回收待用，同时向土仓1内注入高压气体以0.2bar为一个单位，将土仓1内部压力由3.4bar缓慢降至2.4bar。至此，泥浆护壁泥膜施工结束，压气作业正式开始。
实际施工时，步骤二中进行洗仓之前，还需在所述盾构机的尾盾与中盾外侧均注射止水剂并形成止水环。本实施例中，步骤一中将注浆系统通过注浆管路与多个注浆孔相接之前，在所述盾构机的尾盾与中盾外侧均注射聚氨酯并形成止水环，防止管片后方来水涌到土仓1内，影响本次洗仓及分级加压效果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺，其特征在于该工艺包括以下步骤：
步骤一、施工准备：将注浆系统通过注浆管路与多个注浆孔相接，多个所述注浆孔均布设在盾构机的土仓(1)的中上部外侧壁上；
步骤二、洗仓：采用螺旋输送机和步骤一中所述注浆系统对盾构机的土仓(1)进行洗仓，并将土仓(1)内的泥土置换为由所述注浆系统注入的膨润土泥浆一；洗仓过程中，对土仓(1)内部压力进行监控，并将土仓(1)内部压力控制在2.4bar～2.5bar之间；
步骤三、分级加压：通过步骤一中所述注浆系统对土仓(1)内进行分级加压，过程如下：
步骤301、第一次加压：采用所述注浆系统向土仓(1)内连续注入膨润土泥浆二，并将土仓(1)内部压力升高至2.6bar～2.7bar之间；所述膨润土泥浆二的黏度大于步骤二中所述膨润土泥浆一的黏度；
本步骤中，向土仓(1)内注入膨润土泥浆二过程中，先采用所述螺旋输送机和步骤一中所述注浆系统将土仓(1)内的所述膨润土泥浆一置换为所述膨润土泥浆二；之后，关闭所述螺旋输送机，再持续2小时～3小时向土仓(1)内注入所述膨润土泥浆二，并将土仓(1)内部压力控制在2.6bar～2.7bar之间；
步骤302、第二次加压：采用所述注浆系统向土仓(1)内连续注入膨润土泥浆三，并将土仓(1)内部压力升高至2.8bar～2.9bar之间；所述膨润土泥浆三的黏度大于步骤301中所述膨润土泥浆二的黏度；
本步骤中，向土仓(1)内注入膨润土泥浆三过程中，先采用所述螺旋输送机和步骤一中所述注浆系统将土仓(1)内的所述膨润土泥浆二置换为所述膨润土泥浆三；之后，关闭所述螺旋输送机，还需持续2小时～3小时向土仓(1)内注入所述膨润土泥浆三，并将土仓(1)内部压力控制在2.8bar～2.9bar之间；
步骤303、第三次加压：采用所述注浆系统向土仓(1)内连续注入膨润土泥浆四，并将土仓(1)内部压力升高至3.0bar～3.1bar之间；所述膨润土泥浆四的黏度大于步骤302中所述膨润土泥浆三的黏度；
本步骤中，向土仓(1)内注入膨润土泥浆四过程中，先采用所述螺旋输送机和步骤一中所述注浆系统将土仓(1)内的所述膨润土泥浆三置换为所述膨润土泥浆四；之后，关闭所述螺旋输送机，还需持续2小时～3小时向土仓(1)内注入所述膨润土泥浆四，并将土仓(1)内部压力控制在3.0bar～3.1bar之间；
步骤二中洗仓过程中、步骤301中持续2小时～3小时向土仓(1)内注入所述膨润土泥浆二过程中、步骤302中持续2小时～3小时向土仓(1)内注入所述膨润土泥浆三过程中和步骤303中持续2小时～3小时向土仓(1)内注入所述膨润土泥浆四过程中，均需每隔10分钟～20分钟转动一次所述盾构机的刀盘；
步骤304、第四次加压：采用所述注浆系统向土仓(1)内连续注入膨润土泥浆五，并将土仓(1)内部压力升高至(3.4±0.05)bar；所述膨润土泥浆五的黏度大于步骤303中所述膨润土泥浆四的黏度；
本步骤中，向土仓(1)内注入膨润土泥浆五过程中，先采用所述螺旋输送机和步骤一中所述注浆系统将土仓(1)内的所述膨润土泥浆四置换为所述膨润土泥浆五；之后，关闭所述螺旋输送机，还需持续3小时～4小时向土仓(1)内注入所述膨润土泥浆五，并将土仓(1)内部压力控制在(3.4±0.05)bar；
步骤四、气体置换：关闭所述注浆系统，用空气对土仓(1)内的所述膨润土泥浆五进行置换，并将土仓(1)内部压力逐渐降至(2.4±0.1)bar后，便完成掌子面护壁泥膜施工过程。
2.按照权利要求1所述的盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺，其特征在于：步骤二中所述膨润土泥浆一的黏度为(25±5)Pa·s，步骤301中所述膨润土泥浆二的黏度为(35±5)Pa·s，步骤302中所述膨润土泥浆三的黏度为(45±5)Pa·s，步骤303中所述膨润土泥浆四的黏度为(55±5)Pa·s，步骤304中所述膨润土泥浆五的黏度为60Pa·s以上。
3.按照权利要求1或2所述的盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺，其特征在于：步骤一中多个所述注浆孔为土仓(1)的侧壁上所安装的多个平衡阀(2)。
4.按照权利要求1或2所述的盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺，其特征在于：步骤一中所述注浆孔的数量为三个，三个所述注浆孔分别为一个布设在3点钟位置的注浆孔、一个布设在9点钟位置的注浆孔和一个布设在12点钟位置的注浆孔。
5.按照权利要求1或2所述的盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺，其特征在于：步骤301中向土仓(1)内注入膨润土泥浆二过程中，当从土仓(1)中部所流出泥浆的黏度与所述膨润土泥浆二的黏度相同时，土仓(1)内的所述膨润土泥浆一已置换为所述膨润土泥浆二；步骤302中向土仓(1)内注入膨润土泥浆三过程中，当从土仓(1)中部所流出泥浆的黏度与所述膨润土泥浆三的黏度相同时，土仓(1)内的所述膨润土泥浆二已置换为所述膨润土泥浆三；步骤303中向土仓(1)内注入膨润土泥浆四过程中，当从土仓(1)中部所流出泥浆的黏度与所述膨润土泥浆四的黏度相同时，土仓(1)内的所述膨润土泥浆三已置换为所述膨润土泥浆四。
6.按照权利要求1或2所述的盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺，其特征在于：步骤二中洗仓过程中，当从土仓(1)中部所流出的泥浆均为所述膨润土泥浆一且所述螺旋输送机输出渣土重量的70％～80％均为所述膨润土泥浆一时，洗仓结束。
7.按照权利要求1或2所述的盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺，其特征在于：步骤二中洗仓过程中、步骤301中持续2小时～3小时向土仓(1)内注入所述膨润土泥浆二的过程中、步骤302中持续2小时～3小时向土仓(1)内注入所述膨润土泥浆三的过程中和步骤303中持续2小时～3小时向土仓(1)内注入所述膨润土泥浆四的过程中，每隔10分钟～20分钟转动一次所述盾构机的刀盘时，每次均转动刀盘2圈。
8.按照权利要求1或2所述的盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺，其特征在于：步骤四中进行气体置换时，由先至后分多次将土仓(1)内部压力逐渐降至(2.4±0.1)bar，且每一次均将土仓(1)内部压力降低(0.2±0.02)bar。
9.按照权利要求1或2所述的盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺，其特征在于：步骤二中所述膨润土泥浆一由膨润土和水按1︰(12±2)的重量比均匀混合而成；步骤301中所述膨润土泥浆二由膨润土、水、纯碱和增稠剂按1︰(12±2)︰(0.002±0.0003)︰(0.001±0.0001)的重量比均匀混合而成；步骤302中所述膨润土泥浆三由膨润土、水、纯碱和增稠剂按1︰(10±2)︰(0.002±0.0003)︰(0.001±0.0001)的重量比均匀混合而成；步骤303中所述膨润土泥浆四由膨润土、水和添加剂按1︰(33±5)︰(0.027±0.003)的重量比均匀混合而成，所述添加剂为雷膨。
10.按照权利要求1或2所述的盾构压气作业用掌子面护壁泥膜施工工艺，其特征在于：步骤二中进行洗仓之前，还需在所述盾构机的尾盾与中盾外侧均注射止水剂并形成止水环；步骤301中持续2小时～3小时向土仓(1)内注入所述膨润土泥浆二过程中、步骤302中持续2小时～3小时向土仓(1)内注入所述膨润土泥浆三过程中、步骤303中持续2小时～3小时向土仓(1)内注入所述膨润土泥浆四过程中和步骤304中持续3小时～4小时向土仓(1)内注入所述膨润土泥浆五过程中，均需每隔25分钟～35分钟测试一次土仓(1)内膨润土泥浆的比重。
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