CN111365004B - 一种盾构土仓换气施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种盾构土仓换气施工方法，先将所述盾构机停机保压，使其不再向前掘进，然后加强对已推进的隧道的通风换气，使隧道内的气体质量保持持续正常，再将盾构机和靠近所述盾构机的隧道部分分别与周边土体隔离，避免有毒有害气体进入隧道和所述盾构机的土仓，隔绝有毒有害气体来源，最后排出所述土仓内的有毒有害气体，实现盾构土仓换气施工。采用所述盾构土仓换气施工方法，能够将盾构机掘进所处位置地层中有毒有害气体分别与隧道和盾构机的土仓隔离，同时将盾构土仓内有毒有害气体置换，保持了土仓内良好的空气质量，满足作业人员能进行带压作业，达到在有毒有害气体区域内进仓作业的目的，同时确保进仓人员安全及周边环境安全。
Description
技术领域
本发明涉及地下隧道施工领域，特别是一种盾构土仓换气施工方法。
背景技术
在采用盾构法挖掘地下隧道的过程中，由盾构机前方的刀盘切割土体、盾构机的盾体推进、盾构机的盾尾铺设支撑性管片并喷浆，实现隧道的贯通和隧道之“盾”的搭建。但在盾构机推进过程中，可能会推进到具有大量有毒有害气体的区域，如区域的土体中富含甲烷、一氧化碳和硫化氢等，这些有毒有害气体会对正在盾构机中施工的人员的生命造成威胁，若此时盾构机因刀盘生钝而很难再前进，则需要进行进仓更换刀盘，由于盾构机处于富含大量有毒有害气体的区域，而在有毒有害气体环境下进仓作业是一种技术难度极高，安全风险极大的一项作业，一般采用增大通风措施进行处理，但这种方式只能针对于隧道内换气，且效率很低，需要很长的时间，且无法对土仓里的有毒有害气体进行置换，难以保证盾构机土仓内作业安全。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术在采用盾构法挖掘地下隧道的过程中遇到需要在有毒有害气体区域进仓更换刀盘上的刀具时，难以保证盾构机土仓内作业安全的问题，提供一种盾构土仓换气施工方法，该方法能够将盾构掘进所处位置地层中有毒有害气体隔离，同时将盾构土仓内有毒有害气体置换，保持了土仓内良好的空气质量，满足作业人员能进行带压作业，达到有毒有害气体环境下进仓作业目的，同时确保进仓人员安全及周边环境安全。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种盾构土仓换气施工方法，包括以下步骤：
步骤一：停止盾构机的掘进，并对所述盾构机保压；
步骤二：将所述盾构机与其周边的土体隔离；
步骤三：对所述盾构机的土仓持续通风换气，并将所述土仓内的渣土排出，并对所述土仓排出的气体和渣土分别进行安全性检测；
步骤四：当所述土仓排出的气体和渣土中有毒有害气体的含量皆符合安全指数时，完成盾构土仓换气的施工；
其中，还包含对所述盾构机已推进的隧道增加换气量。
在有毒有害气体环境下进仓作业是一种技术难度极高，安全风险极大的一项作业，盾构推进时，其前端刀盘旋转掘削地层土体，切削下来的土体进入土仓。当土体充满土仓时，其被动土压与掘削面上的土压、水压基本平衡，使得掘削面与盾构面处于平衡状态，采用所述步骤一，将盾构机停机，并保证盾构机的水压和土压基本平衡，使所述盾构机保持正常停机状态，便于后续步骤的施行；采用所述步骤二，将所述盾构机与其周边土体隔离开，避免了周边所述土体渗透有毒有害气体进入隧道内和土仓内；采用所述步骤三，将所述土仓内的有毒有害气体和所述土仓内渣土附带的有毒有害气体皆排出去，使操作人员能够安全进入所述土仓，并能够安全地在所述土仓内更换刀具，持续对所述土仓气体排出，同时持续对所述土仓内的渣土进行排出，然后持续对土仓排出的气体和渣土进行安全性检测，如：检测有毒有害气体含量；采用所述步骤四，判断从土仓排出的土块或者气体的安全质量，进而判断所述土仓仓内气体质量，当皆符合安全指标时，可进入土仓内，更换刀具，同时，在所述步骤一至步骤四整个过程中，因有毒有害气体浓度较高，所以在某一个步骤或者所有步骤的实施中，都需要加强对所述隧道进行通风换气，增加隧道的换气量，降低隧道内有毒有害气体的浓度，使隧道内的空气持续保证在安全标准内，以便于工作人员进入隧道。采用所述盾构土仓换气施工方法，能够将盾构机掘进所处位置地层中有毒有害气体分别与隧道和盾构机的土仓隔离，同时将盾构土仓内有毒有害气体置换，保持了土仓内良好的空气质量，满足作业人员能进行带压作业，达到在有毒有害气体区域内进仓作业的目的，同时确保进仓人员安全及周边环境安全。
优选的，所述步骤二包括以下步骤：
地层加固步骤：对所述盾构机的刀盘周边土体及所述盾构机的盾体周边土体进行加固，形成加固层；
盾尾注浆步骤：向所述盾构机的盾尾后方的盾构管片与隧道周边土体之间注入膨润土混合液，形成盾尾密封层；
泥膜制作步骤：向开挖面注入膨润土混合液，所述开挖面包括掌子面和所述盾构机的两侧侧面，形成泥膜；
其中，在执行所述泥膜制作步骤前，先执行所述地层加固步骤。
所述步骤二中，所述泥膜制作步骤是在所述地层加固步骤的加固层上施行的，故所述地层加固步骤需要在所述泥膜制作步骤前执行，其他步骤能够更换先后顺序或同时执行，如：先执行所述盾尾注浆步骤，然后执行所述地层加固步骤，再执行所述泥膜制作步骤；或先执行所述地层加固步骤，然后执行所述盾尾注浆步骤，再执行所述泥膜制作步骤。采用所述地层加固步骤能够加固所述盾构机周围的所述土体，同时起止水效果；采用所述盾尾注浆步骤能够避免所述盾尾后部空间与所述盾体形成气体通道；采用所述泥膜制作步骤，在所述盾构机的两侧以及所述刀盘前方形成泥膜，使所述盾构机的周边所述土体无法将有毒有害气体溢出至所述隧道内，使进入所述土仓的通道以及所述土仓内的工作环境得到保障。且在未对盾构机周边地层加固的情况下，所述盾构机周边的土体可能会坍塌，坍塌的土体会影响所述盾构机周边泥膜的成型质量，在执行所述泥膜制作步骤前，先执行所述地层加固步骤，能够避免所述盾构机周边的土体坍塌的情况，进而避免有毒有害气体的隔离效果不好。
优选的，所述步骤二的执行顺序为：先执行所述盾尾注浆步骤，然后执行所述地层加固步骤，再执行所述泥膜制作步骤。
优先执行所述盾尾注浆步骤，将所述盾尾后方已推进的隧道周边的土体进行止水注浆，保证所述隧道周边所述土体的稳固性，便于对所述盾构机周边的所述土体进行加固。
优选的，所述泥膜的厚度为50-100mm。
50-100mm厚的所述泥膜能够较好的满足隔离盾构机周边土体内的有毒有害气体的条件，同时节约浇筑泥膜的材料，节约成本。
优选的，在所述地层加固步骤、所述盾尾注浆步骤和所述泥膜制作步骤中，注入膨润土混合液时，皆先注入较稀的膨润土混合液，再注入较浓的膨润土混合液。
先注入较稀的膨润土混合液，其容易渗入土体缝隙中，然后注入较稠的膨润土混合液，便于成型所述加固层、所述盾尾密封层和所述泥膜，使所述盾构机周边的所述土体加固效果更好，使所述泥膜和所述盾尾密封层隔离所述土体中有毒有害气体的效果更好。
优选的，在所述地层加固步骤中，包含两次注入膨润土混合液，其中第一次膨润土浆液配合比按水：膨润土＝1000kg：150kg～1000kg：250kg进行配比，CMC增稠剂浆液配合比按水：CMC＝1000kg：5kg～1000kg：7kg进行配比，然后按照体积比为膨润土浆液：CMC浆液＝6:1～6:2配比膨润土混合液；第二次膨润土浆液配合比按水：膨润土＝1000kg：251kg～1000kg：350kg进行混合，CMC增稠剂浆液配合比按水：CMC＝1000kg：6kg～1000kg：8kg进行配比，然后按照体积比为膨润土浆液：CMC浆液＝6:1～6:2配比膨润土混合液。
上述膨润土混合液的配比能够较好的满足地层加固，同时节约材料。
优选的，执行所述地层加固步骤前，先使所述刀盘盾构土仓换气施工方法按照0.2-0.8rpm低速转动，并注入刀盘油脂。
在注入膨润土混合液前，先保持刀盘低速转动，使刀盘油脂能够顺利的封堵盾体与刀盘之间的密封圈，避免了注入膨润土浆液时，造成盾构机主轴承密封损害。
优选的，所述步骤三包括：向所述土仓内持续注入膨润土浆液，所述土仓压力上涨至预设要求后排出渣土，并对已排出的渣土进行安全性检测，当检测达标后，通过所述盾构机的换气口向所述土仓内持续加气加到预设要求，使所述土仓内的气体排出，并对排出的气体进行有毒有害气体含量检测。
通过向所述土仓内注入的膨润土浆液，将所述土仓内的渣土排挤出来，即是将所述土仓内的渣土上附带的有毒有害物质排挤出来，同时保持所述土仓内压力平衡，然后通过向盾构机上的换气口注入气体，将土仓内的气体挤压出，保持了所述土仓内的压力平衡，同时将有毒有害气体排出，保证了所述土仓内的气体质量；通过所述步骤三，使所述土仓内的有毒有害气体含量到达安全指标，保持了土仓内良好的空气质量，保证了工作人员在土仓内换刀盘时的安全性。
优选的，增加所述隧道换气量的方式是增加所述隧道内风带或增大所述隧道内的风机功率。
方便加强对隧道内进行换气，方便所述隧道内的有毒有害气体排出，以减少隧道内有害气体浓度，保证隧道内的气体质量，同时便于所述土仓的换气，避免施工人员进入土仓时因吸入过量有毒有害气体中毒。
优选的，对所述盾构机已推进的所述隧道增加换气量的步骤从所述步骤一结束时开始执行，持续至所述土仓排出的气体和渣土中有毒有害气体的含量皆符合安全指数时结束。
在所述步骤二至所述土仓排出的气体和渣土中有毒有害气体的含量皆符合安全指数之间，保持增加所述隧道的换气量，换气时间更充足，隧道内的气体质量越好，有利于施工。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
采用所述盾构土仓换气施工方法，能够将盾构机掘进所处位置地层中有毒有害气体与隧道和盾构机的土仓进行隔离，同时将隧道和盾构土仓内有毒有害气体置换，保持了隧道和土仓内良好的空气质量，满足作业人员能进行带压作业，达到在有毒有害气体区域内进仓作业的目的，同时确保进仓人员安全及周边环境安全。且在常规带压换刀时采用该方法也有较好的作用，地层加固后换刀过程中地层不容易出现坍塌现象，掌子面泥膜制作好了后可以起到掌子面支护和封闭作用，确保掌子面稳定。
附图说明
图1是所述盾构土仓换气施工方法的施工位置示意图；
图2是图1中的A处放大示意图。
图标：1-隧道；2-加固层；3-盾尾密封层；4-盾构管片；5-盾构机；51-刀盘；52-土仓；53-盾体；531-前盾；532-中盾；533-盾尾；6-泥膜。
具体实施方式
下面对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供一种盾构土仓换气施工方法，其施工位置参见图1-2，包括以下步骤：
步骤一：停止盾构机5的掘进，并对所述盾构机5保压；
步骤二：将所述盾构机5与其周边的土体隔离；
步骤三：对所述盾构机5的土仓52持续通风换气，并将所述土仓52内的渣土排出，并对所述土仓52排出的气体和渣土分别进行安全性检测；
步骤四：当所述土仓52排出的气体和渣土中有毒有害气体的含量皆符合安全指数时，完成盾构土仓换气的施工；
其中，还包含对所述盾构机5已推进的隧道1增加换气量。
采用所述盾构土仓换气施工方法，能够将所述盾构机5掘进所处位置地层中有毒有害气体分别与隧道1和所述盾构机5的土仓52隔离，同时将盾构土仓52内有毒有害气体置换，保持了土仓52内良好的空气质量，满足作业人员能进行带压作业，达到在有毒有害气体区域内进仓作业的目的，同时确保进仓人员安全及周边环境安全。
具体的，将盾构机5推进，使其达到土压平衡，然后进行停机和保压；通过增加对风带或更换大功率风机的方式，开始持续加强隧道1内的通风换气，加大所述隧道1内的换气量，并持续至所述土仓52排出的气体和渣土中有毒有害气体的含量皆符合安全指数时结束，以减少隧道1内有害气体浓度，避免施工人员因吸入过量有毒有害气体中毒。
然后进行所述步骤二，将所述盾构机5与其周边的土体隔离；所述步骤二包括以下步骤：
作为本发明的优选实施方式，先进行的盾尾注浆步骤，对所述盾构机5的刀盘51周边的所述土体及所述盾构机5的盾体53周边的所述土体进行加固，形成加固层2；具体的，将所述盾尾533后方已推进的隧道1周边的土体进行止水注浆，保证所述隧道1周边所述土体的稳固性，便于对所述盾构机5周边的所述土体进行加固。本实施例中，向盾尾533后方的盾构管片4与土体之间注入膨润土混合液，本实施例中所有膨润土皆是纳基膨润土，具体的是，先注入较稀的膨润土混合液，再注入较稠的膨润土混合液，使盾尾533后方盾构管片4与土体之间形成一个止水、封堵气体的所述盾尾密封层3，避免盾尾533后部空间与盾体53形成气体通道，所述盾尾密封层3设置在盾尾533后15环范围以内，每环代表一个隧道1管片的长度，为1m，注入膨润土混合液后开孔检查注入质量。
然后进行地层加固步骤，对所述盾构机5的刀盘51周边的所述土体及所述盾构机5的盾体53周边的所述土体进行加固，形成加固层2；所述地层加固步骤包含两次注入膨润土混合液，其中第一次膨润土浆液配合比按水：膨润土＝1000kg：150kg～1000kg：250kg进行配比，CMC增稠剂浆液配合比按水：CMC＝1000kg：5kg～1000kg：7kg进行配比，然后按照体积比为膨润土浆液：CMC浆液＝6:1～6:2配比膨润土混合液；第二次膨润土浆液配合比按水：膨润土＝1000kg：251kg～1000kg：350kg进行混合，CMC增稠剂浆液配合比按水：CMC＝1000kg：6kg～1000kg：8kg进行配比，然后按照体积比为膨润土浆液：CMC浆液＝6:1～6:2配比膨润土混合液。
具体的，对所述盾构机5的刀盘51周边的所述土体及所述盾构机5的盾体53周边的所述土体注入膨润土混合液，形成加固层2；所述盾体53包括前盾531、中盾532和盾尾533，其中第一次膨润土浆液配合比按水：膨润土＝1000kg：200kg进行配比，CMC增稠剂浆液配合比按水：CMC＝1000kg：6kg进行配比，然后按照体积比为膨润土浆液：CMC浆液＝6:1进行配比；第二次膨润土浆液配合比按水：膨润土＝1000kg：250kg进行混合，CMC增稠剂浆液配合比按水：CMC＝1000kg：6kg进行配比，然后按照体积比为膨润土浆液：CMC浆液＝6:1进行混合，混合后膨润土混合液进行发酵12小时，发酵后开始进行泥膜6浇筑施工，注入膨润土混合液过程中，通过压力将膨润土混合液压入地层空隙中，凝固后起到止水效果，达到盾体53周边土体加固目的。
再进行泥膜制作步骤：向开挖面注入发酵好的膨润土混合液，形成泥膜6；具体的，向开挖面注入发酵好的膨润土混合液，所述开挖面包括掌子面和所述盾构机5的两侧侧面，形成泥膜6；具体的，使开挖面形成一层50～100mm厚度泥膜6，达到止水封气作用。利用泥浆泵向盾体53两侧及土仓52内分次注入发酵好的膨润土混合液，膨润土混合液由钠基膨润土浆液和CMC增稠剂加水按试验配合比进行拌制。为达到良好的密封效果，在浇筑泥膜6时，按照由土体到盾构机5外侧，由稀到稠的注入顺序进行注入。注泥量根据盾体53所处位置地层孔隙率进行计算，刀盘51前方泥膜6和盾体53周边泥膜6注入量按照设计理论来进行计算。
当然，所述步骤二的实施先后顺序能够调整，如：先执行所述地层加固步骤，然后执行所述盾尾注浆步骤，再执行所述泥膜制作步骤等，但所述泥膜制作步骤是在所述地层加固步骤的所述加固层2上施行的，即所述地层加固步骤需要在所述泥膜制作步骤前执行。
进一步，在执行所述地层加固步骤前，使刀盘51低速转动，转动速度为0.2-0.8rpm，并注入刀盘51油脂，封堵盾体53与刀盘51之间的密封圈，进而避免在所述地层加固步骤和所述泥膜制作步骤中注入膨润土混合液时对主轴承密封造成损害。且在注入膨润土混合液来形成所述泥膜6时，将土仓52压力控制在0.3Mpa以内，压力达到设计值后停止注入膨润土混合液，压力自然下降后再进行注入膨润土混合液，依次循环，直到压力较为稳定，不再下降时，收回推进油缸使盾体53自然后退50～100mm，在所述盾体53后退的过程中，同时注入膨润土混合液，转动刀盘51，当压力达到设计值时，停止注入膨润土混合液，等待泥膜6凝固后，在刀盘51前方形成一层泥饼，达到泌水封气效果。
在盾构机5与盾构机5周边土体形成了气体隔离后，所述盾构机5已经处于一个与周边土体隔离的空间内，此时，再进行所述步骤三，所述步骤三包括：
向所述土仓52内持续注入膨润土浆液，所述土仓52压力上涨至预设要求后排出渣土，并对已排出的渣土进行有毒有害物质含量检测，当检测达标后，通过所述盾构机5的换气口向所述土仓52内持续加气，将所述土仓52内的气体排出，并对排出的气体进行有毒有害气体含量检测。
具体的，向土仓52内持续注入发酵好膨润土浆液，土仓52压力上涨后从螺旋输送机位置进行出土，出土过程中严格控制土仓52压力，压力不能低于该位置土压平衡压力，通过反复注入泥浆排出仓内渣土，对排出的渣土进行有毒有害气体含量检测，当检测结果符合安全标准后，进行出土空仓，空仓过程中严格控制土仓52压力波动，空仓完成后持续进行仓内换气，通过换气口向土仓52内加气，将土仓52内的有毒有害气体排出到隧道1内，由对隧道1增强换气量的方式排出隧道1，土仓52的换气过程中严格控制土仓52压力，避免压力过低，出现渗漏水，造成泥膜6损坏，且换气过程中通过换气口持续检查土仓52内气体质量，如土仓52压力及气体质量连续6小时内满足要求，所述土仓52的换气施工完成，可以恢复隧道1最初的换气量，工作人员能够进入土仓52内进行换刀，且在土仓52内进行作业时，随时观察掌子面膨润土泥膜6情况，一旦出现泥膜6开裂，立即停止进仓作业，并重复上述盾构土仓52保压、换气施工方法的泥膜6浇筑步骤，重新充填膨润土混合液。
本发明提供的一种盾构土仓换气施工方法，先将所述盾构机5停机保压，使其不再向前掘进，然后加强对已推进的隧道1的通风换气，使所述隧道1内的气体质量保持持续正常，再将所述盾构机5和靠近所述盾构机5的所述隧道1部分分别与周边土体隔离，避免有毒有害气体进入所述隧道1和所述盾构机5的土仓52，隔绝有毒有害气体来源，最后排出所述土仓52内的有毒有害气体，实现盾构机5的土仓52换气施工。采用所述盾构土仓换气施工方法，能够将盾构机5掘进所处位置地层中有毒有害气体分别与隧道1和盾构机5的土仓52隔离，同时将盾构土仓52内有毒有害气体置换，保持了土仓52内良好的空气质量，满足作业人员能进行带压作业，达到在有毒有害气体区域内进仓作业的目的，同时确保进仓人员安全及周边环境安全。
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 (7)
1.一种盾构土仓换气施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：停止盾构机(5)的掘进，并对所述盾构机(5)保压；
步骤二：将所述盾构机(5)与其周边的土体隔离；所述步骤二包括以下步骤：
地层加固步骤：对所述盾构机(5)的刀盘(51)周边土体及所述盾构机(5)的盾体(53)周边土体进行加固，形成加固层(2)；
在所述地层加固步骤中，包含两次注入膨润土混合液，其中第一次膨润土浆液配合比按水：膨润土＝1000kg：150kg～1000kg：250kg进行配比，CMC增稠剂浆液配合比按水：CMC＝1000kg：5kg～1000kg：7kg进行配比，然后按照体积比为膨润土浆液：CMC浆液＝6:1～6:2配比膨润土混合液；第二次膨润土浆液配合比按水：膨润土＝1000kg：251kg～1000kg：350kg进行混合，CMC增稠剂浆液配合比按水：CMC＝1000kg：6kg～1000kg：8kg进行配比，然后按照体积比为膨润土浆液：CMC浆液＝6:1～6:2配比膨润土混合液；
盾尾注浆步骤：向所述盾构机(5)的盾尾(533)后方的盾构管片(4)与隧道(1)周边土体之间注入膨润土混合液，形成盾尾密封层(3)；
泥膜制作步骤：向开挖面注入膨润土混合液，形成泥膜(6)；
其中，在执行所述泥膜制作步骤前，先执行所述地层加固步骤；
步骤三：对所述盾构机(5)的土仓(52)持续通风换气，并将所述土仓(52)内的渣土排出，并对所述土仓(52)排出的气体和渣土分别进行安全性检测；
所述步骤三包括：向所述土仓(52)内持续注入膨润土浆液，所述土仓(52)压力上涨至预设要求后排出渣土，并对已排出的渣土进行安全性检测，当检测达标后，进行出土空仓，空仓完成后通过所述盾构机(5)的换气口向所述土仓(52)内持续加气加到预设要求，使所述土仓(52)内的气体排出，并对排出的气体进行有毒有害气体含量检测；
步骤四：当所述土仓(52)排出的气体和渣土中有毒有害气体的含量皆符合安全指数时，完成盾构土仓换气的施工；
其中，还包含对所述盾构机(5)已推进的隧道(1)增加换气量。
2.根据权利要求1所述的盾构土仓换气施工方法，其特征在于，所述步骤二的执行顺序为：先执行所述盾尾注浆步骤，然后执行所述地层加固步骤，再执行所述泥膜制作步骤。
3.根据权利要求1所述的盾构土仓换气施工方法，其特征在于，所述泥膜(6)的厚度为50-100mm。
4.根据权利要求1所述的盾构土仓换气施工方法，其特征在于，在所述地层加固步骤、所述盾尾注浆步骤和所述泥膜制作步骤中，注入膨润土混合液时，皆先注入较稀的膨润土混合液，再注入较浓的膨润土混合液。
5.根据权利要求1所述的盾构土仓换气施工方法，其特征在于，执行所述地层加固步骤前，先使所述刀盘(51)按照0.2-0.8rpm低速转动，并注入刀盘油脂。
6.根据权利要求1-5任一所述的盾构土仓换气施工方法，其特征在于，增加所述隧道(1)换气量的方式是增加所述隧道(1)内风带或增大所述隧道(1)内的风机功率。
7.根据权利要求1-5任一所述的盾构土仓换气施工方法，其特征在于，对所述盾构机(5)已推进的所述隧道(1)增加换气量的步骤从所述步骤一结束时开始执行，持续至所述土仓(52)排出的气体和渣土中有毒有害气体的含量皆符合安全指数时结束。
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