CN109372527A - 双螺旋盾构机在富水上软下硬地层中掘进系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双螺旋盾构机在富水上软下硬地层中掘进系统及方法，包括盾构机，盾构机内具有双螺旋螺旋输送机，所述盾构机的盾体前端设置有土仓压力隔板，所述土仓压力隔板连接有刀盘，双螺旋螺旋输送机之间设置有球面铰接轴承。土仓压力隔板上设置有膨润土注入口和土压传感器设计数量，且上部传感器位置不低于盾体顶部设定距离，前盾隔板下部的螺旋输送机进口两侧各设置有聚合物注入喷口装置及防喷涌装置；盾构机配置二次注浆设备，在盾尾数环后的管片注浆孔进行二次注浆作业。
Description
技术领域
本发明涉及一种双螺旋盾构机在富水上软下硬地层中掘进系统及方法。
背景技术
我国城市轨道交通工程发展需求急剧增大，盾构法以其施工安全、掘进快速、环境扰动小、机械化程度高等优点，成为目前地铁隧道施工的首选工法。
不同城市地质情况千差万别，城市轨道施工难免穿越富水软硬不均地层。盾构穿越富水地层，掘进过程中极易形成喷涌事故，导致地表塌陷；而软硬不均地层的存在，更是加大了盾构施工难度，很可能造成隧道结构失稳，导致重大经济财产损失和人员伤亡。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种双螺旋盾构机在富水上软下硬地层中掘进系统及方法，本发明能够有效避免土压平衡式盾构机掘进过程中喷涌事故的发生，提高盾构机在富水上软下硬地层的适应性，保障施工安全顺利进行，从而实现土压平衡式双螺旋盾构机在富水上软下硬地层中高效掘进。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双螺旋盾构机在富水上软下硬地层中掘进系统，包括盾构机，所述盾构机内具有双螺旋螺旋输送机，所述盾构机的盾体前端设置有土仓压力隔板，所述土仓压力隔板连接有刀盘，双螺旋螺旋输送机之间设置有球面铰接轴承。
进一步的，所述刀盘采用复合式刀盘，刀盘开口率33％；刀盘上滚刀的安装刀座采用单楔块方式，软岩刀具的安装采用销轴安装方式。
进一步的，所述刀盘配置仿形刀，且伸出量可在控制室设定和控制，刀盘上配置多个双联中心滚刀、正面滚刀和边缘滚刀，刀盘上还配置开关式刀具磨损检测装置。
进一步的，所述盾体采用倒锥形设计，主动铰接连接方式，盾体上部设置多个周向超前注浆孔。
进一步的，所述双螺旋输送机包括第一级螺旋输送机和第二级螺旋输送机，第二级螺旋输送机可水平转动，并设有分隔闸门，第一级螺旋输送机和第二级螺旋输送机具备独立的驱动系统，既可联动控制也可每级独立操作。
进一步的，所述土仓压力隔板上设置有膨润土注入口和土压传感器设计数量，且上部传感器位置不低于盾体顶部设定距离，前盾隔板下部的螺旋输送机进口两侧各设置有聚合物注入喷口装置及防喷涌装置。
进一步的，盾构机配置二次注浆设备，在盾尾数环后的管片注浆孔进行二次注浆作业。
进一步的，所述刀盘采用多个变频电机驱动组驱动，每个变频电机驱动组配置扭矩限制装置。
基于上述系统的工作方法，盾构机采用包括泡沫注入、加泥/膨润土和液态高分子化合物注入的综合改良技术对渣土进行改良；盾构机采用双螺旋输送机接续平衡水土压力以获得良好的出渣效果，双螺旋输送机的排水和出渣同时进行；盾构机在富水上软下硬地层中掘进，在掘进的同时进行同步注浆作业，直至施工完成。
进一步的，泡沫注入采用单管单泵，注入能力为250-350L/h。
进一步的，同步注浆的浆液包括膨润土、粉煤灰、水泥、水，膨润土：粉煤灰：水泥：水为120:360：180:600，注浆压力控制在0.2～0.6MPa，二次补充注浆压力控制在0.1～0.3MPa。
进一步的，浆液采用水泥浆～水玻璃双液浆，注浆浆液浓度由稀到浓逐级变换，水灰比控制在0.8：1～1：1；水泥采用普通42.5硅酸盐水泥，水玻璃浓度35～40Be；水泥浆与水玻璃的体积比为1：0.6。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的盾构机通过对刀盘驱动及开口率、刀具、刀座、滚刀等合理设计，提高盾构机在上软下硬地层的适应性；对刀盘外圈粱外圆表面和外后端表面进行耐磨保护，提高盾构机使用寿命；
通过泡沫注入系统、加泥/膨润土系统和液态高分子化合物注入系统对渣土进行综合改良，防止渣土粘结刀具和刀盘，减少对地层的扰动，为盾构机的正常掘进提供保证；
采用双螺旋输送机接续平衡水土压力，两级螺旋输送机具备独立的驱动系统,既可联动控制也可每级独立操作，可在两螺旋输送机之间形成土塞，有效地防止盾构机在富水地层掘进喷涌的发生；
通过同步注浆作业和二次注浆作业，提高盾构机在上软下硬地层的掘进效率，此双螺旋盾构机在富水上软下硬地层中高效掘进方法，可有效提高盾构在富水上软下硬地层的适应性，防止喷涌的发生，降低盾构施工风险，提高掘进效率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明实施例中双螺旋输送机的装配结构示意图；
其中，刀盘1，盾体2，土仓压力隔板3，盾构机4，双螺旋螺旋输送机5，第一级螺旋输送机6，第一级螺旋输送机防涌门7，第一级螺旋输送机闸门8，球面铰接轴承9，第二级螺旋输送机10，第二级螺旋输送机分隔闸门11；
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
图1，本发明涉及一种双螺旋盾构机在富水上软下硬地层中高效掘进方法，所述施工方法的具体施工步骤如下：
1)盾构机4的刀盘1采用复合式刀盘，刀盘开口率33％；刀盘1上滚刀的安装刀座采用单楔块方式，软岩刀具的安装采用销轴安装方式。
2)刀盘1配置有效伸出量不小于l00mm的仿形刀，且伸出量可在控制室设定和控制。刀盘1上配置17英寸双联中心滚刀6把，刀间距90mm。配置正面滚刀20把，刀间距85mm。配置边缘滚刀12把。刀盘1上还配置2个开关式刀具磨损检测装置。
3)盾体2采用倒锥形设计，主动铰接连接方式。盾体2上部设置6个周向超前注浆孔，土仓压力隔板3上预留各种功能孔，包括带压进仓所需风、水、电通道，聚合物孔、改良加水孔等。
4)针对富水上软下硬地层特点，盾构机4采用包括泡沫注入、加泥/膨润土和液态高分子化合物注入的综合改良技术对渣土进行改良。
5)盾构机4采用双螺旋输送机5接续平衡水土压力以获得良好的出渣效果，双螺旋输送机5的排水和出渣可同时进行。
6)盾构机4在富水上软下硬地层中掘进。
7)盾构机4在掘进的同时进行同步注浆作业，同步注浆泵采用单管单泵，可有效控制注浆量及注浆压力。针对工程地质透水性强、孔隙率大的特点，为保证同步注浆质量，控制地表沉降，设置同步注浆终止压力不小于2.0bar。盾构机配置二次注浆设备，在盾尾数环后的管片注浆孔进行二次注浆作业，填充同步注浆的收缩和不足。
8)重复6)、7)作业直至施工完成。
进一步的，刀盘1采用变频电机驱动，每个驱动组配置扭矩限制装置，主轴承采用三排滚柱轴承，设计使用寿命不小于l0000h。刀盘1为面板式刀盘，刀盘1外圈粱外圆表面后端配置一整圈宽度不小于60m的硬质合金保护刀耐磨环，外后端表面敷焊耐磨复合钢板作为耐磨保护。刀盘1开挖直径6440mm。
进一步的，刀盘1最大应力荷载小于240Mpa；刀盘1结构材料级别不低于Q345B。
进一步的，土仓压力隔板3上的膨润土注入口数量为2个，土压传感器设计数量为5个，且上部传感器位置不低于盾体2顶部1m。前盾隔板下部的螺旋输送机进口两侧各设置1个聚合物注入喷口装置及防喷涌装置。
进一步的，泡沫注入采用单管单泵，注入能力为300L/h。泡沫注入回路数量为3路，每路回路配置流量计，泡沫流量的大小可通过流量传感器进行检测，并能显示在主控室操作页面，在数据采集系统记录每环及累积的实际注入量。盾构机4上同时配置改良膨润土系统和盾壳外膨润土润滑系统，采用挤压泵提供注入压力，总注入能力不小于16m3/h。
进一步的，双螺旋输送机5包括第一级螺旋输送机6和第二级螺旋输送机10。两级螺旋输送机之间的采用球面铰接轴承9连接，第二级螺旋输送机10可水平转动，并设有分隔闸门11。第一级螺旋输送机6和第二级螺旋输送机10具备独立的驱动系统，既可联动控制也可每级独立操作。
进一步的，步骤7)中盾尾同步注浆管采用内置式，设置4个注浆口点位，每个点位应有2路注浆管，一用一备。尾盾顶部布置2路注浆管。同步注浆的浆液包括膨润土、粉煤灰、水泥、水，膨润土：粉煤灰：水泥：水为120:360：180:600，注浆压力控制在0.2～0.6MPa，二次补充注浆压力控制在0.1～0.3MPa。
进一步的，盾构机4始发后，前20环必须要进行管片背后二次注浆，浆液通过管片拼装孔注入。浆液采用水泥浆～水玻璃双液浆，注浆浆液浓度由稀到浓逐级变换，水灰比控制在0.8：1～1：1；水泥采用普通42.5硅酸盐水泥，水玻璃浓度35～40Be；水泥浆与水玻璃的体积比为1：0.6。
当然，在其他实施例中，这些参数可以进行替换。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种双螺旋盾构机在富水上软下硬地层中掘进系统，其特征是：包括盾构机，所述盾构机内具有双螺旋螺旋输送机，所述盾构机的盾体前端设置有土仓压力隔板，所述土仓压力隔板连接有刀盘，双螺旋螺旋输送机之间设置有球面铰接轴承；
所述土仓压力隔板上设置有膨润土注入口和土压传感器设计数量，且上部传感器位置不低于盾体顶部设定距离，前盾隔板下部的螺旋输送机进口两侧各设置有聚合物注入喷口装置及防喷涌装置；
盾构机配置二次注浆设备，在盾尾数环后的管片注浆孔进行二次注浆作业。
2.如权利要求1所述的一种双螺旋盾构机在富水上软下硬地层中掘进系统，其特征是：所述刀盘采用复合式刀盘，刀盘开口率33％；刀盘上滚刀的安装刀座采用单楔块方式，软岩刀具的安装采用销轴安装方式。
3.如权利要求1所述的一种双螺旋盾构机在富水上软下硬地层中掘进系统，其特征是：所述刀盘配置仿形刀，且伸出量可在控制室设定和控制，刀盘上配置多个双联中心滚刀、正面滚刀和边缘滚刀，刀盘上还配置开关式刀具磨损检测装置。
4.如权利要求1所述的一种双螺旋盾构机在富水上软下硬地层中掘进系统，其特征是：所述盾体采用倒锥形设计，主动铰接连接方式，盾体上部设置多个周向超前注浆孔。
5.如权利要求1所述的一种双螺旋盾构机在富水上软下硬地层中掘进系统，其特征是：所述双螺旋输送机包括第一级螺旋输送机和第二级螺旋输送机，第二级螺旋输送机可水平转动，并设有分隔闸门，第一级螺旋输送机和第二级螺旋输送机具备独立的驱动系统，既可联动控制也可每级独立操作。
6.如权利要求1所述的一种双螺旋盾构机在富水上软下硬地层中掘进系统，其特征是：所述刀盘采用多个变频电机驱动组驱动，每个变频电机驱动组配置扭矩限制装置。
7.基于如权利要求1-6中任一项所述的系统的工作方法，其特征是：盾构机采用包括泡沫注入、加泥/膨润土和液态高分子化合物注入的综合改良技术对渣土进行改良；盾构机采用双螺旋输送机接续平衡水土压力以获得良好的出渣效果，双螺旋输送机的排水和出渣同时进行；盾构机在富水上软下硬地层中掘进，在掘进的同时进行同步注浆作业，直至施工完成。
8.如权利要求7所述的工作方法，其特征是：泡沫注入采用单管单泵，注入能力为250-350L/h。
9.如权利要求7所述的工作方法，其特征是：同步注浆的浆液包括膨润土、粉煤灰、水泥、水，膨润土：粉煤灰：水泥：水为120:360：180:600，注浆压力控制在0.2～0.6MPa，二次补充注浆压力控制在0.1～0.3MPa。
10.如权利要求7所述的工作方法，其特征是：浆液采用水泥浆～水玻璃双液浆，注浆浆液浓度由稀到浓逐级变换，水灰比控制在0.8：1～1：1；水泥采用普通42.5硅酸盐水泥，水玻璃浓度35～40Be；水泥浆与水玻璃的体积比为1：0.6。
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2018
- 2018-10-23 CN CN201811237157.0A patent/CN109372527B/zh active Active
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