CN113137239B - 盾构刀盘掌子面加固方法及用于该方法的注浆加固装置 - Google Patents

盾构刀盘掌子面加固方法及用于该方法的注浆加固装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种盾构刀盘掌子面加固方法及其用于该方法的注浆加固装置。所述注浆方法是通过将伸缩式注浆装置安装在盾构机土仓九点半以上部位的预留球阀位置，并通过油缸控制注浆头伸缩至土仓内临近刀盘或从刀盘间隙伸出置刀盘掌子面的土层内直接进行注浆；其注浆浆液采用砂，粉煤灰，膨润土，石灰，水泥，水，改性添加剂按照特殊比例配制而成。本发明的注浆装置可以安装在盾构机土仓壁上预留位置，方便、快捷、高效的针对盾构机刀盘掌子面注浆加固，解决了盾构开仓换刀前地层加固施工进度慢，加固效果差的问题，完全有效的截断前方水源，辅助特殊地层盾构开仓换刀工艺，提高安全质量保障及工序切换效率，显著提升了施工综合效益。

Description

盾构刀盘掌子面加固方法及用于该方法的注浆加固装置
技术领域
本发明属于盾构施工加固领域，具体是一种用于在复杂地质条件下采用盾构法施工过程中需要开仓作业时，针对盾构刀盘掌子面进行注浆加固的方法及用于该方法的注浆加固装置。
背景技术
随着盾构施工技术的不断成熟，城市高速发展的需求，盾构施工逐渐向着超深、超大、超长的方向迈入，同时穿越关系、地质构造也越趋复杂，在地铁盾构隧道施工中，尤其是在强度较高地层掘进时，盾构机刀具磨损大，需停机开仓检查及更换刀具频繁。盾构开仓检查及更换刀具的方式，主要有常压开仓和带压开仓两种；常压开仓，一般都是在地层自稳性非常好、地层渗透性小(类似全断面硬岩地层)的环境下进行；而带压开仓，一般是针对地层自稳性较差、地层渗透性较大的复杂地层环境下进行；相比来说，带压开仓作业的安全风险和施工难度要远远大于常压开仓。
盾构带压开仓检查及更换刀具施工中，为确保掌子面稳定、进仓人员安全和地面环境安全，需采取专项的辅助措施来保证掌子面地层和土仓压力稳定。现有技术中，常用的方式是注浆管直接连接在土仓壁的预留注浆口处，向土仓内注入衡盾泥，并对土仓内渣土置换然后直至掌子面形成完成的泥膜，该种施工方式在具体操作过程中，需要先采用加固浆液将土仓内渣土完全置换，然后才能溢出刀盘外进行掌子面的加固，该方式存在注入材料成本较高，并且方量较大、施工进度慢，土仓加固效果差，置换渣土清理难等多重困难，刀盘被泥膜粘住，不利于后续恢复施工等问题，还会连锁出现施工期间工期、安全、经济不可控，对此需要研究一种加固方法能够保证盾构开仓前地层加固的简便性及安全性。
发明内容
本发明根据现有技术的不足，提供一种盾构刀盘掌子面加固方法及用于该方法的注浆加固装置，该加固方法通过可伸缩调整的注浆装置，将注浆头伸入土仓内，采用高压喷浆的方式直接向掌子面注浆加固，可以缩短地层加固时间，提高地层加固效率，降低施工难度及作业量。
为了达到上述目的，本发明提供了一种盾构刀盘掌子面加固方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)配备注浆用新型厚浆，新型厚浆是由以下重量份的材料配制而成：
830～850份砂，360～380份粉煤灰，90～110份膨润土，120～140份石灰， 310～330份水，2～5份改性添加剂；其中，所述改性添加剂包括触变剂、减水剂、膨胀剂中的任意一种或几种；目的是使得砂浆性能能够更好的匹配当前地质特性，保证加固质量；
(2)待盾构机停机到位后，按照盾构开仓施工流程，做好盾尾体位置及盾尾后方的密封处理阻断盾体及盾尾渗水，并静置24h后，通过盾体径向孔和管片注浆孔进行效果检查，确保没有地下水汇入的情况下，利用盾构机的空气压缩系统向土仓内加气，气压值根据土压传感器的参数进行调整，保证在理论土压值的±0.1bar范围内；
(3)在土仓内气压值达到要求后，利用盾构机的螺旋输送机系统将土仓的渣土排放至土仓九点半位置；选择盾构机土仓九点半以上区域的土仓壁预留球阀作为注浆点，注浆点位设有3～5个，注浆顺序由上至下，左右对称；
(4)准备注浆装置，所述注浆装置采用液压伸缩式注浆装置，包括反力支座、注浆管、油缸固定座和两套同步液压伸缩油缸，所述注浆管是由前部的硬质钢管和后部的注浆软管组成，其硬质钢管前端呈锥形，并开设有多个注浆孔形成注浆头；所述油缸固定座为环形支座，固定套设在注浆管临近注浆头的位置，两套液压伸缩油缸平行置于注浆管的硬质钢管两侧，两液压伸缩油缸的油缸套固定在油缸固定座上；
(5)从最上方的注浆点作为第一个注浆点位，开始安装注浆装置进行注浆；注浆装置的安装过程如下：先将反力支座固定在预留球阀外侧法兰盘上，在反力座上开设有与注浆管相匹配的注浆管穿孔，将两套伸缩油缸的活塞杆伸至最大行程，注浆管设有注浆头的一端穿过反力支座的注浆管穿孔正对预留球阀的进口，并将活塞杆的端部与反力支座连接，注浆管的软管与盾构机的同步注浆系统连接，并由盾构机的同步注浆系统进行注浆工作；
(6)在注浆装置安装到位后，开启预留球阀，同时控制两液压伸缩油缸同步收缩，带动注浆管穿过预留球阀伸入土仓内，并水平移动至刀盘临近土仓的一侧或水平移动穿过刀盘的间隙伸入刀前侧的土层内；在液压伸缩油缸收缩到位后，通过盾构机的同步注浆系统及注浆装置将步骤(1)中配制的新型厚浆注入盾构机刀盘掌子面的土层内，其注浆量为刀盘掌子面前方50cm长度范围的地层间隙，掌子面的注入系数取当前地层段同步注浆参数中填充系数+0.2作为参考值，注浆压力控制在4-4.5bar，注入方量3-4m3；
(7)在第一个注浆点位的注浆过程完成之后，控制两套液压伸缩油缸同步伸开，将注浆管收回使其脱离预留球阀，并关闭该注浆点的预留球阀，拆卸注浆装置；
(8)重复步骤(5)至(7)完成每个注浆点位的注浆工作，注浆工作完成之后进行土仓的气密性检测，在气密性检测达到要求时，便可进行开仓换刀工作。
本发明进一步的技术方案：所述步骤(8)中开仓换刀作业完成后，封闭土仓，然后再次按照步骤(3)至(7)的方式注入新型浆液，使得掌子面地层内新型厚浆降解，快速恢复掘进；所述新型浆液是由以下重量份数的物质配制而成：120～135份分散剂，55～65份泡沫剂，25～30份洗衣粉，120～150份水。
本发明进一步的技术方案：所述步骤(2)中的盾体位置及盾尾后方的密封处理过程如下：
a.提前12h拌制膨润土浆液使之膨化，通过盾构自有的注浆系统注入粘度为 85s的膨润土浆液，填充盾尾刷后方1m范围内的建筑空隙，防止砂浆和双液浆侵入盾尾刷位置导致盾尾刷弹性降低，注入1.5～3.5m3后更换粘度为55s的膨润土浆液，继续通过同步注浆系统注入，将管路内部的砂浆完全置换，保证恢复掘进时管路通畅；
b.提前12h拌制粘度为110s的膨润土浆液，通过盾体预留的超前注浆孔及径向注浆孔注入浆液，完成盾体位置间隙填充，整个盾体长度范围内注入8～10m3，防止出现地层变形沉降和长时间停机导致的盾体卡死；
c.在盾构后方第五环至第九环位置的管片按照间隔的方式注入双液浆，截断盾尾后方水源，双液浆注入压力控制在2.5～3.5bar之间，每环注入方量控制在 3m3之内。
本发明较优的技术方案：所述步骤(1)中的新型厚浆的比重为1.92g/cm3，稠度95-120mm，塌落度230mm，初凝时间为12h，抗压强度为7天0.8Mpa，其具体配比表如下：
砂(kg) 粉煤灰(kg) 膨润土(kg) 石灰(kg) 水(kg) 改性添加剂
840 370 100 130 320 2～5
本发明较优的技术方案：所述步骤(4)中的注浆装置还包括数据监测传感系统，数据监测传感系统包括设置在注浆管上的压力传感器和设置在液压伸缩油缸上的激光测距仪；两套液压伸缩油缸与盾构机的辅助系统按照液压原理进行连接，并且配置专门的手动控制装置，便于油缸伸缩控制，其伸缩长度利用激光测距仪进行测量显示；压力传感器信号连接至盾构机注浆系统控制区域，实现压力方量双标准控制。
本发明较优的技术方案：所述步骤(8)中的气密性检测是通过盾构机自有的空气压缩系统进行气密性检测，空气压缩系统供气量符合盾构开仓条件时，即空压机加载时间占加压总时间的比值小于10％，方可进行开仓换刀作业，否则重复上述步骤继续进行加固，直至符合要求位置，确保带压作业环境的安全性。
本发明还提供了一种用于盾构刀盘掌子面加固方法中的注浆加固装置，包括安装在土仓壁上的预留球阀，其特征在于：所述注浆加固装置包括反力支座、注浆管、油缸固定座和两套同步控制的液压伸缩油缸，所述注浆管包括前部的硬质钢管和后部的注浆软管，硬质钢管的直径与预留球阀的内径相匹配，其前端为锥型，并开设有多个注浆孔形成注浆头；所述反力支座固定在预留球阀外侧法兰盘上，在反力支座上开设有与注浆管硬质钢管相匹配的注浆管穿孔，所述油缸固定座为环形支座，固定套设在注浆管的硬质钢管上；两套液压伸缩油缸平行置于硬质钢管两侧，每套液压伸缩油缸的油缸套固定在油缸固定座上，活塞端在油缸伸长至最大行程时固定在反力支座上，且两套伸缩油缸的活塞端与反力座固定时，注浆管的注浆头刚好穿过反力支座上的注浆管穿孔置于预留球阀的进口端；并在开启预留球阀后，两套液压伸缩油缸同步收缩带动注浆管穿过预留球阀伸入土仓内，并水平移动至刀盘临近土仓的一侧或水平移动穿过刀盘的间隙伸入刀前侧的土层内。
本发明较优的技术方案：所述注浆装置的注浆管软管延伸至盾构机的注浆系统，并与盾构机注浆系统连接，在注浆管上安装有压力表，在油缸固定座与反力支座之间的行程监测装置，所述行程监测装置包括设置在油缸固定座上的激光测距仪和对应设置在反力支座上的测距激光片，所述压力表和激光测距仪分别与盾构机注浆系统信号连接，激光测距仪与液压伸缩油缸的液压控制系统信号连接，压力表用于监测注浆管的注浆压力，并将信号反馈给盾构机注浆系统；激光测距仪用于监测伸缩油缸的伸缩行程，并将信号反馈给盾构机注浆系统和液压伸缩油缸的液压控制系统。
本发明较优的技术方案：所述两套液压伸缩油缸的液压控制系统与盾构机的液压控制系统连接，并由盾构机的液压控制系统整体控制；每套液压伸缩油缸的额定压力为10MPa，有效行程为1～1.2m，并与注浆管在土仓内水平移动至刀盘内侧或伸出刀盘的距离相等；在油缸固定座上对称开设有两个油缸固定孔，每套伸缩油缸的套筒前部嵌设在油缸固定孔内，并通过螺栓固定；所述油缸固定座通过固定箍圈固定套设在注浆管的硬质钢管部分。
本发明较优的技术方案：所述反力支座为圆环形支座，其注浆管穿孔开设在反力支座的中心位置，并在注浆管穿孔内壁设有密封橡胶圈和注脂点(103)；在反力支座上对称设有油缸连接板，并在两个油缸连接板上对称设有油缸连接销轴。
本发明的整个液压伸缩装置的动力来源于盾构机系统的辅助系统，其控制方式选择手动控制模式，按照现场需求尺寸进行操作控制。本发明的液压控制系统及液压注浆管主要是为了实现注浆管在土仓内的伸缩控制，直接有效加固地层薄弱点；所述传感信息系统主要是为了实现伸缩长度及压力信号检测，使得注浆更加科学、合理。
本发明提供技术方案如下：
(1)本发明的方法利用液压伸缩式注浆装置直接将注浆管伸入土仓内临近刀盘的位置或伸出刀盘进行注浆，然后再土仓内充满气压，缩小了注浆范围，并使得浆液直接注入至地层并与之凝结，大大减少浆液用量，加快地层加固效果，同时减少人工清理土仓内渣土的时间及任务量；其注浆装置利用盾构机自有的辅助系统提供动力，利用盾构机土仓壁上的法兰结构提供反作用力，通过液压油缸，带动硬性钢管在土仓内进行伸缩，并可通过行程测量装置控制器液压油缸的伸缩行程。
(2)本发明加固浆液选择一种合适配比的厚浆，并根据当前地层加入添加剂，使得浆液能够快速凝固并达到预计的要求，该种材料具有价格便宜，凝固时间短的效果，并且具有良好的降解性；本发明同时配置专门的降解溶液，完成换刀后快速融化，减少刀盘面板上粘附渣土清理工作，同时可以快速恢复施工，缩短工期，节约成本。
(3)盾构后方的堵水，首先在盾构后方管片背后注双液浆，制作三道连续止水环箍，截断后方水源并填充地层裂隙，之后在盾体径向孔位置注入膨润土浆液，防止长期停机造成盾体卡死；该方法配合盾构刀盘掌子面的加固可以在溶洞地层盾构施工过程中开仓施工，可以有效避免溶洞特殊地质结构引起的系列安全问题。
(4)本发明的注浆硬管方便液压伸缩油缸的控制，使其能够在土仓壁的通孔内进行伸缩，将浆液直接送至指定加固区域，并且在注浆硬管的端头位置设置多个出浆孔，其出浆孔可以设计成梅花型，便于浆液扩散，提高加固效率；注浆硬管的另一端连接软管至盾构自有的注浆系统，同时将注浆硬管尾部的压力传感器信号连接至注浆系统控制区域，实现压力方量双标准控制。
(5)本发明中注浆装置的油缸反力支座，充分结合了法兰结构进行特殊要求的制作，在连接注浆管的同时对法兰结构进行加强化处理，防止出现损坏；在双层夹心钢板上焊接连接油缸轴套，能够提供反用力，并且便于不同位置的更换；
(6)本发明在反力支座与注浆管接触面设有润滑密封系统，主要是为了密封注浆硬管与土仓壁预留球阀之间的间隙，保证土仓的密封性，同时设计专门的注脂点，降低接触件之间的摩擦力，延长使用寿命。
本发明采用可伸缩的注浆装置，并配合新型浆液方便、快捷、高效的针对盾构机刀盘掌子面注浆加固，解决了盾构开仓换刀前地层加固施工进度慢，加固效果差的问题；其注浆装置可以安装在盾构机土仓壁上预留位置，分别加固土仓内上半部分位置，完全有效的截断前方水源，辅助特殊地层盾构开仓换刀工艺，提高安全质量保障及工序切换效率，保证了工程施进度，提高了施工的效益。
附图说明
图1是本发明的施工流程图；
图2是本发明中伸缩油缸伸开至最大行程的示意图；
图3是本发明中伸缩油缸收缩状态示意图；
图4是本发明的油缸固定座的平面示意图；
图5是本发明的反力支座平面示意图。
图中：1—反力支座，100—密封橡胶圈，101—油缸连接板，102—油缸连接销轴，103—注脂点，2—注浆管，200—注浆头，3—伸缩油缸，4—油缸固定座，400—油缸固定孔，401—固定箍圈，402—螺栓孔，5—土仓壁，6—预留球阀，600—法兰盘，7—土仓，8—刀盘，9—注浆系统，10—压力表，11—激光测距仪，12—测距激光片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。附图1至图5均为实施例的附图，采用简化的方式绘制，仅用于清晰、简洁地说明本发明实施例的目的。以下对在附图中的展现的技术方案为本发明的实施例的具体方案，并非旨在限制要求保护的本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例中使用的液压伸缩式注浆装置，如图2和图3所示，包括安装在土仓壁5上的预留球阀6，所述预留球阀6焊接在土仓壁5上的预留注浆孔处，其外侧设有法兰盘600，预留球阀6在注浆时可以打开，注浆管2从预留球阀6穿过进入土仓，在不注浆时，便可将预留球阀6关闭；所述注浆装置具体包括反力支座1、注浆管2、油缸固定座4和两套伸缩油缸3；所述注浆管2包括前部的硬质钢管和后部的注浆软管，其硬质钢管的前端为锥型，并开设有多个注浆孔，多个注浆孔呈梅花状分布，所述硬质钢管的直径与预留球阀6的内径相匹配，并可在预留球阀6内水平移动，一般小于土仓壁预留管径3mm，两端各保持 1.5mm间隙，便于注浆管伸缩控制，同时在法兰位置设计一种简易润滑密封系统，为了减少摩擦力，降低设备选型要求。如图5所示，所述反力支座1为圆环形支座，在其中心位置开设有注浆管穿孔，并在注浆管穿孔内壁设有密封橡胶圈100和注脂点103；在反力支座1上对称设有油缸连接板101，油缸连接板 101通过螺栓固定在反力支座1上，在两个油缸连接板101上对称设有油缸连接销轴102，用于连接伸缩油缸3，反力支座1固定在预留球阀6外侧法兰盘600 上。如图4所示，所述油缸固定座4为环形支座，通过固定箍圈401固定套设在注浆管2的注浆钢管部分，所述注浆管2的注浆头200穿过反力支座1上的注浆管穿孔伸入预留球阀6内，所述伸缩油缸3水平置于油缸固定座4与反力支座1之间，并伸开至最大行程，在伸缩油缸3收缩状态下带动注浆管2在土仓7内水平向刀盘8的方向移动；所述伸缩油缸3的最大收缩行程与注浆管2 在土仓7内水平移动至刀盘8内侧或伸出刀盘前端的距离相等，可以确保伸缩油缸3完全收缩时，其注浆头200可以临近刀盘8或者伸出刀盘8进行注浆。
实施例提供的一种用于盾构开仓前土层加固的液压伸缩式注浆装置，如图1 和图2所示，两套伸缩油缸3对称设置在注浆管2两侧，采用液压控制系统同步控制；每套伸缩油缸3的有效行程为1～1.2m，额定压力为10MPa；如图3 所示，在油缸固定座4上对称开设有两个油缸固定孔400，每套伸缩油缸3的套筒前部嵌设在油缸固定孔400内，并通过螺栓固定，伸缩油缸3的活塞端与反力支座1上的油缸连接销轴102连接。
实施例中的液压伸缩式注浆装置还包括与注浆管2的进液端口连接的注浆系统9、安装在注浆管2上的压力表10和安装在油缸固定座4与反力支座1之间的行程监测装置，所述行程监测装置包括设置在油缸固定座4上的激光测距仪11和对应设置在反力支座1上的测距激光片12，所述注浆系统9为盾构机自带注浆系统，所述压力表10和激光测距仪11分别与注浆系统9信号连接，激光测距仪11的信号输出端还与伸缩油缸3的液压控制系统信号连接，压力表10 用于监测注浆管2的注浆压力，并将信号反馈给注浆系统9和伸缩油缸3的液压控制系统，当压力过大或过小的时候可以通过注浆系统9调节注浆压力，确保注浆压力达到设计值；激光测距仪11用于测量伸缩油缸3的伸缩行程，并将信号反馈给注浆系统9，激光测距仪11可以针对伸缩油缸3的伸缩行程进行测量，确保在油缸3完全伸缩，其注浆头200移动到适当位置时，便停止伸缩，同时进行注浆。
下面结合实施例对本发明进一步说明，实施例针对某个项目，该施工项目在盾构施工过程中需要进行停机带压开仓更换刀盘，带压开仓的关键点就在于盾构机刀盘掌子面的加固以及盾尾后方水源截断过程，为了保证带压开仓的安全性，该项目的施工人员采用本发明中的加固方法进行盾构机刀盘掌子面的加固，其具体步骤如下：
砂(kg) 粉煤灰(kg) 膨润土(kg) 石灰(kg) 水(kg) 改性添加剂
840 370 100 130 320 2～5
其中，所述改性添加剂包括触变剂、减水剂、膨胀剂中的任意一种或几种；所述新型厚浆的比重为1.92g/cm3，稠度106mm，初凝时间为12h，抗压强度为 7天0.8Mpa；
做好盾体位置及盾尾后方的密封处理阻断盾尾后方渗水，具体步骤如下：
a.提前12h拌制膨润土浆液使之膨化，通过盾构自有的注浆系统注入粘度为 85s的膨润土浆液，填充盾尾刷后方1m范围内的建筑空隙，防止砂浆和双液浆侵入盾尾刷位置导致盾尾刷弹性降低，注入1.5～3.5m3后更换粘度为55s的膨润土浆液，继续通过同步注浆系统注入，将管路内部的砂浆完全置换，保证恢复掘进时管路通畅；
b.提前12h拌制粘度为110s的膨润土浆液，通过盾体预留的超前注浆孔及径向注浆孔注入完成盾体位置间隙填充，整个盾体长度范围内注入8～10m3，防止出现地层变形沉降和长时间停机导致的盾体卡死；
c.在盾构后方第五环至第九环位置的管片按照间隔的方式注入双液浆，截断盾尾后方水源，双液浆注入压力控制在2.5～3.5bar之间，每环注入方量控制在 3m3之内；
在盾构截水处理完成后静置24h，通过盾体径向孔和管片注浆孔进行效果检查，确保没有地下水汇入的情况下，利用盾构机的空气压缩系统向土仓内加气，气压值根据土压传感器的参数进行调整，保证在理论土压值的±0.1bar范围内；
(3)在土仓内气压值达到要求后，利用盾构机的螺旋输送机系统进行缓慢排渣，同时选择盾构机土仓九点半以上区域的土仓壁预留球阀作为注浆点，注浆点位设有3～5个，注浆顺序由上至下，左右对称；
(4)准备注浆装置，所述注浆装置采用上述液压伸缩式注浆装置；从最下方的注浆点作为第一个注浆点位，开始安装注浆装置进行注浆；注浆装置的安装过程如下：先将反力支座固定在预留球阀外侧法兰盘上，在反力座上开设有与注浆管相匹配的注浆管穿孔，将两套伸缩油缸的活塞杆伸至最大行程，注浆管设有注浆头的一端穿过反力支座的注浆管穿孔正对预留球阀的进口，并将活塞杆的端部与反力支座连接，注浆管的软管与盾构机的同步注浆系统连接，并由盾构机的同步注浆系统进行注浆工作；两套液压伸缩油缸与盾构机的辅助系统按照液压原理进行连接，并且配置专门的手动控制装置，便于油缸伸缩控制，其伸缩长度利用激光测距仪进行测量显示；压力传感器信号连接至盾构机注浆系统控制区域，实现压力方量双标准控制；
(5)在注浆装置安装到位后，开启预留球阀，同时控制两液压伸缩油缸同步收缩，带动注浆管穿过预留球阀伸入土仓内，并水平移动至刀盘临近土仓的一侧或水平移动穿过刀盘的间隙伸入刀前侧的土层内；在液压伸缩油缸收缩到位后，通过盾构机的同步注浆系统及注浆装置将步骤(1)中配制的新型厚浆注入盾构机刀盘掌子面的土层内，其注浆量为刀盘掌子面前方50cm长度范围的地层间隙，掌子面的注入系数取当前地层段同步注浆参数中填充系数+0.2作为参考值，注浆压力控制在4-4.5bar，注入方量3-4m3；
(6)在第一个注浆点位的注浆过程完成之后，控制两套液压伸缩油缸同步伸开，将注浆管收回使其脱离预留球阀，并关闭该注浆点的预留球阀，拆卸注浆装置；
(7)重复步骤(5)至(6)完成每个注浆点位的注浆工作，注浆工作完成之后进行土仓的气密性检测，在气密性检测达到要求时，便可进行开仓换刀工作；所述气密性检测是通过盾构机自有的空气压缩系统进行气密性检测，在空气压缩系统供气量符合盾构开仓条件时，即空压机加载时间占加压总时间的比值小于10％时，方可进行开仓换刀作业，否则重复上述步骤继续进行加固，直至符合要求位置，确保带压作业环境的安全性；
(8)开仓换刀作业完成后，封闭土仓，然后再次按照步骤(3)至(6)的方式注入新型浆液，使得掌子面地层内新型厚浆降解，快速恢复掘进；新型浆液采用分散剂和洗衣服配制而成，充分发挥分散剂及洗衣粉的对混凝土的腐蚀性，可以在第一时间内发生化学反应，将粘附在刀盘开口位置的浆液进行软化，随着盾构的掘进带出，减少人工作业量，并且可以快速清洗干净；所述新型浆液的具体配方如下：
分散剂(kg) 泡沫剂(kg) 洗衣粉(kg) 水(kg)
125 60 25 100
以上所述，只是本发明的一个实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种盾构刀盘掌子面加固方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）配备注浆用新型厚浆，新型厚浆是由以下重量份的材料配制而成：
830～850份砂，360～380份粉煤灰，90～110份膨润土，120～140份石灰，310～330份水，2～5份改性添加剂；其中，所述改性添加剂包括触变剂、减水剂、膨胀剂中的任意一种或几种；
（2）待盾构机停机到位后，按照盾构开仓施工流程，做好盾尾体位置及盾尾后方的密封处理阻断盾体及盾尾渗水，并静置24h后，通过盾体径向孔和管片注浆孔进行效果检查，确保没有地下水汇入的情况下，利用盾构机的空气压缩系统向土仓内加气，气压值根据土压传感器的参数进行调整，保证在理论土压值的±0.1bar范围内；
（3）在土仓内气压值达到要求后，利用盾构机的螺旋输送机系统将土仓的渣土排放至土仓九点半位置；选择盾构机土仓九点半以上区域的土仓壁预留球阀作为注浆点，注浆点位设有3～5个，注浆顺序由上至下，左右对称；
（4）准备注浆装置，所述注浆装置采用液压伸缩式注浆装置，包括反力支座、注浆管、油缸固定座和两套同步液压伸缩油缸，所述注浆管是由前部的硬质钢管和后部的注浆软管组成，其硬质钢管前端呈锥形，并开设有多个注浆孔形成注浆头；所述油缸固定座为环形支座，固定套设在注浆管临近注浆头的位置，两套液压伸缩油缸平行置于注浆管的硬质钢管两侧，两液压伸缩油缸的油缸套固定在油缸固定座上；
（5）从最上方的注浆点作为第一个注浆点位，开始安装注浆装置进行注浆；注浆装置的安装过程如下：先将反力支座固定在预留球阀外侧法兰盘上，在反力座上开设有与注浆管相匹配的注浆管穿孔，将两套伸缩油缸的活塞杆伸至最大行程，注浆管设有注浆头的一端穿过反力支座的注浆管穿孔正对预留球阀的进口，并将活塞杆的端部与反力支座连接，注浆管的软管与盾构机的同步注浆系统连接，并由盾构机的同步注浆系统进行注浆工作；
（6）在注浆装置安装到位后，开启预留球阀，同时控制两液压伸缩油缸同步收缩，带动注浆管穿过预留球阀伸入土仓内，并水平移动至刀盘临近土仓的一侧或水平移动穿过刀盘的间隙伸入刀前侧的土层内；在液压伸缩油缸收缩到位后，通过盾构机的同步注浆系统及注浆装置将步骤（1）中配制的新型厚浆注入盾构机刀盘掌子面的土层内，其注浆量为刀盘掌子面前方50cm长度范围的地层间隙，掌子面的注入系数取当前地层段同步注浆参数中填充系数+0.2作为参考值，注浆压力控制在4-4.5bar，注入方量15-20m3；
（7）在第一个注浆点位的注浆过程完成之后，控制两套液压伸缩油缸同步伸开，将注浆管收回使其脱离预留球阀，并关闭该注浆点的预留球阀，拆卸注浆装置；
（8）重复步骤（5）至（7）完成每个注浆点位的注浆工作，注浆工作完成之后进行土仓的气密性检测，在气密性检测达到要求时，便可进行开仓换刀工作。
2.根据权利要求1所述的一种盾构刀盘掌子面加固方法，其特征在于：所述步骤（8）中开仓换刀作业完成后，封闭土仓，然后再次按照步骤（3）至（7）的方式注入新型浆液，使得掌子面地层内新型厚浆降解，快速恢复掘进；所述新型浆液是由以下重量份数的物质配制而成：120~135份分散剂，55~65份泡沫剂，25~30份洗衣粉，120~150份水。
3.根据权利要求1所述的种盾构刀盘掌子面加固方法，其特征在于：所述步骤（2）中的盾体位置及盾尾后方的密封处理过程如下：
a.提前12h拌制膨润土浆液使之膨化，通过盾构自有的注浆系统注入粘度为85s的膨润土浆液，填充盾尾刷后方1m范围内的建筑空隙，防止砂浆和双液浆侵入盾尾刷位置导致盾尾刷弹性降低，注入1.5~3.5m3后更换粘度为55s的膨润土浆液，继续通过同步注浆系统注入，将管路内部的砂浆完全置换，保证恢复掘进时管路通畅；
b.提前12h拌制粘度为110s的膨润土浆液，通过盾体预留的超前注浆孔及径向注浆孔注入浆液，完成盾体位置间隙填充，整个盾体长度范围内注入8~10m3，防止出现地层变形沉降和长时间停机导致的盾体卡死；
c.在盾构后方第五环至第九环位置的管片按照间隔的方式注入双液浆，截断盾尾后方水源，双液浆注入压力控制在2.5~3.5bar之间，每环注入方量控制在3m3之内。
4.根据权利要求1或2所述的一种盾构刀盘掌子面加固方法，其特征在于：所述步骤（1）中的新型厚浆的比重为1.92g/cm3，稠度95-120mm，塌落度230mm，初凝时间为12h，抗压强度为7天0.8Mpa，其具体配比表如下：
砂（kg） 粉煤灰（kg） 膨润土（kg） 石灰（kg） 水（kg） 改性添加剂 840 370 100 130 320 2~5
。
5.根据权利要求1或2所述的一种盾构刀盘掌子面加固方法，其特征在于：所述步骤（4）中的注浆装置还包括数据监测传感系统，数据监测传感系统包括设置在注浆管上的压力传感器和设置在液压伸缩油缸上的激光测距仪；两套液压伸缩油缸与盾构机的辅助系统按照液压原理进行连接，并且配置专门的手动控制装置，便于油缸伸缩控制，其伸缩长度利用激光测距仪进行测量显示；压力传感器信号连接至盾构机注浆系统控制区域，实现压力方量双标准控制。
6.根据权利要求1或2所述的一种盾构刀盘掌子面加固方法，其特征在于：所述步骤（8）中的气密性检测是通过盾构机自有的空气压缩系统进行气密性检测，在空气压缩系统供气量符合盾构开仓条件时，即空压机加载时间占加压总时间的比值小于10%时，方可进行开仓换刀作业，否则重复上述步骤继续进行加固，直至符合要求位置，确保带压作业环境的安全性。
7.一种用于权利要求1所述的盾构刀盘掌子面加固方法中的注浆加固装置，包括安装在土仓壁（5）上的预留球阀（6），其特征在于：所述注浆加固装置包括反力支座（1）、注浆管（2）、油缸固定座（4）和两套同步控制的液压伸缩油缸（3），所述注浆管（2）包括前部的硬质钢管和后部的注浆软管，硬质钢管的直径与预留球阀（6）的内径相匹配，其前端为锥型，并开设有多个注浆孔形成注浆头（200）；所述反力支座（1）固定在预留球阀（6）外侧法兰盘（600）上，在反力支座（1）上开设有与注浆管硬质钢管相匹配的注浆管穿孔，所述油缸固定座（4）为环形支座，固定套设在注浆管（2）的硬质钢管上；两套液压伸缩油缸（3）平行置于硬质钢管两侧，每套液压伸缩油缸（3）的油缸套固定在油缸固定座（4）上，活塞端在油缸伸长至最大行程时固定在反力支座（1）上，且两套伸缩油缸（3）的活塞端与反力座（1）固定时，注浆管（2）的注浆头（200）刚好穿过反力支座（1）上的注浆管穿孔置于预留球阀（6）的进口端；并在开启预留球阀（6）后，两套液压伸缩油缸（3）同步收缩带动注浆管（2）穿过预留球阀（6）伸入土仓（7）内，并水平移动至刀盘（8）临近土仓的一侧或水平移动穿过刀盘（8）的间隙伸入刀前侧的土层内。
8.根据权利要求7所述的一种用于盾构刀盘掌子面加固方法中的注浆加固装置，其特征在于：所述注浆装置的注浆管（2）软管延伸至盾构机的注浆系统，并与盾构机注浆系统（9）连接，在注浆管（2）上安装有压力表（10），在油缸固定座（4）与反力支座（1）之间的行程监测装置，所述行程监测装置包括设置在油缸固定座（4）上的激光测距仪（11）和对应设置在反力支座（1）上的测距激光片（12），所述压力表（10）和激光测距仪（11）分别与盾构机注浆系统（9）信号连接，激光测距仪（11）与液压伸缩油缸（3）的液压控制系统信号连接，压力表（10）用于监测注浆管（2）的注浆压力，并将信号反馈给盾构机注浆系统（9）；激光测距仪（11）用于监测伸缩油缸（3）的伸缩行程，并将信号反馈给盾构机注浆系统（9）和液压伸缩油缸（3）的液压控制系统。
9.根据权利要求7或8所述的一种用于盾构刀盘掌子面加固方法中的注浆加固装置，其特征在于：所述两套液压伸缩油缸（3）的液压控制系统与盾构机的液压控制系统连接，并由盾构机的液压控制系统整体控制；每套液压伸缩油缸的额定压力为10MPa，有效行程为1～1.2m，并与注浆管（2）在土仓（7）内水平移动至刀盘（8）内侧或伸出刀盘（8）的距离相等；在油缸固定座（4）上对称开设有两个油缸固定孔（400），每套伸缩油缸（3）的套筒前部嵌设在油缸固定孔（400）内，并通过螺栓固定；所述油缸固定座（4）通过固定箍圈（401）固定套设在注浆管的硬质钢管部分。
10.根据权利要求7所述的一种用于盾构刀盘掌子面加固方法中的注浆加固装置，其特征在于：所述反力支座（1）为圆环形支座，其注浆管穿孔开设在反力支座（1）的中心位置，并在注浆管穿孔内壁设有密封橡胶圈（100）和注脂点（103）；在反力支座（1）上对称设有油缸连接板（101），并在两个油缸连接板（101）上对称设有油缸连接销轴（102）。
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