CN105736004B - 盾构用衡盾泥气压开仓保压护壁施工方法 - Google Patents

盾构用衡盾泥气压开仓保压护壁施工方法 Download PDF

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CN105736004B
CN105736004B CN201610141514.8A CN201610141514A CN105736004B CN 105736004 B CN105736004 B CN 105736004B CN 201610141514 A CN201610141514 A CN 201610141514A CN 105736004 B CN105736004 B CN 105736004B
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竺维彬
钟长平
米晋生
黄威然
陈和
李世佳
杨明先
邱小佩
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广州轨道交通建设监理有限公司
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    • E21DSHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/06Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
    • E21D9/08Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield

Abstract

本发明公开了一种盾构用衡盾泥气压开仓保压护壁施工方法,包括衡盾泥准备、盾构管片外侧压注衡盾泥形成止水环;盾构机机体外侧压注衡盾泥;用衡盾泥置换土仓内渣土;置换完成后,盾构机后退,衡盾泥填充在盾构机刀盘与掌子面之间间隙形成厚度与后退距离相当的泥墙;分级加压;气体置换等步骤。本发明无需进行地面加固,且采用了新型的衡盾泥,突破了盾构在建构(筑)物下方、形成水力联系的江底、富水断裂带、松散地层中开仓作业的困难,突破了盾构在特殊不稳定地层下进仓作业的困难。

Description

盾构用衡盾泥气压开仓保压护壁施工方法
技术领域
[0001] 本发明属于隧道工程技术领域,涉及一种土压平衡盾构机(简称土压盾构机)使用 衡盾泥气压进仓作业进行保压护壁的施工方法。
[0002] 背景内容
[0003] 土压盾构法是城市隧道施工的主流工法,盾构施工中依靠刀具切削岩石和土体, 因此需要施工人员进入土仓更换磨损的刀具。因地面见建筑物和地层自稳性差等因素,往 往需要带压进仓作业,气压进仓原理是:利用空气压缩机产生的压缩空气注入土仓代替土 压,在土舱内建立合理的气压来平衡刀盘前方水、土压力,达到稳定掌子面和防止地下水渗 入。施工人员在气压条件下进入土仓,进行检查、维修保养和刀具更换等作业。气压作业的 基本条件是周边地层具备气密性条件一一渗透系数不能过大。气压作业的缺点是无法采用 常规的动火作业。其主要分为两类:
[0004] 1、直接带压进仓作业;该方法主要针对土体稳定性相对较低、土体透水性相对较 小。其主要控制方法是:气压保压过程中,根据气体泄露量,即空压机的加载、卸载时间来判 断,若空压机加载时间超过其待机时间的10%,则认为保压不成功。
[0005] 2、泥膜带压进仓作业:在松软及土层稳定性差、水位较高,渗透性较差的地层中, 直接使用气压进仓无法进行保压的情况下,使用膨润土泥膜进行护壁保压,通过分级加压 的方法将膨润土泥浆渗透进入松软地层中,并在掌子面直接形成一道泥膜,利用泥膜来隔 离泄水、泄气通道。起到护壁保压效果。
[0006] 该方法优点在于保压能够应对地质条件较差的环境,保压效果强于直接气压作 业。缺点:1、泥膜制作的粘度分级难以控制,准备条件复杂;膨润土膨化时间较长,且需要大 体积的存储设备,准备时间长。2、压注膨润土泥浆在开挖断面形成有效隔水泥膜,但泥膜长 期暴露在空气中容易干裂失效。
[0007] 当然,还有一种工艺,即回填土仓作业:对于既无法地面加固,也无法实施气压进 仓,如地层裂隙发育、地下水含量丰富、渗透系数大的地层,该方法主要是在注浆包裹的措 施后,向土仓内部压注低、中、高强度的水泥膨润土砂浆浆液,使土仓内膨润土浆液形成有 强度的固结体。优点是:采用水泥砂浆作为土仓填充体支护泥膜,泥膜始终保持湿润特性, 从而保证了隔水性能。水泥砂浆填充体的支护稳定性远远高于气体。缺点是:1、材料同样需 要稠度分级,准备时间较长;2、如操作不当,极易造成刀盘及盾构机体固结;3、材料回填后, 需要重新开挖,增加开仓作业工作量。
[0008] 对于地质条件更差的环境,如全断面砂层、层裂隙发育、断裂带,江底贯通地层等, 既想满足气压进仓作业传统的泥膜护壁工法很难达到保压效果,又避免水泥浆固结盾构机 体,还能简化泥浆制作稠度分级及缩短膨化时间。需要一种新型的衡盾泥材料及保压护壁 工乙。
发明内容
[0009]针对现有技术的不足,本发明旨在提供一种新型的盾构用衡盾泥气压开仓保压护 壁施工方法,无需进行地面加固,且采用了新型的衡盾泥,突破了盾构在建构(筑)物下方、 形成水力联系的江底、富水断裂带、松散地层中开仓作业的困难,突破了盾构在特殊不稳定 地层下进仓作业的困难。
[0010] 为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
[0011] 盾构用衡盾泥气压开仓保压护壁施工方法,包括如下步骤:
[0012] S1衡盾泥准备:以粘土浆体作为A液、塑化剂作为B液,将A液和B液混合反应得到衡 盾泥;
[0013] S2盾构机停止掘进后,在盾构管片外侧压注步骤S1得到的衡盾泥形成止水环;
[0014] S3盾构机机体外侧压注步骤S1得到的衡盾泥;
[0015] S4用步骤S1得到的衡盾泥置换土仓内渣土;
[0016] S5置换完成后,盾构机后退,衡盾泥填充在盾构机刀盘与掌子面之间间隙形成厚 度与后退距离相当的泥墙;
[0017] S6通过注入衡盾泥,在土仓内分级加压至开仓工作压力的K3-1.5倍为止;
[0018] S7气体置换:停止衡盾泥注入,利用空气对土仓内衡盾泥进行置换,逐步将土仓内 压力降至开仓作业压力±0_01MPa。
[0019]需要说明的是,步骤S1中,A液由粘土干粉与自来水以质量比1:1.5-1:2混合而成, 采用转数大于lOOr/min的立式搅拌筒进行配制,搅拌时间l〇-2〇min,使之塑化粘度达到 180-250dpa.s即可,搅拌完成后,无需静止膨化;
[0020] B液由塑化剂与自来水以质量比1:1混合而成;
[0021] A液与B液以质量比9:1-13:1在注入前混合得到衡盾泥,混合时充分搅拌,并保证 混合均匀,搅拌时间为5-10min;搅拌结束时,测量其塑化粘度可达到350-400dpa. s即可。 [0022]需要说明的是,步骤S2的具体方法为:盾构停止掘进后,将步骤S1的衡盾泥栗送至 退出盾尾后的所述盾构管片外侧,利用打通的管片注浆孔注入衡盾泥,形成止水环;压注盾 构管片位置为盾尾后3-7环,连续压注五环,压注顺序为管片底部一对称腰部一顶部,注浆 过程中如果发现盾尾有衡盾泥渗出,立即停止注入,等到注浆压力降低至注浆孔位后才可 再次注浆;其中,衡盾泥的压注利用盾构机的同步注浆系统或膨润土注入设备。
[°023]需要说明的是,步骤S3的具体方法为:利用盾构机机体上所设超前地质探孔及沿 圆周方向布置在盾构机盾体的多个径向孔向盾构机机体外侧压注步骤S1所得的衡盾泥,压 住顺序为盾构机机体底部一对称腰部一顶部,使得衡盾泥包裹整体盾构机机体,并争取能 够填充、劈裂进去到土层裂隙、施工间隙、松软地层,涌水涌气通道中,直到无法注入为止。 [0024]需要说明的是,步骤S4的具体方法为:利用盾构机的同步注浆系统或膨润土注入 设备、同步注浆管路和螺旋出土机配合工作进行渣土置换:注入位置主要为土仓隔板上部 观察孔,注浆前须确认所述观察孔孔洞贯通,用同步注浆管路连接同步注浆系统或膨润土 注入设备的注入泵和土仓隔板上部观察孔,注入泵压力为0.5MPa;渣土置换过程中土仓上 部压力控制在开仓作业压力的1.0-1.25倍范围;打开螺旋出土机后出土口匀速排土,保证 排土量与注入量基本平衡,该过程低速旋转盾构机刀盘,促使衡盾泥与渣土混合,将大粒径 颗粒悬浮、裹携、置换出来;当螺旋机出土机所排出的连续为衡盾泥时,停止注入,渣土置换 结束;整个置换过程中不开保压系统,但确保土仓内的压力不低于地层计算的土压;严格控 制螺旋出土机的出土速度,保证每次置换渣土体积不大于同步注浆系统或膨润土注入设备 的储备衡盾泥的体积。
[0025] 进一步需要说明的是,所述土仓隔板上部观察孔的设置方式为通过土仓隔板的1〇 点位到2点位之间设置3个并连接平衡阀,一个布设在1〇点位、一个布设在12点位和一个布 设在2点位。
[0026] 需要说明的是,步骤S5的具体方法为:回缩推进盾构机的千斤顶或铰接千斤使盾 构机后退一定距离,便于衡盾泥填充在盾构机刀盘与掌子面之间间隙形成厚度与后退距离 相当的泥墙;在该过程中,控制盾构机刀盘低速旋转,在压力稳定的情况下,边后退边注入 衡盾泥,促使加大盾构机刀盘前方的衡盾泥厚度及均匀度。
[0027] 需要说明的是,步骤S6中,以开仓作业压力值的〇.1倍为一个加压阶梯进行分级加 压,具体步骤如下:
[0028] 第一次加压:渣土置换完成后,采用同步注浆系统向土仓内继续注入衡盾泥,控制 上部土仓压力在开仓作业压力的1.0-1 • 1倍范围,上部土仓压力达到开仓作业压力的1 • 1倍 后,停止压注衡盾泥,观察;如上部土仓压力降至开仓作业压力,继续少量压注衡盾泥,直至 动态稳压2小时
[0029] 在之后的第二至第N-1次加压中,均采用同步注浆系统向土仓内少量注入衡盾泥 材料,上部土仓压力的控制范围为前一加压的控制范围整体增加一个加压梯级,土仓压力 达到该次加压的控制范围的上限值后,停止压注衡盾泥,观察;如土仓压力降至该次加压的 控制范围的下限值,继续少量压注衡盾泥材料,直至动态稳压2小时;N为加压总次数;
[0030] 最后一次加压过程中,采用同步注浆系统向土仓内少量注入衡盾泥材料,上部土 仓压力的控制范围为第N-1次加压的控制范围整体增加一个加压梯级;土仓压力达到控制 范围的上限值后,停止压注衡盾泥,观察;如土仓压力降至控制范围的下限值,继续少量压 注衡盾泥材料,直至动态稳压12小时;
[0031] 在整个分级加压过程中,盾构机刀盘间隔一定时间缓慢转动,使得衡盾泥能够更 好的填充到地层中,当分级加压完成后盾构机刀盘停止转动,防止形成的泥墙被盾构机刀 盘转动破坏。
[0032]需要说明的是,步骤S7的具体方法为:启动盾构机自带的气压保压系统,利用空气 对土仓内衡盾泥进行置换,逐步将土仓内压力降至开仓作业压力±〇.〇lMPa,在气压保压系 统中,能够正常稳压超过6小时,则认为衡盾泥完成护壁泥墙施工过程。
[0033]进一步需要说明的是,利用空气对土仓内衡盾泥进行置换的过程具体为:利用螺 旋出土机匀速排出土仓内的衡盾泥,并及时用气压进行补充;置换过程中分次下降衡盾泥 液面,密切观察土仓压力变化。
[0034] 本发明的有益效果在于:
[0035] 1、突破了盾构在建构(筑)物下方、形成水力联系的江底、富水断裂带、松散地层中 开仓作业的困难。对于无法采用地面加固地层,气压保压时间持续时间要求较长,且不允许 发生过量沉降。本方法不需要地面加固,对地层扰动小,完全可以保证盾构气压开仓安全。 [0036] 2、安全性强,克服传统材料特点。传统气压法压注膨润土泥浆在开挖断面形成有 效隔水泥膜,但泥膜长期暴露在空气中容易干裂失效。本施工工艺利用衡盾泥呈膏状特性, 具有一定的止水性、强度、承载力以及和易性等特点,在一定压力作用下,能够填充、劈裂进 入施工间隙和地层裂隙,能够及时封堵泄水泄气通道。突破了盾构在特殊不稳定地层下进 仓作业的困难。
[0037] 3、极大的简化了材料制备工艺,操作性强:衡盾泥配制设备较为简单灵活,所需空 间小。现场只需要一个100r/min立式搅拌桶(用作A液搅拌),一个混合罐(用作A液与B液混 合);既可以在地面搅拌混合后,运至指定位置,也可以在隧道内搅拌混合。采用的注浆设备 为盾构机通用配置的包括注浆罐和注浆泵的同步注浆系统,或者某些盾构机特别装备的膨 润土注入设备(包括膨润土罐和配套泵);作业环境为自然常压环境;作业步骤简单,一般性 工程人员简单培训后即可实施;
[0038] 4、社会效益明显,功效高。地面加固工法需要耗时1〜2个月进行加固,甚至需要更 多时间进行拆迀和交通疏解;膨润土气压作业需要进行稠度分级,需要配置不同稠度的泥 浆,根据一般施工现场条件,要配制出准确的稠度分级,是十分困难的(现场准备周期长,完 成全过程至少需要3_5天)。衡盾泥配制过程中该材料无需进行膨化等待,可以组织流水作 业;使用时无需进行稠度分级,只需分级加压过程,极大的简化了工艺流程,提高施工功效, 节省作业时间(完成全过程仅需M小时),并且,该工法采用洞内加固施工,不占用地面,对 盾构机地面周围建筑物、居民、城市交通影响小。
[0039] 5、经济效益明显,由于不需要进行地面加固就可以进仓作业,大大节约了地面加 固的临时措施费。
附图说明
[0040] 图1为本发明对盾构用衡盾泥气压开仓保压护壁施工方法流程图;
[0041] 图2为本发明进行衡盾泥置换填充时的状态参考图;
[0042]图3为本发明进行衡盾泥注浆时的状态参考图;
[0043] 图4为衡盾泥在土仓注入点位示意图。
[0044] 1 —盾构机;11 一土仓,111—土仓隔板;12—螺旋出土机;121 —螺旋出土机后出土 口; 13—土仓隔板上部观察孔及平衡阀;14 一超前地质探孔;15—径向孔;16—推进千斤顶; 17—铰接千斤顶;18—盾构机刀盘,19同步注浆系统,191_同步注浆管路;2—渣土; 3—衡盾 泥;41 一管片吊装孔;42—打穿混凝土保护层的管片吊装孔。
具体实施方式
[0045] 以下将结合附图对本发明作进一步的描述,需要说明的是,本实施例以本技术方 案为前提,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围并不限于本实 施例。
[0046] 如图1所示,盾构用衡盾泥气压开仓保压护壁施工方法,包括如下步骤:
[0047] S1衡盾泥准备:以粘土浆体作为A液、塑化剂作为B液,将A液和B液混合反应得到衡 盾泥;
[0048] S2盾构机停止掘进后,在盾构管片外侧压注步骤S1得到的衡盾泥形成止水环;
[0049] S3盾构机机体外侧压注步骤S1得到的衡盾泥;
[0050] S4用步骤S1得到的衡盾泥置换土仓内渣土;
[0051] S5置换完成后,盾构机后退,衡盾泥填充在盾构机刀盘与掌子面之间间隙形成厚 度与后退距离相当的泥墙;
[0052] S6通过注入衡盾泥,在土仓内分级加压至开仓工作压力的1.3-1.5倍为止;
[0053] S7气体置换:停止衡盾泥注入,利用空气对土仓内衡盾泥进行置换,逐步将土仓内 压力降至开仓作业压力±0.01MPa。
[0054]需要说明的是,步骤S1中,A液由粘土干粉与自来水以质量比1:1.5-1:2混合而成, 采用转数大于l〇〇r/min的立式搅拌筒进行配制,搅拌时间10-20min,使之塑化粘度达到 180-250dpa • s即可,搅拌完成后,无需静止膨化;
[0055] B液由塑化剂与自来水以质量比1:1混合而成;
[0056] A液与B液以质量比9:1-13:1在注入前混合得到衡盾泥,混合时充分搅拌,并保证 混合均匀,搅拌时间为5-10min;搅拌结束时,测量其塑化粘度可达到350-400dpa. s即可。 [0057]需要说明的是,步骤S2的具体方法为:盾构停止掘进后,将步骤S1的衡盾泥栗送至 退出盾尾后的所述盾构管片外侧,利用打通的管片注浆孔注入衡盾泥,形成止水环;压注盾 构管片位置为盾尾后3-7环,连续压注五环,压注顺序为管片底部一对称腰部一顶部,注浆 过程中如果发现盾尾有衡盾泥渗出,立即停止注入,等到注浆压力降低至注浆孔位后才可 再次注浆;其中,衡盾泥的压注利用盾构机的同步注浆系统或膨润土注入设备。
[0058]需要说明的是,步骤S3的具体方法为:利用盾构机机体上所设超前地质探孔及沿 圆周方向布置在盾构机盾体的多个径向孔向盾构机机体外侧压注步骤S1所得的衡盾泥,压 住顺序为盾构机机体底部一对称腰部一顶部,使得衡盾泥包裹整体盾构机机体,并争取能 够填充、劈裂进去到土层裂隙、施工间隙、松软地层,涌水涌气通道中,直到无法注入为止。 [0059]需要说明的是,步骤S4的具体方法为:利用盾构机的同步注浆系统或膨润土注入 设备、同步注浆管路和螺旋出土机配合工作进行渣土置换:注入位置主要为土仓隔板上部 观察孔,注浆前须确认所述观察孔孔洞贯通,用同步注浆管路连接同步注浆系统或膨润土 注入设备的注入栗和土仓隔板上部观察孔,注入栗压力为〇.5MPa;渣土置换过程中土仓上 部压力控制在开仓作业压力的1.0-1.25倍范围;打开螺旋出土机后出土口匀速排土,保证 排土量与注入量基本平衡,该过程低速旋转盾构机刀盘,促使衡盾泥与渣土混合,将大粒径 颗粒悬浮、裹携、置换出来;当螺旋机出土机所排出的连续为衡盾泥时,停止注入,渣土置换 结束;整个置换过程中不开保压系统,但确保土仓内的压力不低于地层计算的土压;严格控 制螺旋出土机的出土速度,保证每次置换渣土体积不大于同步注浆系统或膨润土注入设备 的储备衡盾泥的体积。
[0060] 进一步需要说明的是,所述土仓隔板上部观察孔的设置方式为通过土仓隔板的10 点位到2点位之间设置3个并连接平衡阀,一个布设在10点位、一个布设在12点位和一个布 设在2点位。
[0061] 需要说明的是,步骤S5的具体方法为:回缩推进盾构机的千斤顶或铰接千斤使盾 构机后退一定距离,便于衡盾泥填充在盾构机刀盘与掌子面之间间隙形成厚度与后退距离 相当的泥墙;在该过程中,控制盾构机刀盘低速旋转,在压力稳定的情况下,边后退边注入 衡盾泥,促使加大盾构机刀盘前方的衡盾泥厚度及均匀度。
[0062] 需要说明的是,步骤S6中,以开仓作业压力值的〇• 1倍为一个加压阶梯进行分级加 压,具体步骤如下:
[0063] 第一次加压:渣土置换完成后,采用同步注浆系统向土仓内继续注入衡盾泥,控制 上部土仓压力在开仓作业压力的1.0-1.1倍范围,上部土仓压力达到开仓作业压力的1 • 1倍 后,停止压注衡盾泥,观察;如上部土仓压力降至开仓作业压力,继续少量压注衡盾泥,直至 动态稳压2小时;
[0064]在之后的第二至第N-1次加压中,均采用同步注浆系统向土仓内少量注入衡盾泥 材料,上部土仓压力的控制范围为前一加压的控制范围整体增加一个加压梯级,土仓压力 达到该次加压的控制范围的上限值后,停止压注衡盾泥,观察;如土仓压力降至该次加压的 控制范围的下限值,继续少量压注衡盾泥材料,直至动态稳压2小时;N为加压总次数;
[0065] 最后一次加压过程中,采用同步注浆系统向土仓内少量注入衡盾泥材料,上部土 仓压力的控制范围为第N-1次加压的控制范围整体增加一个加压梯级;土仓压力达到控制 范围的上限值后,停止压注衡盾泥,观察;如土仓压力降至控制范围的下限值,继续少量压 注衡盾泥材料,直至动态稳压12小时;
[0066]在整个分级加压过程中,盾构机刀盘间隔一定时间缓慢转动,使得衡盾泥能够更 好的填充到地层中,当分级加压完成后盾构机刀盘停止转动,防止形成的泥墙被盾构机刀 盘转动破坏。
[0067]需要说明的是,步骤S7的具体方法为:启动盾构机自带的气压保压系统,利用空气 对土仓内衡盾泥进行置换,逐步将土仓内压力降至开仓作业压力±〇.〇lMPa,在气压保压系 统中,能够正常稳压超过6小时,则认为衡盾泥完成护壁泥墙施工过程。
[0068]进一步需要说明的是,利用空气对土仓内衡盾泥进行置换的过程具体为:利用螺 旋出土机匀速排出土仓内的衡盾泥,并及时用气压进行补充;置换过程中分次下降衡盾泥 液面,密切观察土仓压力变化。
[0069]实施例(如图2-图4所示)
[0070] (1)判断盾构机1停机位置地质情况。根据地质勘察资料、盾构机掘进出土的渣样 (如:渣样中含有花岗岩岩块占总渣样百分比、渣样的形状;非花岗岩渣土样品的总量)进行 判断,确定是否采用衡盾泥3进仓施工作业。
[0071] (2)停机前,如使用主动铰接盾构机,最后5-l〇Cm掘进长度采用铰接千斤顶I7进行 掘进,方便采取步骤五所述措施。
[0072] (3)步骤一,施工准备:首先将同步注浆系统通过多个管路与土仓隔板111、超前地 质探孔14、径向孔15等多个注入点位相连。
[0073] A、本实施例中,所述土仓隔板111的上部观察孔及平衡阀13选用一个10点位、一个 12点位和一个2点位,超前地质探孔14与径向孔15沿盾构机1机体圆周方向布设。所使用的 衡盾泥注入系统为同步注浆系统19。
[0074] B、材料准备:衡盾泥制配:衡盾泥为双组份现场配制产品,A液为粘土浆体(由粘土 干粉与自来水混合而成),B液为塑化剂(由塑化剂与自来水以质量比1:1混合而成),现场配 浆比例:粘土干粉:水=1:2,而A液:B液=9:1 -13:1 (塑化泥浆)。粘土干粉与水搅拌要求均 匀,无结团颗粒,通过检测塑化粘度,达到指标后(180-250dpa.s),认为A液满足拌制要求。 再按配比加入B液,要求充分搅拌均匀、测量其塑化粘度可达到350-400dpa • s后才可进行施 灌。
[0075] ⑷步骤二,盾构管片止水环封堵,根据盾构机所处的地层裂隙水水量大小以及是 否位于下坡段趋势,利用盾构管片打通的吊装孔42注入衡盾泥,形成止水环止水。注入环数 为拖出盾尾后第3-7环,连续压注五环。管片注浆孔为盾构管片打穿混凝土保护层的管片吊 装孔41,禁止选择K块的吊装孔作为注浆孔。注浆前须清理吊装孔内杂物,拧上球阀,然后采 用钢钎或冲击钻将吊装孔外砼保护层凿穿42。注入设备可选盾构机同步注浆设备19,采用 承压软管临时连接注浆设备出口和同步注浆管路191。主要通过压力控制,直到无法注入为 止。起始注入点位为拖出盾尾后第3环,单环压注顺序为管片底部一对称腰部一顶部,注浆 终止压力控制为0 • 3MPa-0 • 4MPa。加注过程中,应做好盾尾刷的保护,避免注入压力过大,击 穿盾尾刷。
[0076] (5)步骤三:利用盾构机机体超前地质探孔14及径向孔15,所选取的多个径向孔15 沿圆周方向布置在盾构机1盾体。首先要确认注浆孔15是否贯通。可将径向孔球阀轻微打 开,看是否有泥水渗出;如无,则可能堵塞,可加大球阀打开程度,采用钢钎或冲击钻疏通径 向孔15。压注衡盾泥应以压力控制为主,顺序为盾构机底部一对称腰部一顶部,注浆终止压 力控制为 0_4MPa-0.5MPa。
[0077] (6)步骤四:采用螺旋出土机12和步骤二中所述同步注浆系统19对盾构机的土仓 11进行渣土 2置换,通过土仓隔板上部观察孔及及平衡阀13选用10点位、12点位和3点位注 入衡盾泥。
[0078] A、注入过程中,应严格控制土仓压力在0.2-0.25Mpa范围以内,避免压力过度波动 扰动地层。即,当衡盾泥注入时土仓压力大于0 • 25Mpa后,应应暂停注入30min,观察压力变 化,如30min内压力下降至2 • Obar恢复压楽。
[0079] B、注入进行至一定程度后,土仓压力基本稳定,压降较小,应打开螺旋机后闸门适 当排土 121,但应保证排土量与注入量基本平衡。
[0080] C、渣土置换过程中,应每隔10-20分钟且慢速(0.5rpm)转动1-2次盾构机刀盘18。 利用衡盾泥黏度的可逆性,通过盾构机刀盘18转动,达到衡盾泥悬浮、裹挟大粒径渣土颗粒 及更好的排渣效果。当螺旋出土机后出土口 121出土连续为衡盾泥时,停止注入,置换完成。 [0081] D、排渣过程中,衡盾泥可能存在在螺旋出土机后出土口 121位置堵塞,无法被皮带 机带出情况看,可采用人工辅助。
[0082] (7)步骤五:置换完成以后,为增强盾构机刀盘18与掌子面之间衡盾泥厚度及“泥 墙”形成,要求盾构机后退5cm左右,对于主动铰接盾构机,停止掘进前,己经采取预推措施, 可以直接利用铰接千斤顶17进行回缩;如果是被动铰接,利用气压,回缩全部推进千斤顶 16,后退盾构机,但是必须注意盾尾刷的保护。后退过程中,应严格控制土仓压力的波动值, 同时,为使得衡盾泥均匀,应低速转动刀盘18 (0. lrpm)
[0083] (8)步骤六分级加压衡盾泥无需进行材料黏度分级,只需要进行加压压力分级:在 本实施例中,以〇 • 2MPa作为开仓工作压力值,因此0. 〇2MPa为一个加压阶梯,加压至开仓工 作压力的1.3-1.5倍为止(本实施例中取1.4倍)。
[0084] 6.1)第一次加压,即渣土置换完成后,采用同步注浆系统19向土仓11内继续少量 补注衡盾泥,过程中严格控制上部土仓在0.20MPa-0.22MPa,即土仓压力达到0.22Mpa后,停 止压注衡盾泥,观察;如土仓压力降至0.20Mpa后,继续少量压注衡盾泥,直至动态稳压2小 时。
[0085] 6.2)第一次加压后,继续采用同步注浆系统19向土仓11内少量补注衡盾泥,过程 中严格控制上部土仓在0 • 22MPa-0.24MPa,即土仓压力达到0.24Mpa后,停止压注衡盾泥,观 察;如土仓压力降至0 • 22Mpa后,继续少量压注衡盾泥,直至动态稳压2小时。
[0086] 6.3)第二次加压后,继续采用同步注浆系统19向土仓11内少量注入衡盾泥,过程 中严格控制上部土仓在0.24MPa-0.26MPa,即土仓压力达到0.26Mpa后,停止压注衡盾泥,观 察;如土仓压力降至0.24Mpa后,继续少量压注衡盾泥,直至动态稳压2小时。
[0087] 6.4)步骤604第三次加压后,继续采用同步注楽系统19向土仓11内少量补注衡盾 泥,过程中严格控制上部土仓在〇. 26MPa-0.28MPa,即土仓压力达到0.28Mpa后,停止压注衡 盾泥,观察;如土仓压力降至〇. 26Mpa后,继续少量压注衡盾泥,直至动态稳压12小时。
[0088] (9)步骤七中进行气压置换时,具体是通过盾构机自带的气压保压系统(空压机及 辅助压气设备)向土仓内送入高压气体,并通过利用螺旋出土机I2匀速排出衡盾泥,注入高 压气体以0.02MPa为一个单位,将土仓内压力由〇.28MPa,缓慢降至0.2〇MPa。至此,衡盾泥 “泥墙”护壁施工结束,压气作业正式开始。
[0089] 对于本领域的技术人员来说,可以根据以上的技术方案和构思,作出各种相应的 改变和变形,而所有的这些改变和变形都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1. 盾构用衡盾泥气压开仓保压护壁施工方法,其特征在于,包括如下步骤: S1衡盾泥准备:以粘土浆体作为A液、塑化剂作为B液,将A液和B液混合反应得到衡盾 泥; 步骤S1中,A液由粘土干粉与自来水以质量比1:1.5-1:2混合而成,采用转数大于l〇〇r/ min的立式搅拌筒进行配制,搅拌时间10_20min,使之塑化粘度达到180-250dpa.s即可,搅 拌完成后,无需静止膨化; B液由塑化剂与自来水以质量比1:1混合而成; A液与B液以质量比9:1-13:1在注入前混合得到衡盾泥,混合时充分搅拌,并保证混合 均匀,搅拌时间为5-lOmin;搅拌结束时,测量其塑化粘度可达到350-400dpa.s即可; S2盾构机停止掘进后,在盾构管片外侧压注步骤S1得到的衡盾泥形成止水环; S3盾构机机体外侧压注步骤S1得到的衡盾泥; S4用步骤S1得到的衡盾泥置换土仓内渣土; S5置换完成后,盾构机后退,衡盾泥填充在盾构机刀盘与掌子面之间间隙形成厚度与 后退距离相当的泥墙; S6通过注入衡盾泥,在土仓内分级加压至开仓工作压力的1.3-1.5倍为止; S7气体置换:停止衡盾泥注入,利用空气对土仓内衡盾泥进行置换,逐步将土仓内压力 降至开仓作业压力±0.01MPa。
2. 根据权利要求1所述的盾构用衡盾泥气压开仓保压护壁施工方法,其特征在于,步骤 S2的具体方法为:盾构停止掘进后,将步骤S1的衡盾泥泵送至退出盾尾后的所述盾构管片 外侧,利用打通的管片注浆孔注入衡盾泥,形成止水环;压注盾构管片位置为盾尾后3-7环, 连续压注五环,压注顺序为管片底部一对称腰部一顶部,注浆过程中如果发现盾尾有衡盾 泥渗出,立即停止注入,等到注浆压力降低至注浆孔位后才可再次注浆;其中,衡盾泥的压 注利用盾构机的同步注浆系统或膨润土注入设备。
3. 根据权利要求1所述的盾构用衡盾泥气压开仓保压护壁施工方法,其特征在于,步骤 S3的具体方法为:利用盾构机机体上所设超前地质探孔及沿圆周方向布置在盾构机盾体的 多个径向孔向盾构机机体外侧压注步骤S1所得的衡盾泥,压注顺序为盾构机机体底部一 对称腰部一顶部,使得衡盾泥包裹整体盾构机机体,并争取能够填充、劈裂进去到土层裂 隙、施工间隙、松软地层,涌水涌气通道中,直到无法注入为止。
4. 根据权利要求1所述的盾构用衡盾泥气压开仓保压护壁施工方法,其特征在于,步骤 S4的具体方法为:利用盾构机的同步注浆系统或膨润土注入设备、同步注浆管路和螺旋出 土机配合工作进行渣土置换:注入位置主要为土仓隔板上部观察孔,注浆前须确认所述观 察孔孔洞贯通,用同步注浆管路连接同步注浆系统或膨润土注入设备的注入泵和土仓隔板 上部观察孔,注入栗压力为0.5MPa;渣土置换过程中土仓上部压力控制在开仓作业压力的 1 • 0-1 • 25倍范围;打开螺旋出土机后出土口匀速排土,保证排土量与注入量基本平衡,该过 程低速旋转盾构机刀盘,促使衡盾泥与渣土混合,将大粒径颗粒悬浮、裹携、置换出来;当螺 旋机出土机所排出的连续为衡盾泥时,停止注入,渣土置换结束;整个置换过程中不开保压 系统,但确保土仓内的压力不低于地层计算的土压;严格控制螺旋出土机的出土速度,保证 每次置换渣土体积不大于同步注浆系统或膨润土注入设备的储备衡盾泥的体积。
5. 根据权利要求4所述的盾构用衡盾泥气压开仓保压护壁施工方法,其特征在于,所述 土仓隔板上部观察孔的设置方式为通过土仓隔板的10点位到2点位之间设置3个并運揆十 衡阀,一个布设在10点位、一个布设在12点位和一个布设在2点位。
6.根据权利要求1所述的盾构用衡盾泥气压开仓保压护壁施工方法,其特,在于,步骤 S5的具体方法为:回缩推进盾构机的千斤顶或铰接千斤使盾构机后退一定距离,便于衡盾 泥填充在盾构机刀盘与掌子面之间间隙形成厚度与后退距离相当的泥墙;在该过程中,控 制盾构机刀盘低速旋转,在压力稳定的情况下,边后退边注入衡盾泥,促使加大盾构机刀盘 前方的衡盾泥厚度及均匀度。
7.根据权利要求1所述的盾构用衡盾泥气压开仓保压护壁施工方法,其特征在于,步骤 S6中,以开仓作业压力值的〇. 1倍为一个加压阶梯进行分级加压,具体步骤如下: 第一次加压:渣土置换完成后,采用同步注浆系统向土仓内继续注入衡盾泥,控制上部 土仓压力在开仓作业压力的1.0-1 • 1倍范围,上部土仓压力达到开仓作业压力的1 • 1倍后, 停止压注衡盾泥,观察;如上部土仓压力降至开仓作业压力,继续少量压注衡盾泥,直至动 态稳压2小时; 在之后的第二至第N-1次加压中,均采用同步注浆系统向土仓内少量注入衡盾泥材料, 上部土仓压力的控制范围为前一加压的控制范围整体增加一个加压梯级,土仓压力达到该 次加压的控制范围的上限值后,停止压注衡盾泥,观察;如土仓压力降至该次加压的控制范 围的下限值,继续少量压注衡盾泥材料,直至动态稳压2小时;N为加压总次数; 最后一次加压过程中,采用同步注浆系统向土仓内少量注入衡盾泥材料,上部土仓压 力的控制范围为第N-1次加压的控制范围整体增加一个加压梯级;土仓压力达到控制范围 的上限值后,停止压注衡盾泥,观察;如土仓压力降至控制范围的下限值,继续少量压注衡 盾泥材料,直至动态稳压12小时; 在整个分级加压过程中,盾构机刀盘间隔一定时间缓慢转动,使得衡盾泥能够更好的 填充到地层中,当分级加压完成后盾构机刀盘停止转动,防止形成的泥墙被盾构机刀盘转 动破坏。
8. 根据权利要求1所述的盾构用衡盾泥气压开仓保压护壁施工方法,其特征在于,步骤 S7的具体方法为:启动盾构机自带的气压保压系统,利用空气对土仓内衡盾泥进行置换,逐 步将土仓内压力降至开仓作业压力±0.01MPa,在气压保压系统中,能够正常稳压超过6小 时,则认为衡盾泥完成护壁泥墙施工过程。
9. 根据权利要求8所述的盾构用衡盾泥气压开仓保压护壁施工方法,其特征在于,利用 空气对土仓内衡盾泥进行置换的过程具体为:利用螺旋出土机匀速排出土仓内的衡盾泥, 并及时用气压进行补充;置换过程中分次下降衡盾泥液面,密切观察土仓压力变化。
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