CN113323679B - 一种富水地层盾构开仓作业方法 - Google Patents
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Abstract
一种富水地层盾构开仓作业方法，包括在地面布置加密监测点，对土仓注入膨润土，对盾构机的盾体径向孔注入膨润土；注入双液浆并形成止水环；将土仓内的渣土完全置换为膨润土；对置换出的渣土量进行统计，判断渣土是否置换完全；采取分级加压缓慢渗透，使膨润土尽量扩散到地层中，并将刀盘周边地下水挤出远离刀盘区域；采用膨润土辅助开仓，较好解决盾构施工中进度、成本与开仓换刀三目标有效统一结合难题。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种富水地层盾构开仓作业方法。
背景技术
岩溶地区基岩分布高高低低、软硬不均。基岩的完整性、岩面的平整度和溶洞的填充状态、富水性及联通性，极易造成盾构掘进困难。岩面不规则在盾构施工中，常常遇到开仓检修刀具，开仓换刀是必须采取一道工序。目前盾构开仓方式有：地面加固、建泥膜带压开仓及填仓换刀等，均存在持续时间过长，加固效果不理想的状况。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的在于提供一种富水地层盾构开仓作业方法，旨在解决现有技术存在的问题。
本发明为达到其目的，所采用的技术方案如下：
一种富水地层盾构开仓作业方法，包括以下步骤：
S1、在地面布置加密监测点；
S2、在岩溶地区富水砂层中，对土仓注入膨润土；
S3、对盾构机的盾体径向孔注入膨润土；
S4、在岩溶富水砂层中且处于盾尾壁后若干环管片和土层的间隙之间注入双液浆并形成止水环；
S5、将土仓内的渣土完全置换为膨润土；
S6、对置换出的渣土量进行统计，判断渣土是否置换完全；
S7、需采取分级加压缓慢渗透，使膨润土尽量扩散到地层中，并将刀盘周边地下水挤出远离刀盘区域；
S8、在分级加压过程中，通过盾构机前后盾铰接伸缩，在膨润土的压力作用下使前盾回退，将膨润土填充至刀盘与掌子面之间空隙，形成膨润土的泥墙，用于隔水隔气；
S9、在气压作用下置换出原土仓内膨润土，将土仓内膨润土排至作业需要的空间面，提供作业空间，同时确保土仓内气体空间压力的稳定，达到保气作业要求；
S10、在上述各项工艺完成后，并到达规范及施工作业后，进行下一步进仓作业，对刀盘进行清理，检查刀盘刀具，为后续盾构正常掘进需要，需对磨损达到跟换要求的刀具进行拆除更换，在仓内保压稳定前提下，分仓连续作业至全部仓内故障处理完毕。
优选的，在步骤S1中，所述加密监测点设置于相较于刀盘位置的前后十米、左右十米以及每隔五米间距的断面处，且在每个断面处设有五个加密监测点。
优选的，在步骤S2中，对土仓注入膨润土时，以0.5r/min的速度转动刀盘，防止土仓砂层固结，刀盘卡死，同时关注土仓压力使其不低于理论静止土压力值，保证掌子面稳定，停机前需将铰接伸出8-12cm。
优选的，在步骤S4中，在盾尾壁后4至8环出，每环至少4个点位注入双液浆形成止水环，注浆压力不少于3bar，注入完成后在相应管片上开孔检查是否漏水漏浆，保证止水环止水密封效果。
优选的，在步骤S5中，置换渣土前注入膨润土进行保压，计算静止土压力，达到设定值后进行缓慢置换，计算出理论排渣量，置换时以土仓压力与注入量和排除量相匹配、注入量和排除量相等的原则进行双向控制，直至螺旋机出土口排出渣土中的膨润土含量为95%以上；
土仓的置换位置设在土仓壁上高点位的注入孔。
优选的，在步骤S6中，从出渣样分析以及从注入和排出渣土的方量判断渣土是否置换完全，渣土置换前土斗清理干净，详细精确计算出渣土排除量，并做好出土量记录，同时与注入量进行对比，注入量应大于排土量。
优选的，在步骤S7中，在渣土置换完成后静止土压力基础上，每个梯级的压力为0.2bar，两个小时的动态保压注入，过程中以0.1-0.5r/min的转速并半圈转动的方式转动，直至该级区土压动态稳定持续三至四小时，共分五级加压，在第五级加压过程中在土仓壁注入孔多点位注入膨润土。
优选的，在步骤S8中，具体的，当逐级加压至最后两级时，实施盾构机后退，盾构后退分步进行，每步缓慢将油缸回收1cm，再向土仓注入膨润土铰接保持回收状态，直到土压稳定在后退前压力值2.0bar，以此类推直至铰接回收5至8cm。
优选的，在步骤S9中，具体的，首先，在自然降压两级后开启自动保压系统加气排土阶段，以0.2bar为一个压力阶梯压力，每个下降阶梯须稳压2小时，达到开仓压力，即±0.1bar时，需稳压6小时；
其次，排浆时控制不转动刀盘，在土仓壁的3点、9点位置及以下位阀门排出土仓内膨润土，缓慢转动螺旋机，并防止螺旋机出土时产生负压破坏膨润土泥膜的整体稳定性，置换渣土量为5方，在土仓壁的12点位置开孔检查置换位置，保气观察2小时，稳定无变化后再继续排渣至土仓壁的3点、9点位置，开启上部球阀检查仓内渣土高度，在自动保压稳定2小时候后进行仓内气体检测，满足要求后，组织人员进仓作业。
优选的，在步骤S10中，进仓作业的具体操作如下：
s1、浆气置换以后，在开启自动保压系统情况下，至开仓工作压力能够稳压6个小时，并满足空压机加载时间小于其待机时间的10%，则认为膨润土或其他土体改良材料泥膜护壁完成，否则应重新制作泥膜；
s2、现场必须对膨润土置换、分级加压、地表监测数据、浆气置换过程中具体泄压时间、膨润土补注量的详细记录情况，综合分析，并确定是否具备开仓条件；
s3、确保供气、供水、供电系统正常，备柴油发电机、空压机；
s4、检查保压系统和空压机运行情况，同时详细记录空压机加载及泄气时间、供气压力，确保持续供气能力。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出的富水地层盾构开仓作业方法，采用膨润土辅助开仓，较好解决盾构施工中进度、成本与开仓换刀三目标有效统一结合难题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中开仓结构图；
图2为本发明中对土仓注入膨润土的示意图；
图3为本发明中对盾构机的盾体径向孔注入膨润土的示意图；
图4为本发明中注入双液浆并形成止水环的示意图；
图5为本发明中将土仓内的渣土完全置换为膨润土的示意图；
图6为本发明中开仓作业的示意图。
附图标记说明：
1-土仓，2-盾体径向注膨润土，3-盾尾双液浆止水环，4-盾构机铰接，5-盾构机刀盘，6-人仓，7-已拼接管片。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域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，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
参照图1至图6，本发明实施例提供一种富水地层盾构开仓作业方法，包括以下步骤：
S1、在地面布置加密监测点：为有效掌控膨润土或其他土体改良材料开仓前，膨润土或其他土体改良材料注入及地面沉降及隆起情况，布置盾构影响区域地面监测系统是非常必要的，随时掌控地面状况及洞内土仓压力的合理性，为后续膨润土或其他土体改良材料置换渣土、膨润土或其他土体改良材料分级加压、浆气置换和开仓换刀提供监控信息；
S2、在岩溶地区富水砂层中，对土仓注入膨润土：目的是防止渣土及仓外富水砂层板结卡住刀盘，达到盾泥注入与富水砂层有一定的过渡段，为下一步盾泥注入奠定基础；
S3、对盾构机的盾体径向孔注入膨润土：上述做的目的是由于在富水砂层中地层自稳性较差，盾构机长时间停机极易引起盾构机被砂层包裹，为避免带压进仓作业期间盾构机被困。
S4、在岩溶富水砂层中且处于盾尾壁后若干环管片和土层的间隙之间注入双液浆并形成止水环：上述做的目的是在岩溶富水砂层中，为阻止盾构机后方来水，减少盾构带压开仓过程中土仓回水量，同时起到气压作用下的保气效果；
S5、将土仓内的渣土完全置换为膨润土：为确保膨润土或其他土体改良材料对土仓的密封效果，必须将土仓内原来渣土利用膨润土置换干净，且在岩溶地区富水砂层中进行渣浆置换难度较大，第一要保证置换完全性，第二要控制掌子面及刀盘上方土层稳定，同时防止注入压力过大或者过小影响地层稳定，直接影响后续保气效果；
S6、对置换出的渣土量进行统计，判断渣土是否置换完全：判断渣土是否置换完全，第一方面从出渣样分析，另一方面从注入和排出渣土的方量上分析，避免土仓内因形成浆路通道与螺旋机直接向量影响判断；
S7、需采取分级加压缓慢渗透，使膨润土尽量扩散到地层中，并将刀盘周边地下水挤出远离刀盘区域：为了使膨润土尽量扩散到地层中，结合膨润土特性，需采取分级加压缓慢渗透，为尽量减小加压过程中对地层扰动，采取分级形式实现应力缓慢释放，达到密封止水效果。同时起到将刀盘周边地下水，通过膨润土的压力作用下挤出远离刀盘区域，膨润土是否有效的隔断地下水及气体通道是富水砂层中实现保压的关键；
S8、在分级加压过程中，通过盾构机前后盾铰接伸缩，在膨润土的压力作用下使前盾回退，将膨润土填充至刀盘与掌子面之间空隙，形成膨润土的泥墙，用于隔水隔气，具体的，由于全断面富水砂层自稳性差、孔隙率大，为保证良好的密封效果和带压作业时掌子面稳定，需在刀盘与掌子面之间制造一道隔水隔气泥墙，在土仓满填膨润土的条件下，在分级加压过程中，通过盾构机前后盾铰接伸缩，在膨润土压力作用下使前盾回退，将膨润土填充至刀盘与掌子面之间空隙，形成膨润土材料的泥墙；
S9、在气压作用下置换出原土仓内膨润土，将土仓内膨润土排至作业需要的空间面，提供作业空间，同时确保土仓内气体空间压力的稳定，达到保气作业要求；
S10、在上述各项工艺完成后，并到达规范及施工作业后，进行下一步进仓作业，对刀盘进行清理，检查刀盘刀具，为后续盾构正常掘进需要，需对磨损达到跟换要求的刀具进行拆除更换，在仓内保压稳定前提下，分仓连续作业至全部仓内故障处理完毕。
优选的，在步骤S1中，所述加密监测点设置于相较于刀盘位置的前后十米、左右十米以及每隔五米间距的断面处，且在每个断面处设有五个加密监测点。
优选的，在步骤S2中，对土仓注入膨润土时，以0.5r/min的速度转动刀盘，防止土仓砂层固结，刀盘卡死，同时关注土仓压力使其不低于理论静止土压力值，保证掌子面稳定，停机前需将铰接伸出8-12cm。
优选的，在步骤S4中，在盾尾壁后4至8环出，每环至少4个点位注入双液浆形成止水环，注浆压力不少于3bar，注入完成后在相应管片上开孔检查是否漏水漏浆，保证止水环止水密封效果。
优选的，在步骤S5中，置换渣土前注入膨润土进行保压，计算静止土压力，达到设定值后进行缓慢置换，计算出理论排渣量，置换时以土仓压力与注入量和排除量相匹配、注入量和排除量相等的原则进行双向控制，直至螺旋机出土口排出渣土中的膨润土含量为95%以上；
土仓的置换位置设在土仓壁上高点位的注入孔。
优选的，在步骤S6中，从出渣样分析以及从注入和排出渣土的方量判断渣土是否置换完全，渣土置换前土斗清理干净，详细精确计算出渣土排除量，并做好出土量记录，同时与注入量进行对比，注入量应大于排土量。
优选的，在步骤S7中，在渣土置换完成后静止土压力基础上，每个梯级的压力为0.2bar，两个小时的动态保压注入，过程中以0.1-0.5r/min的转速并半圈转动的方式转动，直至该级区土压动态稳定持续三至四小时，共分五级加压，在第五级加压过程中可在土仓壁注入孔多点位注入膨润土。
优选的，在步骤S8中，具体的，当逐级加压至最后两级时，实施盾构机后退，盾构后退分步进行，每步缓慢将油缸回收1cm，再向土仓注入膨润土铰接保持回收状态，直到土压稳定在后退前压力值2.0bar，以此类推直至铰接回收5至8cm。
优选的，在步骤S9中，具体的，首先，在自然降压两级后开启自动保压系统加气排土阶段，以0.2bar为一个压力阶梯压力，每个下降阶梯须稳压2小时，达到开仓压力，即±0.1bar时，需稳压6小时；
其次，排浆时控制不转动刀盘，在土仓壁的3点、9点位置及以下位阀门排出土仓内膨润土，缓慢转动螺旋机，并防止螺旋机出土时产生负压破坏膨润土泥膜的整体稳定性，置换渣土量为5方，在土仓壁的12点位置开孔检查置换位置，保气观察2小时，稳定无变化后再继续排渣至土仓壁的3点、9点位置，开启上部球阀检查仓内渣土高度，在自动保压稳定2小时候后进行仓内气体检测，满足要求后，组织人员进仓作业。
优选的，在步骤S10中，进仓作业的具体操作如下：
s1、浆气置换以后，在开启自动保压系统情况下，至开仓工作压力能够稳压6个小时，并满足空压机加载时间小于其待机时间的10%，则认为膨润土或其他土体改良材料泥膜护壁完成，否则应重新制作泥膜；
s2、现场必须对膨润土置换、分级加压、地表监测数据、浆气置换过程中具体泄压时间、膨润土补注量的详细记录情况，综合分析，并确定是否具备开仓条件；
s3、确保供气、供水、供电系统正常，备柴油发电机、空压机；
s4、检查保压系统和空压机运行情况，同时详细记录空压机加载及泄气时间、供气压力，确保持续供气能力。
综上所述，本发明提出的富水地层盾构开仓作业方法，采用膨润土辅助开仓，较好解决盾构施工中进度、成本与开仓换刀三目标有效统一结合难题。
于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系,仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置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。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种富水地层盾构开仓作业方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在地面布置加密监测点；
S2、在岩溶地区富水砂层中，对土仓注入膨润土；
S3、对盾构机的盾体径向孔注入膨润土；
S4、在岩溶富水砂层中且处于盾尾壁后若干环管片和土层的间隙之间注入双液浆并形成止水环；
S5、将土仓内的渣土完全置换为膨润土；
S6、对置换出的渣土量进行统计，判断渣土是否置换完全；
S7、需采取分级加压缓慢渗透，使膨润土尽量扩散到地层中，并将刀盘周边地下水挤出远离刀盘区域；
S8、在分级加压过程中，通过盾构机前后盾铰接伸缩，在膨润土的压力作用下使前盾回退，将膨润土填充至刀盘与掌子面之间空隙，形成膨润土的泥墙，用于隔水隔气；
S9、在气压作用下置换出原土仓内膨润土，将土仓内膨润土排至作业需要的空间面，提供作业空间，同时确保土仓内气体空间压力的稳定，达到保气作业要求：
首先，在自然降压两级后开启自动保压系统加气排土阶段，以0.2bar为一个压力阶梯压力，每个下降阶梯须稳压2小时，达到开仓压力，即±0.1bar时，需稳压6小时；
其次，排浆时控制不转动刀盘，在土仓壁的3点、9点位置及以下位阀门排出土仓内膨润土，缓慢转动螺旋机，并防止螺旋机出土时产生负压破坏膨润土泥膜的整体稳定性，置换渣土量为5方，在土仓壁的12点位置开孔检查置换位置，保气观察2小时，稳定无变化后再继续排渣至土仓壁的3点、9点位置，开启上部球阀检查仓内渣土高度，在自动保压稳定2小时候后进行仓内气体检测，满足要求后，组织人员进仓作业；
S10、在上述各项工艺完成后，并到达规范及施工作业后，进行下一步进仓作业，对刀盘进行清理，检查刀盘刀具，为后续盾构正常掘进需要，需对磨损达到更 换要求的刀具进行拆除更换，在仓内保压稳定前提下，分仓连续作业至全部仓内故障处理完毕；
进仓作业的具体操作如下：
s1、浆气置换以后，在开启自动保压系统情况下，至开仓工作压力能够稳压6个小时，并满足空压机加载时间小于其待机时间的10%，则认为膨润土或其他土体改良材料泥膜护壁完成，否则应重新制作泥膜；
s2、现场必须对膨润土置换、分级加压、地表监测数据、浆气置换过程中具体泄压时间、膨润土补注量的详细记录情况，综合分析，并确定是否具备开仓条件；
s3、确保供气、供水、供电系统正常，备柴油发电机、空压机；
s4、检查保压系统和空压机运行情况，同时详细记录空压机加载及泄气时间、供气压力，确保持续供气能力。
2.根据权利要求1所述的富水地层盾构开仓作业方法，其特征在于，在步骤S1中，所述加密监测点设置于相较于刀盘位置的前后十米、左右十米以及每隔五米间距的断面处，且在每个断面处设有五个加密监测点。
3.根据权利要求1所述的富水地层盾构开仓作业方法，其特征在于，在步骤S2中，对土仓注入膨润土时，以0.5r/min的速度转动刀盘，防止土仓砂层固结，刀盘卡死，同时关注土仓压力使其不低于理论静止土压力值，保证掌子面稳定，停机前需将铰接伸出8-12cm。
4.根据权利要求1所述的富水地层盾构开仓作业方法，其特征在于，在步骤S4中，在盾尾壁后4至8环出，每环至少4个点位注入双液浆形成止水环，注浆压力不少于3bar，注入完成后在相应管片上开孔检查是否漏水漏浆，保证止水环止水密封效果。
5.根据权利要求1所述的富水地层盾构开仓作业方法，其特征在于，在步骤S5中，置换渣土前注入膨润土进行保压，计算静止土压力，达到设定值后进行缓慢置换，计算出理论排渣量，置换时以土仓压力与注入量和排除量相匹配、注入量和排除量相等的原则进行双向控制，直至螺旋机出土口排出渣土中的膨润土含量为95%以上；
土仓的置换位置设在土仓壁上高点位的注入孔。
6.根据权利要求1所述的富水地层盾构开仓作业方法，其特征在于，在步骤S6中，从出渣样分析以及从注入和排出渣土的方量判断渣土是否置换完全，渣土置换前土斗清理干净，详细精确计算出渣土排除量，并做好出土量记录，同时与注入量进行对比，注入量应大于排土量。
7.根据权利要求1所述的富水地层盾构开仓作业方法，其特征在于，在步骤S7中，在渣土置换完成后静止土压力基础上，每个梯级的压力为0.2bar，两个小时的动态保压注入，过程中以0.1-0.5r/min的转速并半圈转动的方式转动，直至该级区土压动态稳定持续三至四小时，共分五级加压，在第五级加压过程中在土仓壁注入孔多点位注入膨润土。
8.根据权利要求1所述的富水地层盾构开仓作业方法，其特征在于，在步骤S8中，具体的，当逐级加压至最后两级时，实施盾构机后退，盾构后退分步进行，每步缓慢将油缸回收1cm，再向土仓注入膨润土铰接保持回收状态，直到土压稳定在后退前压力值2.0bar，以此类推直至铰接回收5至8cm。
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