CN105927236A - 一种隧道盾构机注浆填仓换刀方法 - Google Patents
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Abstract
一种隧道盾构机注浆填仓换刀方法，步骤为：制备浆液；盾构机主动铰接伸出，土仓建立土压力,接入注浆管道；对仓内的渣土进行置换，一边进行双液浆混合注浆，一边通过螺旋机排除原渣土；盾构机主动铰接退回,在掌子面建立水泥浆护壁；停机观察确认符合清仓条件后，进行开仓、清仓、换刀工作。通过这五个步骤来实现盾构机在上软下硬地质中，或者其他复杂的软弱地层中快速且安全地换刀的目的。本发明的施工步骤简单，投资成本低且实施方便，通过在掌子面建立水泥浆护壁，保证了清仓换刀人员在施工过程中的人身安全；通过双液浆混合注浆，从而使填仓和清仓的效率大大提高，节省时间；通过在短时间内快速进行换刀，从而节省人力和物力成本。
Description
技术领域
本发明涉及隧道盾构施工技术领域，尤其是涉及一种盾构机在掘进中突遇一些地质变化或在软弱地层中掘进且地面无法进行加固处理情况下的注浆填仓换刀方法。
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。采用盾构机进行隧道盾构施工时，盾构机前端刀具极易磨损，经过一段时间后需要对刀具进行更换，尤其是盾构机在硬岩地层或软硬不均地层中掘进时，刀具的更换将更加频繁。
盾构机常规换刀方式是，在地基承载力较高且地层稳定性较好的地层中，采用直接开仓换刀的方法，将土仓内渣土排空，直接打开仓门，进入土仓更换刀具。但是直接开仓换刀的方法局限性大，在某些地质复杂，地表有高危建筑，地层存在破裂带和断层，地质上软下硬，地下水丰富，地面无法进行加固处理的地方，无法采取常规的开仓换刀方式，不能直接打开仓门，否则会造成掌子面坍塌，地下水流失，地面沉降，引发安全事故。因此，亟需一种更换盾构刀具的方法，使盾构机在地质不理想且地面无法进行加固处理情况下能够快速且安全地更换刀具，从而保证工期任务的正常进行，并取得一定的经济效益。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供了一种盾构机在上软下硬地质中，或者其他不理想的地质中快速且安全换刀的方法。
为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案为：一种隧道盾构机注浆填仓换刀方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤S1：制备浆液，所述浆液由水泥、粉煤灰、膨润土和水制备而成；
步骤S2：盾构机主动铰接伸出，土仓建立土压力，接着将土仓隔板中上部的观察孔打通，接入注浆管道，准备进行双液浆混合注浆，所述双液浆混合注浆是指在浆液注入时混合水玻璃；
步骤S3：对仓内的渣土进行置换，一边进行双液浆混合注浆，一边通过螺旋机排除原渣土，反复进行置换，直至土仓内的渣土置换超过一半以上时，停止置换渣土；
步骤S4：重新在土仓内建立注浆压力，然后进行盾构机主动铰接退回，该过程需要缓慢进行，并且在土仓内不断进行双液浆混合注浆，保持压力不变，让双液浆通过刀盘开口流向掌子面，最终在掌子面建立15～20cm水泥浆护壁，停止注浆；
步骤S5：停机观察8至24小时，通过观察孔观察土仓内的双液浆凝结情况，确认符合清仓条件后，进行开仓、清仓工作，直到清理出换刀位置后，开始换刀。
本发明通过填仓注浆，在土仓内形成一定的注浆压力，迫使浆液渗透到掌子面及周边起到稳定加固掌子面的作用，待浆液达到中凝时进行开仓清理，最后实现安全快速地更换刀具。
作为本发明的进一步改进，所述浆液的配比为：水泥150kg/m3：粉煤灰100kg/m3：膨润土200kg/m3：水750kg/m3，通过该配比制备的浆液具有凝结快速，强度低，方便人工清理的特点。
作为本发明的进一步改进，为加快浆液的凝结速度，在浆液注入时混合水玻璃，所述水玻璃与浆液的混合比例为6％，所述比例为重量比。
作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，进行双液浆混合注浆之前，先做好渣土改良工作，向土仓注入膨润土泥浆，所述膨润土泥浆采用钙基膨润土和水按照1:3的重量比均匀混合配制，注入过程中，转动刀盘，使之与仓内渣土充分混合，通过土压计判断仓内渣土状态。土仓内注入膨润土浆液，是为了防止填仓注浆过程浆液下窜，增加清仓工作量或者浆液包裹螺旋机，使土仓中的渣土具有良好的流塑性。
作为本发明的进一步改进，在盾体的四周注入膨润土泥浆，填充盾壳与围岩体间隙。盾构机开挖洞径略大于盾体外径，在盾体的四周注入膨润土泥浆，可防止注浆过程中浆液前行，或是填仓过程浆液后窜，包裹盾体。
作为本发明的进一步改进，管片背后补浆止水，补浆压力应略大于注浆压力，以彻底阻隔管片后的地下水前行渗入通道。
作为本发明的进一步改进，步骤S3中土仓内的渣土置换超过一半以上并且土仓压力达到1.5～3bar，停止置换渣土。
作为本发明的进一步改进，填仓过程安排专人监测地面，及时反馈地面信息，以便及时调整注浆参数，防止地面产生沉降或是冒浆等现象。
作为本发明的进一步改进，清仓过程中及时采用木板和玻璃纤维筋封堵刀盘开口，防止换刀时间太长导致的刀盘开口失稳，且每清出一把刀具，立刻对清出的刀具进行更换，换刀之后及时封堵刀具与刀箱之间空隙，防止掌子面暴露过久出现涌水涌砂现象。
作为本发明的进一步改进，换刀过程中不可转动刀盘，在填仓作业开始前应把刀盘停至合适的位置。因转动刀盘会破坏浆液整体性，容易出现失稳现象，故填仓作业开始前应把刀盘停至合适的位置，以便清仓后不转动刀盘的情况下尽可能多的更换刀具。
本发明的有益效果为：本发明可满足在上软下硬地质中，或者其他不理想的地质中进行换刀的需求；本发明的施工步骤简单，投资成本低且实施方便；本发明通过在掌子面建立水泥浆护壁，对掌子面上的土体提供了一定的支撑作用，从而保证了掌子面的结构稳定，为清仓换刀人员提供了安全的工作空间，从而保证了清仓换刀人员在施工过程中的人身安全；本发明所需要的施工时间短，双液浆混合注浆具有凝结快速，强度低，方便人工清理的特点，从而使填仓和清仓的效率大大提高，减少换刀对盾构机施工工期的影响，节省时间；本发明可在短时间内快速进行换刀，从而节省人力和物力成本，具有一定的经济效益。
附图说明
图1为本发明所述方法的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种隧道盾构机注浆填仓换刀方法，包括以下步骤：
步骤S1：浆液配比试验。通过在实验室对填仓注浆的浆液进行制备，所述浆液主要满足：凝结快，强度低，方便人工清理的特点，所述浆液配比为：水泥150kg/m3：粉煤灰100kg/m3：膨润土200kg/m3：水750kg/m3；
步骤S2：盾构机主动铰接伸出150mm，土仓建立土压力，向土仓注入膨润土泥浆，所述膨润土泥浆采用钙基膨润土和水按照1:3的重量比均匀混合配制，注入过程中，转动刀盘，使之与仓内渣土充分混合，通过土压计判断仓内渣土状态；在盾体外侧注入膨润土泥浆，填充盾壳与围岩体间隙；管片背后补浆止水，补浆压力应略大于注浆压力；在土仓隔板中上部的观察孔打通，接入注浆管道，准备进行双液浆混合注浆，所述双液浆混合注浆是指在浆液注入时混合水玻璃，所述水玻璃与浆液的混合比例为6％，所述比例为重量比；
步骤S3：填仓置换以等量、恒压原则进行，一边注入双液浆一边通过螺旋机排出原渣土，直至土仓内的原渣土超过一半被置换且土仓压力达到1.5～3bar，停止置换渣土；
步骤S4：重新在土仓内建立注浆压力，压收缩盾构机铰接油缸，使盾构机前体后退150mm，在刀盘前形成15～20cm的水泥浆护壁。该过程需要缓慢进行，并且在土仓内不断进行双液浆混合注浆，保持压力不变，让双液浆通过刀盘开口流向掌子面；填仓过程安排专人监测地面，及时反馈地面信息，以便及时调整注浆参数，防止地面产生沉降或是冒浆等现象。
步骤S5：停机观察8至24小时，通过观察孔观察土仓内的双液浆凝结情况，在土仓后壁隔板检查孔对填仓注浆效果进行检查，检查效果符合要求方可开仓，不符合要求需二次填仓；打开仓门后，进一步观察填仓效果，确认符合清仓条件后，开始清仓，清仓过程中及时采用木板和玻璃纤维筋封堵刀盘开口，且每清出一把刀具，立刻对清出的刀具进行更换，换刀之后及时封堵刀具与刀箱之间空隙；刀盘上半部刀具更换完成后，需转动刀盘更换下半部的刀具，刀盘转动前，在浆车中还准备6m3的膨润土泥浆，用于应对突发情况，慢慢转动刀盘，时刻观察掌子面水泥浆护壁情况，若发生涌水涌砂现象，即刻关闭仓门，向土仓内注入准备的膨润土泥浆，然后再从新填仓换刀，直至整个换刀程序完成。
进一步，换刀过程中不可转动刀盘，因转动刀盘会破坏浆液整体性，容易出现失稳现象，故填仓作业开始前应把刀盘停至合适的位置，以便清仓后不转动刀盘的情况下尽可能多的更换刀具。
综上所述，本发明经多次使用测试，从使用测试的效果看，可证明本发明能达到其所预期之目的，实用性价值乃毋庸置疑。以上所举实施例仅用来方便举例说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。
Claims (10)
1.一种隧道盾构机注浆填仓换刀方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤S1：制备浆液，所述浆液由水泥、粉煤灰、膨润土和水制备而成；
步骤S2：盾构机主动铰接伸出，土仓建立土压力，接着将土仓隔板中上部的观察孔打通，接入注浆管道，准备进行双液浆混合注浆，所述双液浆混合注浆是指在浆液注入时混合水玻璃；
步骤S3：对仓内的渣土进行置换，一边进行双液浆混合注浆，一边通过螺旋机排除原渣土，反复进行置换，直至土仓内的渣土置换超过一半以上时，停止置换渣土；
步骤S4：重新在土仓内建立注浆压力，然后进行盾构机主动铰接退回，该过程需要缓慢进行，并且在土仓内不断进行双液浆混合注浆，保持压力不变，让双液浆通过刀盘开口流向掌子面，最终在掌子面建立15～20cm水泥浆护壁，停止注浆；
步骤S5：停机观察8至24小时，通过观察孔观察土仓内的双液浆凝结情况，确认符合清仓条件后，进行开仓、清仓工作，直到清理出换刀位置后，开始换刀。
2.根据权利要求1所述的一种隧道盾构机注浆填仓换刀方法，其特征在于：所述浆液的配比为：水泥150kg/m3：粉煤灰100kg/m3：膨润土200kg/m3：水750kg/m3。
3.根据权利要求1所述的一种隧道盾构机注浆填仓换刀方法，其特征在于：所述水玻璃与浆液的混合比例为6％，所述比例为重量比。
4.根据权利要求1所述的一种隧道盾构机注浆填仓换刀方法，其特征在于：在步骤S2中，进行双液浆混合注浆之前，先做好渣土改良工作，向土仓注入膨润土泥浆，所述膨润土泥浆采用钙基膨润土和水按照1:3的重量比均匀混合配制，注入过程中，转动刀盘，使之与仓内渣土充分混合，通过土压计判断仓内渣土状态。
5.根据权利要求4所述的一种隧道盾构机注浆填仓换刀方法，其特征在于：在盾体的四周注入膨润土泥浆，填充盾壳与围岩体间隙。
6.根据权利要求5所述的一种隧道盾构机注浆填仓换刀方法，其特征在于：管片背后补浆止水，补浆压力应略大于注浆压力。
7.根据权利要求1所述的一种隧道盾构机注浆填仓换刀方法，其特征在于：步骤S3中土仓内的渣土置换超过一半以上并且土仓压力达到1.5～3bar，停止置换渣土。
8.根据权利要求1所述的一种隧道盾构机注浆填仓换刀方法，其特征在于：填仓过程安排专人监测地面，及时反馈地面信息。
9.根据权利要求1所述的一种隧道盾构机注浆填仓换刀方法，其特征在于：清仓过程中及时采用木板和玻璃纤维筋封堵刀盘开口，且每清出一把刀具，立刻对清出的刀具进行更换，换刀之后及时封堵刀具与刀箱之间空隙。
10.根据权利要求1所述的一种隧道盾构机注浆填仓换刀方法，其特征在于：换刀过程中不可转动刀盘，在填仓作业开始前应把刀盘停至合适的位置。
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