CN113027472B - 一种淤泥质中粗砂层衡盾泥泥膜护壁施工方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种淤泥质中粗砂层衡盾泥泥膜护壁施工方法，属于地铁隧道护壁施工技术领域，其主要方案包括：通过搅拌设备对衡盾泥进行配置，将配置好的衡盾泥利用注浆系统从盾构机的前盾与中盾之间的预留孔向周圈注入，同时通过螺旋输送机置换输送出渣土；待置换完渣土后，驱动盾构机后退预定的距离，以在刀盘与掌子面之间形成容纳衡盾泥的预定空间；在形成预定空间后，将衡盾泥分多个梯级进行加压注入，以在预定空间内形成泥墙；在形成泥墙后，进行动态保压注入实验，继续维持预定的注入压力一段预定的时间，同时持续注入预定量的衡盾泥；连续进行多个阶梯的降压以达到开仓的压力值，利用螺旋输送机排出多余的渣土。本施工方法在使用时，能增强泥墙的防水效果，保证开仓作业的安全。
Description
技术领域
本申请涉及地铁隧道护壁施工的技术领域，尤其是涉及一种淤泥质中粗砂层衡盾泥泥膜护壁施工方法。
背景技术
在地铁隧道施工过程中，一般都会使用到盾构机，由于地质的复杂性和当今行业技术的局限性，盾构机在使用过程中，也常常会涉及到人工开仓检查、更换刀具以及维修刀盘等工序。
目前，在开仓换刀作业时，一般需要通过土仓隔板预留孔灌注衡盾泥，同时，利用千斤顶驱动盾构机后退预定的距离，使得灌注的衡盾泥粘附到隧道的内壁上以形成“泥墙”，然后再进行后续的换刀操作。
针对上述情况，发明人发现在淤泥质中粗砂层中，地下水位一般较高，水压力较大，传统的衡盾泥形成的泥墙很容易出现松动与裂缝等情况，导致在换刀过程中易出现掌子面涌水、涌砂以及坍塌风险，对此有待进一步改善。
发明内容
本申请的目的在于提供一种淤泥质中粗砂层衡盾泥泥膜护壁施工方法，能够增强泥墙的防水效果，不仅简化了工序，还提高了工作效率，保证开仓作业的安全。
本申请的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种淤泥质中粗砂层衡盾泥泥膜护壁施工方法，包括如下：
步骤一：通过搅拌设备对衡盾泥进行配置，将配置好的衡盾泥利用注浆系统从盾构机的前盾与中盾之间的预留孔向周圈注入，同时通过螺旋输送机置换输送出渣土；
步骤二：待置换完渣土后，驱动盾构机后退预定的距离，以在刀盘与掌子面之间形成容纳衡盾泥的预定空间；
步骤三：在形成预定空间后，将衡盾泥分多个梯级进行加压注入，以在预定空间内形成泥墙；
步骤四：在形成泥墙后，进行动态保压注入实验，继续维持预定的注入压力一段预定的时间，同时持续注入预定量的衡盾泥；
步骤五：连续进行多个阶梯的降压以达到开仓的压力值，利用螺旋输送机排出多余的渣土。
通过采用上述技术方案，利用螺旋输送机输送渣土，同时移动盾构机，使得在刀盘与掌子面之间形成容纳衡盾泥的预定空间，随即注入衡盾泥，从而可以在预定空间内形成泥墙，在形成泥墙之后进行的动态保压实验，可以进一步提高泥墙的稳固性，减少泥墙出现裂缝的情况，增加其防水效果，减少后续在开仓作业时出现涌水或坍塌的情况，保证了后续开仓作业的顺利进行。
本申请进一步设置: 所述步骤二中盾构机的后退过程与衡盾泥注入同步进行，以实现盾构机边后退边注入衡盾泥。
通过采用上述技术方案，在盾构机后退的同时进行衡盾泥的注入，一方面节约时间，可以提供工作效率，另一方面可以保证内部压力的稳定性，保证作业的安全性。
本申请进一步设置: 所述步骤三中，衡盾泥加压注入的压力值从开始的1.8bar压至目标压力值的2.6-2.8bar,总共分四个梯次压入。
通过采用上述技术方案，分多个梯次进行衡盾泥的注入，使得泥墙的形成更加结实，从而可以保证泥墙的整体性与稳固性，进一步增加其防水效果。
本申请进一步设置: 所述步骤四中，当注入压力达到2.8 bar梯级时，进行12小时的动态保压注入实验。
通过采用上述技术方案，进行12小时的动态保压试验，可以在泥墙形成后进一步保证泥墙的稳定性，减少后续泥墙出现裂缝与涌水的情况。
本申请进一步设置: 所述步骤五中排出渣土时，控制盾构机的刀盘停止转动。
通过采用上述技术方案，停止刀盘的转动，可以减少螺旋机出现负压的情况，从而进一步提高了衡盾泥形成泥墙的整体性。
本申请进一步设置: 所述步骤五中，每个下降阶梯进行预定时间的稳压，且压力波动控制在±0.1bar之间。
通过采用上述技术方案，每个阶梯设置预定的时间，可以保证泥墙的整体稳定性，而将压力波动值控制在预定范围内，可以进一步增强泥墙的整体稳定性。
本申请进一步设置: 在步骤五之后，对土仓上部的气体进行取样检测，当检测气体连续三次达到预定值后，泥膜护壁施工完成且工作人员可进行开仓作业。
通过采用上述技术方案，对土仓的气体进行多次检测，可以降低土仓坍塌的风险，保证工作人员进仓作业的安全。
本申请进一步设置: 所述搅拌设备包括：安装在机架上的搅拌仓；活动设置在搅拌仓内且底部开设有排料口的搅拌斗；安装在搅拌斗内的搅拌装置；设于机架上用于吊起搅拌斗的起吊装置；以及安装在搅拌仓内用于搅动搅拌斗落入搅拌仓内衡盾泥的搅动机构。
通过采用上述技术方案，设置的搅拌装置可以对衡盾泥进行初步的搅拌，使得衡盾泥被搅拌的更加均匀，提高其后续粘附的均匀性，而利用起吊装置，可以将搅拌斗吊起，利用搅动机构，可以进一步对衡盾泥进行搅拌，继而可以提高衡盾泥的整体均匀度，有利于后续粘附的更加牢固。
本申请进一步设置: 所述搅动机构包括：水平滑移安装在搅拌仓内相对称的移动板；安装在机架上用于驱动移动板相向或背离运动的驱动件；以及竖直转动穿插在移动板上的若干转杆；垂直固定在转杆外壁上若干组相对称的搅拌片，所述移动板两外侧均开设有供搅拌片穿过移动板的活动槽。
通过采用上述技术方案，设置的驱动件可以驱动移动板移动，移动板在移动的过程中，可以对搅拌仓内的衡盾泥进行初步的搅动，而设置的转杆与搅拌片，则可以随着移动板的移动而进行摆动，可以增大对衡盾泥的搅拌面积，使得衡盾泥被搅拌的更加均匀。
本申请进一步设置: 所述转杆上套设安装有若干主斜齿轮；所述移动板内开设有用于容纳主斜齿轮的容纳腔，所述移动板两侧活动穿插有与转杆相垂直的转轴，所述转轴位于移动板内的端部安装有与主斜齿轮相啮合的副斜齿轮，所述转轴远离副斜齿轮的一端安装有搅拌叶。
通过采用上述技术方案，设置的移动板在移动过程中，会带动转杆进行旋转，转杆在旋转的过程中，会通过副斜齿轮的传动，将动力传输给转轴，从而可以带动转轴上的搅拌叶对衡盾泥进行进一步的搅拌，不仅节省动力，一举两得，还有效的提高了衡盾泥的均匀度。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
通过上述衡盾泥护壁的施工方法，既可以有效的提高工作效率，同时还可以在隧道内壁形成稳固的泥墙，减少出现坍塌或涌水的情况，保证后续工作人员的安全作业；
通过设置的搅拌装置以及搅动机构，两者的相互配合，可以对搅拌仓内的衡盾泥起到很好的搅拌作用，使得衡盾泥被搅拌的更加均匀，从而可以提高后续衡盾泥粘附的稳定性，有利于稳定的泥墙形成。
附图说明
图1是本申请实施例的整体结构示意图；
图2是本申请实施例中搅动机构的结构示意图。
附图标记说明：1、机架；10、搅拌仓；11、排料口；12、搅拌斗；2、移动板；20、连接杆；201、气缸；202、推杆；21、转杆；22、搅拌片；3、容纳腔；31、主斜齿轮；32、副斜齿轮；33、转轴；34、搅拌叶。
具体实施方式
以下结合附图对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种淤泥质中粗砂层衡盾泥泥膜护壁施工方法，包括如下过程：
首先通过搅拌设备对衡盾泥进行配置，本实施例中的衡盾泥主要配置过程是：称重A组份→ 加入预定的水量→充分搅拌均匀（要求无结团微粒）→反应30分钟-24小时→将配比用量的B组份加入A组份浆体中→再均匀搅拌→混合→泵送至土仓。
其中，A组份主要包括衡盾粉和水，且衡盾粉与水的配比为1:1.8，每次搅拌四立方；B组份也主要包括衡盾粉和水，只是B组份中衡盾粉和水的比例为15:1，且每次搅拌两立方，A组份与B组份搅拌好后就混合在一起，形成需要的衡盾泥。
待衡盾泥配置好后，利用注浆泵从盾构机的前盾和中盾之间的预留孔向周围输送进去，此时，衡盾泥注入的压力为0.5-2Mpa, 打开相邻的预留孔泄压，观察预留孔是否有衡盾泥流出，使盾体周圈地层和盾体形成完整的加固体，土仓将形成一个密闭空间，衡盾泥注入前土仓压力为1.8bar，持续累计注入14立方后,此时上部土仓压力到达2.4bar，高于后续工作压力0.2bar（开仓工作压力为2.2bar）。
在本实施例中，在衡盾泥注入时，还需要开启螺旋输送机置换出渣土，置换渣土过程中，可以缓慢转动刀盘，利用同步注浆系统完成衡盾泥注入，排渣采用螺旋机输送，并做好泵送量与出渣量统计，此时土仓压力变化范围1.9bar～2.3bar，累计注入衡盾泥16立方，渣土置换约18立方，剩余约6立方渣土（土仓容量24立方），用于后续浆气置换。。
在衡盾泥注入过程中，注入的压力值从开始的1.8bar至2.6-2.8bar，总共分四个梯次压入，每个梯次的压力为 0.2bar，即1.8~2.2、2.2~2.4、2.4~2.6，2.6~2.8，每个梯级共两个小时的动态注入，过程中盾构机可以低速转动（0.1-0.5r/min,转半圈），以保证衡盾泥注入和渗透的均匀性。
在衡盾泥注入过程中土仓压力达到2.6bar时，累计注入衡盾泥21.8立方，在确保压力稳定的情况下，盾构机边后退边注入衡盾泥，从而可以增加刀盘前方的衡盾泥厚度及均匀度，以形成“泥墙”，盾构机后退完成后累计注入衡盾泥23.8立方，需要说明的是，盾构机后退前土压为2.7bar，后退完成后土压降至2.3bar，整个过程共后退6cm。
在泥墙形成之后，当注入的压力达到2.8 bar梯级时，需要进行十二个小时的动态保压注入实验，动态保压过程中衡盾泥注入1.1立方，直至动态保压结束，累计共注入26.5立方。
分级加压压力变化表如下
待动态保压注入试验完成后，连续进行多个阶梯的降压以达到开仓的压力值，利用螺旋输送机排出多余的渣土，为保证螺旋机能够正常出土，以 0.2bar 为一个压力阶梯压力，每个下降阶梯须稳压两小时，波动控制在±0.1bar的范围，开仓工作压力能够稳压六小时，并满足空压机加载时间小于其待机时间的10%，这样就可以认为衡盾泥泥膜护壁施工完成，否则应重新制作泥膜，需要说明的是，排土时控制盾构机不能转动刀盘，防止螺旋机出土时产生负压，破坏衡盾泥泥膜的整体性。
最后，在完成泥膜护壁的施工后，需要对土仓上部的气体进行取样检测，本实施例中取样次数为三次，当检测气体连续三次达到预定值后，工作人员方可进行开仓作业，通过气体的检测，可以降低土仓坍塌的风险，保证工作人员的安全，开仓作业时，应对开挖仓内持续通风，仓内气体条件符合下表规定：
开挖仓内气体条件要求
如图1和图2所示，在本实施例中，为了配合衡盾泥的配置，使用到的搅拌设备包括机架1，在机架1上转动安装有搅拌仓10，旋转搅拌仓10，可以很方便的使搅拌仓10内的衡盾泥被倾倒出来，在搅拌仓10内活动设置有搅拌斗12，在搅拌斗12的底部均匀开设有多个排料口11，在搅拌斗12内安装有搅拌装置，在机架1上还安装有吊起装置，吊起装置可以将搅拌仓10内的整个搅拌斗12和搅拌装置一起被吊起，方便工作人员倾倒搅拌仓10内的衡盾泥。
在本实施例中，搅拌装置包括搅拌轴、环设在搅拌轴外侧的搅拌桨、以及安装在搅拌斗12外壁上用于驱动搅拌轴旋转的驱动电机，当需要混合搅拌衡盾泥时，可以开启驱动电机带动搅拌桨旋转，再往搅拌斗12内倾倒物料，物料在搅拌桨的搅拌下，被搅拌均匀的衡盾泥会从排料口11落入搅拌仓10内，待搅拌完成后，可以开启吊起装置将整个搅拌斗12吊起。
其中，本实施例中的吊起装置可以采用龙门吊进行起吊，也可以是其他的收卷机构与绳索的组合，收卷机构通过带动绳索收卷或释放，从而实现对搅拌斗12的整体起吊。
此外，为了对搅拌仓10内的衡盾泥进一步搅拌，在搅拌仓10内且位于搅拌斗12的下方位置设置有搅动机构，在本实施例中，搅动机构包括水平滑移安装在搅拌仓10内相对称的移动板2，在搅拌仓10内的两侧内壁开设有延伸方向与移动板2移动方向相一致的滑槽，在滑槽内滑动连接有相对称的滑块，移动板2外侧通过连接杆20与滑块进行固定连接，在机架1上还安装有相对称的气缸201，而在移动板2靠近气缸201的一侧螺纹连接有推杆202，在搅拌仓10的两侧开设有通孔，推杆202的一端活动穿出搅拌仓10的通孔，同时，在通孔的内壁环设有橡胶圈，以防衡盾泥从通孔流出。
本实施例的推杆202与气缸201的活塞杆正对，当需要驱动移动板2移动时，需要工作人员拿着螺纹套将活塞杆的端部与推杆202的端部螺纹连接在一起，当不使用搅拌仓10时，只需要转动螺纹套，解除活塞杆与推杆202的连接即可。
其中，在移动板2内竖直转动穿插有若干转杆21，转杆21的延伸方向与移动板2的移动方向相垂直，在移动板2的两侧外壁均开设有多个活动槽，在转杆21的外壁安装有若干组相对称的搅拌片22，搅拌片22远离转杆21的一侧从活动槽延伸出，且活动槽沿垂直于转杆21延伸方向的开口尺寸大于搅拌片22的厚度，从而可以方便搅拌片22摆动。
当开启气缸201时，可以驱动移动板2移动，由于搅拌片22会与搅拌仓10内的衡盾泥相接触，移动板2在往复移动过程中，搅拌片22会随着节奏来回的摆动，随着搅拌片22的摆动，就可以对衡盾泥进一步搅动，使衡盾泥更加均匀。
另外，为了进一步增加搅拌仓10内的搅拌效果，在转杆21上套设安装有若干个主斜齿轮31，在移动板2内开设有容纳主斜齿轮31的容纳腔3，同时，在移动板2的两侧活动穿插有与转杆21相垂直的转轴33，在转轴33的内端部安装有与主斜齿轮31相啮合的副斜齿轮32，同时，在转轴33远离副斜齿轮32的一端安装有搅拌叶34。
当移动板2在气缸201的驱动下移动时搅拌片22会摆动，搅拌片22在摆动的同时会带动转杆21转动，转杆21在转动的同时，势必会通过主斜齿轮31与副斜齿轮32的啮合来带动转轴33转动，转轴33在转动时会带动搅拌叶34转动，使得搅拌叶34与搅拌片22一起相互配合，对搅拌仓10内的衡盾泥进行更加均匀的搅拌，有效的增加了衡盾泥的使用效果。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种淤泥质中粗砂层衡盾泥泥膜护壁施工方法，其特征在于，包括如下：
步骤一：通过搅拌设备对衡盾泥进行配置，将配置好的衡盾泥利用注浆系统从盾构机的前盾与中盾之间的预留孔向周圈注入，同时通过螺旋输送机置换输送出渣土；
步骤二：待置换完渣土后，驱动盾构机后退预定的距离，以在刀盘与掌子面之间形成容纳衡盾泥的预定空间；
步骤三：在形成预定空间后，将衡盾泥分多个梯级进行加压注入，以在预定空间内形成泥墙；
步骤四：在形成泥墙后，进行动态保压注入实验，继续维持预定的注入压力一段预定的时间，同时持续注入预定量的衡盾泥；
步骤五：连续进行多个阶梯的降压以达到开仓的压力值，利用螺旋输送机排出多余的渣土；
所述搅拌设备包括：安装在机架（1）上的搅拌仓（10）；活动设置在搅拌仓（10）内且底部开设有排料口（11）的搅拌斗（12）；安装在搅拌斗（12）内的搅拌装置；设于机架（1）上用于吊起搅拌斗（12）的起吊装置；以及安装在搅拌仓（10）内用于搅动搅拌斗（12）落入搅拌仓（10）内衡盾泥的搅动机构；
所述搅动机构包括：水平滑移安装在搅拌仓（10）内相对称的移动板（2）；安装在机架（1）上用于驱动移动板（2）相向或背离运动的驱动件；以及竖直转动穿插在移动板（2）上的若干转杆（21）；垂直固定在转杆（21）外壁上若干组相对称的搅拌片（22），所述移动板（2）两外侧均开设有供搅拌片（22）穿过移动板（2）的活动槽；
所述转杆（21）上套设安装有若干主斜齿轮（31）；所述移动板（2）内开设有用于容纳主斜齿轮（31）的容纳腔（3），所述移动板（2）两侧活动穿插有与转杆（21）相垂直的转轴（33），所述转轴（33）位于移动板（2）内的端部安装有与主斜齿轮（31）相啮合的副斜齿轮（32），所述转轴（33）远离副斜齿轮（32）的一端安装有搅拌叶（34）。
2.根据权利要求1所述的一种淤泥质中粗砂层衡盾泥泥膜护壁施工方法，其特征在于，所述步骤二中盾构机的后退过程与衡盾泥注入同步进行，以实现盾构机边后退边注入衡盾泥。
3.根据权利要求1所述的一种淤泥质中粗砂层衡盾泥泥膜护壁施工方法，其特征在于，所述步骤三中，衡盾泥加压注入的压力值从开始的1.8bar压至目标压力值的2.6-2.8bar,总共分四个梯次压入。
4.根据权利要求1所述的一种淤泥质中粗砂层衡盾泥泥膜护壁施工方法，其特征在于，所述步骤四中，当注入压力达到2.8 bar梯级时，进行12小时的动态保压注入实验。
5.根据权利要求1所述的一种淤泥质中粗砂层衡盾泥泥膜护壁施工方法，其特征在于，所述步骤五中排出渣土时，控制盾构机的刀盘停止转动。
6.根据权利要求1所述的一种淤泥质中粗砂层衡盾泥泥膜护壁施工方法，其特征在于，所述步骤五中，每个下降阶梯进行预定时间的稳压，且压力波动控制在±0.1bar之间。
7.根据权利要求1所述的一种淤泥质中粗砂层衡盾泥泥膜护壁施工方法，其特征在于，在步骤五之后，对土仓上部的气体进行取样检测，当检测气体连续三次达到预定值后，泥膜护壁施工完成且工作人员可进行开仓作业。
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