CN111305860B - 一种用于强透气透水地层的盾构带压开仓方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑施工领域，提供了一种用于强透气透水地层的盾构带压开仓方法，该方法按特定配合比拌制成混合浆液，并按照一定的工艺流程，将拌制物注入到盾构机土仓，使盾体外壁和盾构开挖掌子面前方形成有一定厚度、强度、防水性、持久性的保压泥膜，然后开启保压系统，逐步排除仓内复合黏土至便于人员进仓作业为止。本发明能有效提高在强透气透水地层和敏感地表环境下，盾构带压开仓保压的安全、稳定、持久且经济，在盾构隧道工程中具有较高的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及建筑施工领域，尤其涉及一种用于强透气透水地层的盾构带压开仓方法。
背景技术
盾构带压开仓，因其对自稳性较差、渗透性较大的复杂地层环境实用性较好，已在盾构隧道施工中得到广泛的应用。然而，现行的带压开仓方法仍存在一些缺点：1、针对一些特殊的复杂地层和敏感地表环境而言，仍具有局限性；2、现行方法中的地表注浆加固地层法，受限于“地表环境”、“预先注浆加固位置”及“地层加固效果”；3、现行方法中的洞内超前注浆加固地层法，受限于“工期”、“地层加固范围”及“加固效果”；4、现行方法中的填仓法，受限于“工期”；5、现行方法中的冷冻法，受限于“工期”、“成本”及“地质条件”；6、现行方法中的土仓注入膨润土法，受限于“泥膜”的成膜性、强度、持久性及防水性；7、现行方法中衡盾泥建立泥膜法，受限于“工期”及“经济性”。
据此，目前急需一种能够提高盾构带压开仓保压的安全、稳定、持久与经济的用于复杂地层和敏感地表环境的盾构带压开仓新方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够提高盾构带压开仓保压的安全、稳定、持久与经济的用于强透气透水地层的盾构带压开仓方法。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种用于强透气透水地层的盾构带压开仓方法，包括如下步骤：
S1、计划盾构停机带压开仓前1～3环逐步释放铰接，并对盾尾后第五环进行封环作业；
S2、将制作的膨润土浆液运至隧道内，然后将所述膨润土浆液抽至盾构机砂浆罐中；
S3、在盾构机同步注浆箱中添加设计量1/3体积的水玻璃，并在砂浆罐中将添加的水玻璃与所述膨润土浆液进行充分搅拌均匀，以形成粘稠的膨润土混合浆液；
S4、往土仓内注入所述膨润土混合浆液，并且在注入过程，维持土仓压力稳定在高于设定的盾构开仓压力的0.2～0.3bar，使所述膨润土混合浆液充分填充于盾构机四周地层间隙；暂停注入后，观察仓内压力下降速度；
S5、通过盾构机的同步注浆系统继续往土仓内注入膨润土混合浆液，对土仓内渣土进行置换；置换出的渣土取样进行“渣土与水玻璃混合实验”；
S6、转动刀盘，每次转动60°，至刀盘转动达到一圈；每次转动刀盘60°后，均分别对渣样进行检查，通过“渣土与水玻璃混合实验”判定土仓内渣土置换是否完成；
S7、渣土置换完成后，根据注入土仓的内膨润土混合浆液总量，核算需补充注入的剩余2/3体积的水玻璃用量，并采取二次注浆机间歇性补充注入相应水玻璃，以形成复合黏土混合浆液；原地转刀盘搅拌，在掌子面及盾体周边建立泥膜；
S8、盾构机砂浆罐内储备膨润土混合浆液，开启保压系统，逐级退刀盘，每次控制在3～4cm，边退刀盘边往土仓内注入相应膨润土混合浆液和设定配比剩余2/3体积的水玻璃；
S9、通过保压系统建立土仓气压逐步置换土仓内的复合黏土混合浆液，将土仓液位降至半仓，完成气压置换仓内复合黏土混合浆液，为下一步开仓作业提供操作环境；
S10、保压系统打开，同时打开相应控制球阀，以置换土仓内空气；降低土仓内温度，对球阀出气孔气体进行气体检测；
S11、观察土仓压力变化情况，时间不少于1h；同时，保压系统打开，刀盘不转，每8～12min测一次空压机加卸载情况；
S12、按照正常流程进行带压开仓作业操作，同时，由守仓人员观察掌子面泥膜稳定性情况；若泥膜效果良好，则安排进仓清理刀箱、检查刀具磨损情况、开始后续换刀作业；若泥膜效果不好，则重建泥膜。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤S1中，在释放铰接时，需将铰接长度伸出100～150mm，为后续刀盘后退形成泥膜预留空间；在进行封环作业时，往中盾注入200～300kg聚氨酯，并采用二次注浆双液浆进行封环。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤S4中，在暂停注入膨润土混合浆液后，观察仓内压力下降速度；若仓内压力下降速度大于0.3bar/h，则继续往土仓内注入膨润土混合浆液，重复上述S4流程，直至仓内压力的下降速度保持在小于0.3bar/h，方可进行下一步。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤S5中，在膨润土混合浆液置换渣土的过程中，勿动刀盘，边注入边置换，同时控制上部土仓压力不低于盾构带压开开仓设定压力下0.4bar，不高于盾构带压开开仓设定压力上0.3bar。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤S5中，“渣土与水玻璃混合实验”的具体实施操作方法为：渣土置换过程中，盾构机螺旋输送机出土，通过在螺旋输送机出渣口用量杯取渣土样本，然后加入水玻璃设计配比2/3的量，用搅拌棒在量杯中搅拌10～20秒，观察在此搅拌反应时间内能否形成复合黏土泥膜效果；若在搅拌10～20秒的情况下，能达到复合黏土泥膜效果，则说明螺旋输送机排出来的渣为膨润土混合浆液，渣土置换较为理想；若在搅拌10～20秒的情况下，不能达到复合黏土泥膜效果，则说明需继续补充膨润土混合浆液，并对仓内进行渣土置换；所述“渣土与水玻璃混合实验”的目的是通过实验判断盾构机土仓内的渣土是否置换干净。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤S6中，刀盘整体360°，每次按照0.5r/min的速度低速转动刀盘，且每次转动60°，直至刀盘转动达到一圈；其中，当每次转动刀盘60°后，均分别对渣样进行检查，通过“渣土与水玻璃混合实验”判定土仓内渣土置换是否完成；若渣土置换完成，则进入下一步，若未完成则重复上步操作。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤S8中，每级退刀盘完成后启动刀盘，刀盘转速0.5rpm，刀盘同方向转动2h，形成一级保压泥膜；停机1h，观察土仓压力变化速率；当土压压力变化速率保持在小于0.2bar/h，视为压力相对稳定，接着即可进入下级退刀盘；依次循环操作，至形成10cm厚的保压泥膜。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤S8中，按设计配比往土仓内补充注入水玻璃形成复合黏土混合浆液后，启动刀盘，持续转动2h，观察土仓压力变化、扭矩波动情况；若土仓压力和扭矩相对稳定，且维持时间不少于1h，即可启动螺旋输送机排出复合黏土混合浆液，并取样检测性状，如符合要求则进行下一道工序，如不符合则重复上步操作；其中，当土仓压力变化速率小于0.2bar/h，视为压力相对稳定；当扭矩波动范围200KN.m以内，扭矩控制值小于800KN.m，视为扭矩相对稳定。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤S9中，在土仓气压逐步置换土仓内的复合黏土混合浆液时，保压系统设定盾构带压开仓压力，启动刀盘，刀盘转速0.5rpm，刀盘同方向转动，间歇性启动螺旋输送机，转速2～4rpm；排出复合黏土混合浆液，螺旋输送机排土，土仓压力低于盾构带压开仓设定压力0.4bar时，暂停排土；土仓压力恢复至盾构带压开仓设定压力，开始再次启动螺旋输送机排土，直至完成气压置换。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤S11中，在测空压机加卸载情况时，若加载时间小于卸载时间，证明泥膜质量满足要求，土仓保气性良好；加载时间小于卸载时间差值越大，表明掌子面稳定性、泥膜质量越好；若加载时间大于或等于卸载时间，则证明泥膜建立失败，需重新建立泥膜。
作为本发明的优选方式之一，所述复合黏土混合浆液为将消石灰、钠基膨润土、钙基膨润土、羧甲基纤维素、自来水、水玻璃混合搅拌均匀形成的浆液；所述复合黏土混合浆液中消石灰、钠基膨润土、钙基膨润土、羧甲基纤维素、自来水、水玻璃的具体质量配比为1：0.5：0.5：0.02：2.59：0.2。
本发明相比现有技术的优点在于：本发明按特定配合比拌制成混合浆液，并按照一定的工艺流程，将拌制物注入到盾构机土仓，使盾体外壁和盾构开挖掌子面前方形成有一定厚度、强度、防水性、持久性的保压泥膜，然后开启保压系统，逐步排除仓内复合黏土至便于人员进仓作业为止；本发明能有效提高在强透气透水地层和敏感地表环境下，盾构带压开仓保压的安全、稳定、持久且经济，在盾构隧道工程中具有较高的推广应用价值。
附图说明
图1是实施例1-3中复合黏土混合浆液在泥膜护壁工艺中的效果示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，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不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例的一种用于强透气透水地层的盾构带压开仓方法，包括如下步骤：
S1、计划盾构停机带压开仓前1～3环逐步释放铰接，并对盾尾后第五环进行封环作业；其中，在释放铰接时，需将铰接长度伸出100mm，为后续刀盘后退形成泥膜预留空间；在进行封环作业时，往中盾注入200kg聚氨酯，并采用二次注浆双液浆进行封环。
S2、将地面砂浆搅拌站制作的膨润土浆液运至隧道内，然后利用砂浆泵将所述膨润土浆液抽至盾构机砂浆罐中。
S3、在盾构机同步注浆箱中添加设计量1/3体积的水玻璃，并在砂浆罐中将添加的水玻璃与所述膨润土浆液进行充分搅拌均匀，以形成粘稠的膨润土混合浆液。
S4、往土仓内注入所述膨润土混合浆液，并且在注入过程，维持土仓压力稳定在高于设定的盾构开仓压力的0.2bar，使所述膨润土混合浆液充分填充于盾构机四周地层间隙；在暂停注入膨润土混合浆液后，观察仓内压力下降速度；若仓内压力下降速度大于0.3bar/h，则继续往土仓内注入膨润土混合浆液，重复上述S4流程，直至仓内压力的下降速度保持在小于0.3bar/h，方可进行下一步。
S5、通过盾构机的同步注浆系统继续往土仓内注入膨润土混合浆液，对土仓内渣土进行置换；在膨润土混合浆液置换渣土的过程中，勿动刀盘，边注入边置换，同时控制上部土仓压力不低于盾构带压开开仓设定压力下0.4bar，不高于盾构带压开开仓设定压力上0.3bar；
置换出的渣土取样进行“渣土与水玻璃混合实验”；实验目的是判断盾构机土仓内的渣土是否置换干净，实验方法如下：渣土置换过程中，盾构机螺旋输送机出土，通过在螺旋输送机出渣口用量杯取渣土样本，然后加入水玻璃设计配比2/3的量，用搅拌棒在量杯中搅拌10秒，观察在此搅拌反应时间内能否形成复合黏土泥膜效果；若在搅拌10秒的情况下，能达到复合黏土泥膜效果，则说明螺旋输送机排出来的渣为膨润土混合浆液，渣土置换较为理想；若在搅拌10秒的情况下，不能达到复合黏土泥膜效果，则说明需继续补充膨润土混合浆液，并对仓内进行渣土置换。
S6、刀盘整体360°，每次按照0.5r/min的速度低速转动刀盘，且每次转动60°，直至刀盘转动达到一圈；其中，当每次转动刀盘60°后，均分别对渣样进行检查，通过“渣土与水玻璃混合实验”判定土仓内渣土置换是否完成；若渣土置换完成，则进入下一步，若未完成则重复上步操作。
S7、渣土置换完成后，根据注入土仓的内膨润土混合浆液总量，核算需补充注入的剩余2/3体积的水玻璃用量，并采取二次注浆机间歇性补充注入相应水玻璃，以形成复合黏土混合浆液；原地转刀盘搅拌，在掌子面及盾体周边建立泥膜。
S8、盾构机砂浆罐内储备膨润土混合浆液4m3，开启保压系统，逐级退刀盘，每次控制在3cm，边退刀盘边往土仓内注入相应膨润土混合浆液和设定配比剩余2/3体积的水玻璃；每级退刀盘完成后启动刀盘，刀盘转速0.5rpm，刀盘同方向转动2h，形成一级保压泥膜；停机1h，观察土仓压力变化速率；当土压压力变化速率保持在小于0.2bar/h，视为压力相对稳定，接着即可进入下级退刀盘；依次循环操作，至形成10cm厚的保压泥膜；
建泥膜过程中，按设计配比往土仓内补充注入水玻璃形成复合黏土混合浆液后，启动刀盘，持续转动2h，观察土仓压力变化、扭矩波动情况；若土仓压力和扭矩相对稳定，且维持时间不少于1h，即可启动螺旋输送机排出复合黏土混合浆液，并取样检测性状，如符合要求则进行下一道工序，如不符合则重复上步操作；其中，当土仓压力变化速率小于0.2bar/h，视为压力相对稳定；当扭矩波动范围200KN.m以内，扭矩控制值小于800KN.m，视为扭矩相对稳定。
S9、通过保压系统建立土仓气压逐步置换土仓内的复合黏土混合浆液，将土仓液位降至半仓，完成气压置换仓内复合黏土混合浆液，为下一步开仓作业提供操作环境；其中，在土仓气压逐步置换土仓内的复合黏土混合浆液时，保压系统设定盾构带压开仓压力，启动刀盘，刀盘转速0.5rpm，刀盘同方向转动，间歇性启动螺旋输送机，转速2rpm；排出复合黏土混合浆液，螺旋输送机排土，土仓压力低于盾构带压开仓设定压力0.4bar时，暂停排土；土仓压力恢复至盾构带压开仓设定压力，开始再次启动螺旋输送机排土，直至完成气压置换。
S10、保压系统打开，同时打开相应控制球阀，以置换土仓内空气；降低土仓内温度，对球阀出气孔气体进行气体检测。
S11、观察土仓压力变化情况，时间不少于1h；同时，保压系统打开，刀盘不转，每8min测一次空压机加卸载情况；在测空压机加卸载情况时，若加载时间小于卸载时间，证明泥膜质量满足要求，土仓保气性良好；加载时间小于卸载时间差值越大，表明掌子面稳定性、泥膜质量越好；若加载时间大于或等于卸载时间，则证明泥膜建立失败，需重新建立泥膜。
S12、按照正常流程进行带压开仓作业操作，同时，由守仓人员观察掌子面泥膜稳定性情况；若泥膜效果良好，则安排进仓清理刀箱、检查刀具磨损情况、开始后续换刀作业；若泥膜效果不好，则重建泥膜。
实施例2
本实施例的一种用于强透气透水地层的盾构带压开仓方法，包括如下步骤：
S1、计划盾构停机带压开仓前1～3环逐步释放铰接，并对盾尾后第五环进行封环作业；其中，在释放铰接时，需将铰接长度伸出150mm，为后续刀盘后退形成泥膜预留空间；在进行封环作业时，往中盾注入300kg聚氨酯，并采用二次注浆双液浆进行封环。
S2、将地面砂浆搅拌站制作的膨润土浆液运至隧道内，然后利用砂浆泵将所述膨润土浆液抽至盾构机砂浆罐中。
S3、在盾构机同步注浆箱中添加设计量1/3体积的水玻璃，并在砂浆罐中将添加的水玻璃与所述膨润土浆液进行充分搅拌均匀，以形成粘稠的膨润土混合浆液。
S4、往土仓内注入所述膨润土混合浆液，并且在注入过程，维持土仓压力稳定在高于设定的盾构开仓压力的0.3bar，使所述膨润土混合浆液充分填充于盾构机四周地层间隙；在暂停注入膨润土混合浆液后，观察仓内压力下降速度；若仓内压力下降速度大于0.3bar/h，则继续往土仓内注入膨润土混合浆液，重复上述S4流程，直至仓内压力的下降速度保持在小于0.3bar/h，方可进行下一步。
S5、通过盾构机的同步注浆系统继续往土仓内注入膨润土混合浆液，对土仓内渣土进行置换；在膨润土混合浆液置换渣土的过程中，勿动刀盘，边注入边置换，同时控制上部土仓压力不低于盾构带压开开仓设定压力下0.4bar，不高于盾构带压开开仓设定压力上0.3bar；
置换出的渣土取样进行“渣土与水玻璃混合实验”；实验目的是判断盾构机土仓内的渣土是否置换干净，实验方法如下：渣土置换过程中，盾构机螺旋输送机出土，通过在螺旋输送机出渣口用量杯取渣土样本，然后加入水玻璃设计配比2/3的量，用搅拌棒在量杯中搅拌20秒，观察在此搅拌反应时间内能否形成复合黏土泥膜效果；若在搅拌20秒的情况下，能达到复合黏土泥膜效果，则说明螺旋输送机排出来的渣为膨润土混合浆液，渣土置换较为理想；若在搅拌20秒的情况下，不能达到复合黏土泥膜效果，则说明需继续补充膨润土混合浆液，并对仓内进行渣土置换。
S6、刀盘整体360°，每次按照0.5r/min的速度低速转动刀盘，且每次转动60°，直至刀盘转动达到一圈；其中，当每次转动刀盘60°后，均分别对渣样进行检查，通过“渣土与水玻璃混合实验”判定土仓内渣土置换是否完成；若渣土置换完成，则进入下一步，若未完成则重复上步操作。
S7、渣土置换完成后，根据注入土仓的内膨润土混合浆液总量，核算需补充注入的剩余2/3体积的水玻璃用量，并采取二次注浆机间歇性补充注入相应水玻璃，以形成复合黏土混合浆液；原地转刀盘搅拌，在掌子面及盾体周边建立泥膜。
S8、盾构机砂浆罐内储备膨润土混合浆液4m3，开启保压系统，逐级退刀盘，每次控制在4cm，边退刀盘边往土仓内注入相应膨润土混合浆液和设定配比剩余2/3体积的水玻璃；每级退刀盘完成后启动刀盘，刀盘转速0.5rpm，刀盘同方向转动2h，形成一级保压泥膜；停机1h，观察土仓压力变化速率；当土压压力变化速率保持在小于0.2bar/h，视为压力相对稳定，接着即可进入下级退刀盘；依次循环操作，至形成10cm厚的保压泥膜；
建泥膜过程中，按设计配比往土仓内补充注入水玻璃形成复合黏土混合浆液后，启动刀盘，持续转动2h，观察土仓压力变化、扭矩波动情况；若土仓压力和扭矩相对稳定，且维持时间不少于1h，即可启动螺旋输送机排出复合黏土混合浆液，并取样检测性状，如符合要求则进行下一道工序，如不符合则重复上步操作；其中，当土仓压力变化速率小于0.2bar/h，视为压力相对稳定；当扭矩波动范围200KN.m以内，扭矩控制值小于800KN.m，视为扭矩相对稳定。
S9、通过保压系统建立土仓气压逐步置换土仓内的复合黏土混合浆液，将土仓液位降至半仓，完成气压置换仓内复合黏土混合浆液，为下一步开仓作业提供操作环境；其中，在土仓气压逐步置换土仓内的复合黏土混合浆液时，保压系统设定盾构带压开仓压力，启动刀盘，刀盘转速0.5rpm，刀盘同方向转动，间歇性启动螺旋输送机，转速4rpm；排出复合黏土混合浆液，螺旋输送机排土，土仓压力低于盾构带压开仓设定压力0.4bar时，暂停排土；土仓压力恢复至盾构带压开仓设定压力，开始再次启动螺旋输送机排土，直至完成气压置换。
S10、保压系统打开，同时打开相应控制球阀，以置换土仓内空气；降低土仓内温度，对球阀出气孔气体进行气体检测。
S11、观察土仓压力变化情况，时间不少于1h；同时，保压系统打开，刀盘不转，每12min测一次空压机加卸载情况；在测空压机加卸载情况时，若加载时间小于卸载时间，证明泥膜质量满足要求，土仓保气性良好；加载时间小于卸载时间差值越大，表明掌子面稳定性、泥膜质量越好；若加载时间大于或等于卸载时间，则证明泥膜建立失败，需重新建立泥膜。
S12、按照正常流程进行带压开仓作业操作，同时，由守仓人员观察掌子面泥膜稳定性情况；若泥膜效果良好，则安排进仓清理刀箱、检查刀具磨损情况、开始后续换刀作业；若泥膜效果不好，则重建泥膜。
实施例3
本实施例的一种用于强透气透水地层的盾构带压开仓方法，包括如下步骤：
S1、计划盾构停机带压开仓前1～3环逐步释放铰接，并对盾尾后第五环进行封环作业；其中，在释放铰接时，需将铰接长度伸出125mm，为后续刀盘后退形成泥膜预留空间；在进行封环作业时，往中盾注入250kg聚氨酯，并采用二次注浆双液浆进行封环。
S2、将地面砂浆搅拌站制作的膨润土浆液运至隧道内，然后利用砂浆泵将所述膨润土浆液抽至盾构机砂浆罐中。
S3、在盾构机同步注浆箱中添加设计量1/3体积的水玻璃，并在砂浆罐中将添加的水玻璃与所述膨润土浆液进行充分搅拌均匀，以形成粘稠的膨润土混合浆液。
S4、往土仓内注入所述膨润土混合浆液，并且在注入过程，维持土仓压力稳定在高于设定的盾构开仓压力的0.25bar，使所述膨润土混合浆液充分填充于盾构机四周地层间隙；在暂停注入膨润土混合浆液后，观察仓内压力下降速度；若仓内压力下降速度大于0.3bar/h，则继续往土仓内注入膨润土混合浆液，重复上述S4流程，直至仓内压力的下降速度保持在小于0.3bar/h，方可进行下一步。
S5、通过盾构机的同步注浆系统继续往土仓内注入膨润土混合浆液，对土仓内渣土进行置换；在膨润土混合浆液置换渣土的过程中，勿动刀盘，边注入边置换，同时控制上部土仓压力不低于盾构带压开开仓设定压力下0.4bar，不高于盾构带压开开仓设定压力上0.3bar；
置换出的渣土取样进行“渣土与水玻璃混合实验”；实验目的是判断盾构机土仓内的渣土是否置换干净，实验方法如下：渣土置换过程中，盾构机螺旋输送机出土，通过在螺旋输送机出渣口用量杯取渣土样本，然后加入水玻璃设计配比2/3的量，用搅拌棒在量杯中搅拌15秒，观察在此搅拌反应时间内能否形成复合黏土泥膜效果；若在搅拌15秒的情况下，能达到复合黏土泥膜效果，则说明螺旋输送机排出来的渣为膨润土混合浆液，渣土置换较为理想；若在搅拌15秒的情况下，不能达到复合黏土泥膜效果，则说明需继续补充膨润土混合浆液，并对仓内进行渣土置换。
S6、刀盘整体360°，每次按照0.5r/min的速度低速转动刀盘，且每次转动60°，直至刀盘转动达到一圈；其中，当每次转动刀盘60°后，均分别对渣样进行检查，通过“渣土与水玻璃混合实验”判定土仓内渣土置换是否完成；若渣土置换完成，则进入下一步，若未完成则重复上步操作。
S7、渣土置换完成后，根据注入土仓的内膨润土混合浆液总量，核算需补充注入的剩余2/3体积的水玻璃用量，并采取二次注浆机间歇性补充注入相应水玻璃，以形成复合黏土混合浆液；原地转刀盘搅拌，在掌子面及盾体周边建立泥膜。
S8、盾构机砂浆罐内储备膨润土混合浆液4m3，开启保压系统，逐级退刀盘，每次控制在3.5cm，边退刀盘边往土仓内注入相应膨润土混合浆液和设定配比剩余2/3体积的水玻璃；每级退刀盘完成后启动刀盘，刀盘转速0.5rpm，刀盘同方向转动2h，形成一级保压泥膜；停机1h，观察土仓压力变化速率；当土压压力变化速率保持在小于0.2bar/h，视为压力相对稳定，接着即可进入下级退刀盘；依次循环操作，至形成10cm厚的保压泥膜；
建泥膜过程中，按设计配比往土仓内补充注入水玻璃形成复合黏土混合浆液后，启动刀盘，持续转动2h，观察土仓压力变化、扭矩波动情况；若土仓压力和扭矩相对稳定，且维持时间不少于1h，即可启动螺旋输送机排出复合黏土混合浆液，并取样检测性状，如符合要求则进行下一道工序，如不符合则重复上步操作；其中，当土仓压力变化速率小于0.2bar/h，视为压力相对稳定；当扭矩波动范围200KN.m以内，扭矩控制值小于800KN.m，视为扭矩相对稳定。
S9、通过保压系统建立土仓气压逐步置换土仓内的复合黏土混合浆液，将土仓液位降至半仓，完成气压置换仓内复合黏土混合浆液，为下一步开仓作业提供操作环境；其中，在土仓气压逐步置换土仓内的复合黏土混合浆液时，保压系统设定盾构带压开仓压力，启动刀盘，刀盘转速0.5rpm，刀盘同方向转动，间歇性启动螺旋输送机，转速3rpm；排出复合黏土混合浆液，螺旋输送机排土，土仓压力低于盾构带压开仓设定压力0.4bar时，暂停排土；土仓压力恢复至盾构带压开仓设定压力，开始再次启动螺旋输送机排土，直至完成气压置换。
S10、保压系统打开，同时打开相应控制球阀，以置换土仓内空气；降低土仓内温度，对球阀出气孔气体进行气体检测。
S11、观察土仓压力变化情况，时间不少于1h；同时，保压系统打开，刀盘不转，每10min测一次空压机加卸载情况；在测空压机加卸载情况时，若加载时间小于卸载时间，证明泥膜质量满足要求，土仓保气性良好；加载时间小于卸载时间差值越大，表明掌子面稳定性、泥膜质量越好；若加载时间大于或等于卸载时间，则证明泥膜建立失败，需重新建立泥膜。
S12、按照正常流程进行带压开仓作业操作，同时，由守仓人员观察掌子面泥膜稳定性情况；若泥膜效果良好，则安排进仓清理刀箱、检查刀具磨损情况、开始后续换刀作业；若泥膜效果不好，则重建泥膜。
此外，需注意的是，上述实施例1-3中最终采用的复合黏土混合浆液为将消石灰、钠基膨润土、钙基膨润土、羧甲基纤维素、自来水、水玻璃混合搅拌均匀形成的浆液，配方如表1所示；该复合黏土混合浆液结合上述方法，用于泥膜护壁工艺中的效果示意图如图1所示。
表1本实施例复合黏土混合浆液是配方表
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于强透气透水地层的盾构带压开仓方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、计划盾构停机带压开仓前1～3环逐步释放铰接，并对盾尾后第五环进行封环作业；
S2、将制作的膨润土浆液运至隧道内，然后将所述膨润土浆液抽至盾构机砂浆罐中；
S3、在盾构机同步注浆箱中添加设计量1/3体积的水玻璃，并在砂浆罐中将添加的水玻璃与所述膨润土浆液进行充分搅拌均匀，以形成粘稠的膨润土混合浆液；
S4、往土仓内注入所述膨润土混合浆液，并且在注入过程，维持土仓压力稳定在高于设定的盾构开仓压力的0.2～0.3bar，使所述膨润土混合浆液充分填充于盾构机四周地层间隙；暂停注入后，观察仓内压力下降速度；
S5、通过盾构机的同步注浆系统继续往土仓内注入膨润土混合浆液，对土仓内渣土进行置换；置换出的渣土取样进行“渣土与水玻璃混合实验”；
S6、转动刀盘，每次转动60°，至刀盘转动达到一圈；每次转动刀盘60°后，均分别对渣样进行检查，通过“渣土与水玻璃混合实验”判定土仓内渣土置换是否完成；
S7、渣土置换完成后，根据注入土仓的内膨润土混合浆液总量，核算需补充注入的剩余2/3体积的水玻璃用量，并采取二次注浆机间歇性补充注入相应水玻璃，以形成复合黏土混合浆液；原地转刀盘搅拌，在掌子面及盾体周边建立泥膜；
S8、盾构机砂浆罐内储备膨润土混合浆液，开启保压系统，逐级退刀盘，每次控制在3～4cm，边退刀盘边往土仓内注入相应膨润土混合浆液和设定配比剩余2/3体积的水玻璃；
S9、通过保压系统建立土仓气压逐步置换土仓内的复合黏土混合浆液，将土仓液位降至半仓，完成气压置换仓内复合黏土混合浆液，为下一步开仓作业提供操作环境；
S10、保压系统打开，同时打开相应控制球阀，以置换土仓内空气；降低土仓内温度，对球阀出气孔气体进行气体检测；
S11、观察土仓压力变化情况，时间不少于1h；同时，保压系统打开，刀盘不转，每8～12min测一次空压机加卸载情况；
S12、按照正常流程进行带压开仓作业操作，同时，由守仓人员观察掌子面泥膜稳定性情况；若泥膜效果良好，则安排进仓清理刀箱、检查刀具磨损情况、开始后续换刀作业；若泥膜效果不好，则重建泥膜；
其中，所述步骤S5中，“渣土与水玻璃混合实验”的具体实施操作方法为：渣土置换过程中，盾构机螺旋输送机出土，通过在螺旋输送机出渣口用量杯取渣土样本，然后加入水玻璃设计配比2/3的量，用搅拌棒在量杯中搅拌10～20秒，观察在此搅拌反应时间内能否形成复合黏土泥膜效果；若在搅拌10～20秒的情况下，能达到复合黏土泥膜效果，则说明螺旋输送机排出来的渣为膨润土混合浆液，渣土置换较为理想；若在搅拌10～20秒的情况下，不能达到复合黏土泥膜效果，则说明需继续补充膨润土混合浆液，并对仓内进行渣土置换；所述“渣土与水玻璃混合实验”的目的是通过实验判断盾构机土仓内的渣土是否置换干净。
2.根据权利要求1所述的用于强透气透水地层的盾构带压开仓方法，其特征在于，所述步骤S1中，在释放铰接时，需将铰接长度伸出100～150mm，为后续刀盘后退形成泥膜预留空间；在进行封环作业时，往中盾注入200～300kg聚氨酯，并采用二次注浆双液浆进行封环。
3.根据权利要求1所述的用于强透气透水地层的盾构带压开仓方法，其特征在于，所述步骤S4中，在暂停注入膨润土混合浆液后，观察仓内压力下降速度；若仓内压力下降速度大于0.3bar/h，则继续往土仓内注入膨润土混合浆液，重复上述流程，直至仓内压力的下降速度保持在小于0.3bar/h，方可进行下一步。
4.根据权利要求1所述的用于强透气透水地层的盾构带压开仓方法，其特征在于，所述步骤S5中，在膨润土混合浆液置换渣土的过程中，勿动刀盘，边注入边置换，同时控制上部土仓压力不低于盾构带压开仓设定压力下0.4bar，不高于盾构带压开仓设定压力上0.3bar。
5.根据权利要求1所述的用于强透气透水地层的盾构带压开仓方法，其特征在于，所述步骤S6中，刀盘整体360°，每次按照0.5r/min的速度低速转动刀盘，且每次转动60°，直至刀盘转动达到一圈；其中，当每次转动刀盘60°后，均分别对渣样进行检查，通过“渣土与水玻璃混合实验”判定土仓内渣土置换是否完成；若渣土置换完成，则进入下一步，若未完成则重复上步操作。
6.根据权利要求1所述的用于强透气透水地层的盾构带压开仓方法，其特征在于，所述步骤S8中，每级退刀盘完成后启动刀盘，刀盘转速0.5rpm，刀盘同方向转动2h，形成一级保压泥膜；停机1h，观察土仓压力变化速率；当土压压力变化速率保持在小于0.2bar/h，视为压力相对稳定，接着即可进入下级退刀盘；依次循环操作，至形成10cm厚的保压泥膜。
7.根据权利要求1所述的用于强透气透水地层的盾构带压开仓方法，其特征在于，所述步骤S8中，按设计配比往土仓内补充注入水玻璃形成复合黏土混合浆液后，启动刀盘，持续转动2h，观察土仓压力变化、扭矩波动情况；若土仓压力和扭矩相对稳定，且维持时间不少于1h，即可启动螺旋输送机排出复合黏土混合浆液，并取样检测性状，如符合要求则进行下一道工序，如不符合则重复上步操作；其中，当土仓压力变化速率小于0.2bar/h，视为压力相对稳定；当扭矩波动范围200KN.m以内，扭矩控制值小于800KN.m，视为扭矩相对稳定。
8.根据权利要求1所述的用于强透气透水地层的盾构带压开仓方法，其特征在于，所述步骤S9中，在土仓气压逐步置换土仓内的复合黏土混合浆液时，保压系统设定盾构带压开仓压力，启动刀盘，刀盘转速0.5rpm，刀盘同方向转动，间歇性启动螺旋输送机，转速2～4rpm；排出复合黏土混合浆液，螺旋输送机排土，土仓压力低于盾构带压开仓设定压力0.4bar时，暂停排土；土仓压力恢复至盾构带压开仓设定压力，开始再次启动螺旋输送机排土，直至完成气压置换。
9.根据权利要求1所述的用于强透气透水地层的盾构带压开仓方法，其特征在于，所述步骤S11中，在测空压机加卸载情况时，若加载时间小于卸载时间，证明泥膜质量满足要求，土仓保气性良好；加载时间小于卸载时间差值越大，表明掌子面稳定性、泥膜质量越好；若加载时间大于或等于卸载时间，则证明泥膜建立失败，需重新建立泥膜。
10.根据权利要求1-9任一所述的用于强透气透水地层的盾构带压开仓方法，其特征在于，所述复合黏土混合浆液为将消石灰、钠基膨润土、钙基膨润土、羧甲基纤维素、自来水、水玻璃混合搅拌均匀形成的浆液；所述复合黏土混合浆液中消石灰、钠基膨润土、钙基膨润土、羧甲基纤维素、自来水、水玻璃的具体质量配比为1：0.5：0.5：0.02：2.59：0.2。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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