CN104775826A - 泥水土压双模式盾构连续切换的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了泥水土压双模式盾构机连续切换的施工方法，在土压平衡模式掘进中，关闭螺旋机出土闸门，正转螺旋机形成有效土塞，启动泥水处理机，往土仓内加注泥浆，对土仓以及管路进行清洗，待土仓和管路正常后，切换成正送环流洗仓，加大泥浆循环，切换至泥水平衡模式掘进；在泥水平衡模式掘进中，启动盾构机刀盘，刀盘切削下来的土渣在土仓内堆积，通过泥浆经由土仓后排出控制土仓的内压力，通过螺旋机顶部预留的排浆孔进行排浆，启动螺旋机，通过闸门开闭控制出渣，切换至土压平衡模式掘进。本发明不需在特定条件下进行装拆任何部件即可实现泥水土压双模式盾构机连续切换，特别适合软硬交替的复合地层、砂卵石地层、灰岩地层及复杂的地面环境。
Description
技术领域
本发明涉地下工程盾构施工方法，特别是一种泥水土压双模式盾构连续切换的施工方法。
背景技术
盾构法施工技术已成为隧道建设的重要技术之一。一般来说盾构设备的种类与地质条件是相对应的，目前采用的基本都是单模式盾构机，无法进行模式切换利用。掘进方式只能为土压平衡式掘进或者泥水平衡式掘进的其中一种，因此盾构机适应地层环境、地表环境和长距离的工作能力受到极大限制。
特别是在穿越行进地区的地质情况变化较大，较为复杂的地段，地表建构筑物、江河流域、管线等复杂环境。单一掘进模式的盾构机容易出现掘进困难等问题。
传统的单一模式的盾构机是通过选型比选、适应性评估，一是选定土压平衡式盾构机或泥水平衡式盾构机中的一种；二是同时选定两种盾构机，分别应用到工程中，致使增加设备投入费用或增加始发工作井等高额的费用。由于盾构机单一模式的局限性，这种方法一旦选定，应用在隧道施工中就无法更改，倘若必须要变更盾构机则需花费非常大的经济代价和工期代价。影响施工工期，增加工程成本，对施工建设造成不利影响。
针对在复合地层中丰富的泥水盾构、土压盾构施工经验的基础上，结合泥水、土压双模式盾构机使用的实际经验，率先提出的新概念模式切换功能。然而现在行业内并没有由泥水掘进模式切换成土压掘进模式的施工方法或者实现了由土压掘进模式切换成泥水掘进模式的施工方法或者由泥水掘进模式切换成土压掘进模式再由由土压掘进模式切换成泥水掘进模式的连续切换的施工方法。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种泥水土压双模式盾构连续切换的施工方法。
本发明解决其技术问题的解决方案是：泥水土压双模式盾构机连续切换的施工方法，在土压平衡模式掘进中，关闭螺旋机出土闸门，正转螺旋机使得螺旋机内部形成有效土塞，启动泥水处理机，往土仓内加注泥浆，利用土仓搅拌棒、刀盘对仓内土体进行搅拌，逆送环流洗仓，对土仓以及管路进行清洗，待土仓和管路正常后，切换成正送环流洗仓，加大泥浆循环，切换至泥水平衡模式掘进；在泥水平衡模式掘进中，将泥水的环流切换至机内旁路环流，土仓内压力稳定后，启动盾构机刀盘，关闭排泥浆阀，随着盾构机挖掘，刀盘切削下来的土渣在土仓内堆积，通过泥浆经由土仓后排出控制土仓的内压力，通过螺旋机顶部预留的排浆孔进行排浆，当盾构机掘进扭矩明显增大时，控制掘进速度，使渣土堆积在土仓内直至螺旋机顶部的排浆孔出现堵塞，启动螺旋机，通过闸门开闭控制出渣，切换至土压平衡模式掘进。
作为上述技术方案的进一步改进，在土压平衡模式切换至泥水平衡模式中，往土仓灌注的所述泥浆的粘度不小于22S，其比重为1.13~1.16g/cm3。
作为上述技术方案的进一步改进，在土压平衡模式切换至泥水平衡模式中或在泥水平衡模式掘进中，启动螺旋机，通过螺旋机将土仓中的大颗粒石块排出。
作为上述技术方案的进一步改进，在泥水平衡模式切换至土压平衡模式中，盾构机的刀盘的转速0.6rpm-0.8rpm，盾构机掘进速度15mm/min-25mm/min。
作为上述技术方案的进一步改进，当盾构机掘进扭矩明显增大后，盾构机的挖掘速度降到8mm/min-11mm/min。
作为上述技术方案的进一步改进，在泥水平衡模式切换至土压平衡模式中，停止泥浆环流后，打开螺旋机闸门，螺旋机闸门的开度保持15%以内，转为螺旋机出渣,直至满足土压平衡模式出渣为止。
本发明的有益效果是：本发明不需在特定条件下进行装拆任何部件即可实现泥水土压双模式盾构机连续切换，特别适合软硬交替的复合地层、砂卵石地层、灰岩地层及复杂的地面环境。在土压平衡模式下利用泥水系统进行稳压、注入泥浆进行渣土改良、造泥膜气压开仓；在泥水平衡模式下利用土压泡沫、水系统注水防泥饼、利用螺旋机排大粒径渣土避免堵管。还有，本发明方法的施工沉降小，有利于地面环境的保护；施工速度快，较大地提高了经济效益和社会效益；本发明方法的施工用人少，降低了劳动强度、降低了材料消耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。
参照图1，泥水土压双模式盾构机连续切换的施工方法，在土压平衡模式掘进中，关闭螺旋机出土闸门，正转螺旋机2使得螺旋机2内部形成有效土塞，启动泥水处理机，往土仓内加注泥浆，利用土仓搅拌棒、刀盘对仓内土体进行搅拌，逆送环流洗仓，对土仓以及管路进行清洗，待土仓和管路正常后，切换成正送环流洗仓，加大泥浆循环，切换至泥水平衡模式掘进；在泥水平衡模式掘进中，将泥水的环流切换至机内旁路环流，土仓内压力稳定后，启动盾构机刀盘，关闭排泥浆阀，随着盾构机挖掘，刀盘切削下来的土渣在土仓内堆积，通过泥浆经由土仓后排出控制土仓的内压力，通过螺旋机2顶部预留的排浆孔进行排浆，当盾构机掘进扭矩明显增大时，控制掘进速度，使渣土堆积在土仓内直至螺旋机2顶部的排浆孔出现堵塞，启动螺旋机2，通过闸门开闭控制出渣，切换至土压平衡模式掘进。
在盾构掘进时很容易形成泥饼，刀盘主轴旋转处被土粘牢，土仓及刀盘正反面泥土板结，推力变大，刀盘扭矩过大或过小，就会造成掘进困难。如图1所示，增加P0泵控制系统，P0泵1的管路从主轴承的中心孔穿过，增大了循环流量，循环流量越大，被切削下来的土渣就会越快被带出土仓。刀盘的中心位置相对于四周的转速最慢，容易形成泥饼，通过P0泵循环泥浆的冲刷有效的防止刀盘中部泥饼的成结。
在增加土仓内循环流量的同时，帮助顺利排出渣土，有效的防止堵塞。
泥水本身就具有润滑作用，对防止泥饼也能起到有效的抑制作用。倘若土压平衡模式掘进状态下出现有泥饼现象，也可以切换成泥水平衡模式掘进，这样形成泥饼的机会还是相对很低的。
本发明创造不需在特定条件下进行装拆任何部件即可实现泥水土压双模式盾构机连续切换，凡能满足土压盾构掘进、泥水盾构掘进施工的工程环境，均可适用本方法。尤其是隧道区间较长时需要穿越不同地层，软硬交替的复合地层、砂卵石地层、灰岩地层；地表建构筑物、江河流域、管线等复杂环境。
进一步作为优选的实施方式，在土压平衡模式切换至泥水平衡模式中，往土仓灌注的所述泥浆的粘度不小于22S，其比重为1.13~1.16g/cm3。
进一步作为优选的实施方式，在土压平衡模式切换至泥水平衡模式中或在泥水平衡模式掘进中，启动螺旋机2，通过螺旋机2将土仓中的大颗粒石块排出。在灰岩地层、上软下硬复合地层，泥水输送系统排碴比较困难，管路容易堵塞出渣效率低，虽然可以通过人工进仓清理，但风险较大。为此，可以利用螺旋机2出渣能力强的功能。
双模式盾构机中隔板底部螺旋机2出口配置有前闸门，在泥水掘进模式下一旦大粒径块石堆积土仓底部，利用螺旋机2输送系统将块石抽取到螺旋机2内。为保证土仓内压力的平衡，排出石块前将螺旋杆回缩并关闭前闸门，打开排土口（后闸门），启动螺旋机2将机内的石块排出。
进一步作为优选的实施方式，在泥水平衡模式切换至土压平衡模式中，盾构机的刀盘的转速0.6rpm-0.8rpm，盾构机掘进速度15mm/min-25mm/min。
进一步作为优选的实施方式，当盾构机掘进扭矩明显增大后，盾构机的挖掘速度降到8mm/min-11mm/min，此时，打开盾构机前体中隔板上部12点位排浆孔，排浆；当排浆孔出现堵塞现象后，疏通再排，直至完全堵塞，堵塞后停止泥浆环流。
进一步作为优选的实施方式，在泥水平衡模式切换至土压平衡模式中，停止泥浆环流后，打开螺旋机2闸门，螺旋机2闸门的开度保持15%以内，转为螺旋机2出渣,直至满足土压平衡模式出渣为止。
在复合地层中，泥水平衡模式掘进过程中一直在有泥膜的情况下运转，随时带压进舱都能形成较好的泥膜，确保土仓更好的密闭性和保持压力平衡，基本能达到随时带压进舱的水平。若是在土压平衡模式掘进中，可以切换成泥水模式进行造泥膜。
泥水平衡模式进出洞施工时，若止水密封性能差，则环流循环的泥浆流失过大，压力不稳定，盾构周边土体扰动严重，引起沉降过大，环流建立困难导致盾构难于正常运转施工。同样情况，在盾构靠近盾构接收井时，若土仓内的浆液将大量涌入接收井内，造成环流无法正常运转，影响其盾构安全进洞施工。反之，土压平衡模式由于直接切削掌子面，无需通过环流建压，恰好能避免风险发生，这样可以切换大片土压平衡模式后进盾构接收井。
以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (6)
1.泥水土压双模式盾构机连续切换的施工方法，其特征在于：在土压平衡模式掘进中，关闭螺旋机出土闸门，正转螺旋机使得螺旋机内部形成有效土塞，启动泥水处理机，往土仓内加注泥浆，利用土仓搅拌棒、刀盘对仓内土体进行搅拌，逆送环流洗仓，对土仓以及管路进行清洗，待土仓和管路正常后，切换成正送环流洗仓，加大泥浆循环，切换至泥水平衡模式掘进；在泥水平衡模式掘进中，将泥水的环流切换至机内旁路环流，土仓内压力稳定后，启动盾构机刀盘，关闭排泥浆阀，随着盾构机挖掘，刀盘切削下来的土渣在土仓内堆积，通过泥浆经由土仓后排出控制土仓的内压力，通过螺旋机顶部预留的排浆孔进行排浆，当盾构机掘进扭矩明显增大时，控制掘进速度，使渣土堆积在土仓内直至螺旋机顶部的排浆孔出现堵塞，启动螺旋机，通过闸门开闭控制出渣，切换至土压平衡模式掘进。
2.根据权利要求1所述的泥水土压双模式盾构机连续切换的施工方法，其特征在于：在土压平衡模式切换至泥水平衡模式中，往土仓灌注的所述泥浆的粘度不小于22S，其比重为1.13~1.16g/cm3。
3.根据权利要求1所述的泥水土压双模式盾构机连续切换的施工方法，其特征在于：在土压平衡模式切换至泥水平衡模式中或在泥水平衡模式掘进中，启动螺旋机，通过螺旋机将土仓中的大颗粒石块排出。
4.根据权利要求1所述的泥水土压双模式盾构机连续切换的施工方法，其特征在于：在泥水平衡模式切换至土压平衡模式中，盾构机的刀盘的转速0.6rpm-0.8rpm，盾构机掘进速度15mm/min-25mm/min。
5.根据权利要求1所述的泥水土压双模式盾构机连续切换的施工方法，其特征在于：当盾构机掘进扭矩明显增大后，盾构机的挖掘速度降到8mm/min-11mm/min。
6.根据权利要求1所述的泥水土压双模式盾构机连续切换的施工方法，其特征在于：在泥水平衡模式切换至土压平衡模式中，停止泥浆环流后，打开螺旋机闸门，螺旋机闸门的开度保持15%以内，转为螺旋机出渣,直至满足土压平衡模式出渣为止。
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