CN113738385A - 克泥效辅助盾构带压进仓方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种克泥效辅助盾构带压进仓方法。所述克泥效辅助盾构带压进仓方法包括进仓前计算、预备建膜泥浆、止水封环、建膜泥浆置换渣土、建膜泥浆加压、刀盘后退、气体置换建膜泥浆等步骤，其中建膜泥浆为克泥效。本发明提供的所述克泥效辅助盾构带压进仓方法解决了现有的盾构带压进仓用泥膜使用不便、不安全的问题。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工领域，具体涉及一种克泥效辅助盾构带压进仓方法。
背景技术
随着我国城市地铁建设的快速发展，盾构法以其高效、安全、环保的优点被广泛采用。但当盾构掘进施工的过程中往往需要通过开仓作业进行刀具检修更换、泥饼清除，盾构开仓作业也成为了盾构施工中的一大课题，在地下水丰富、围岩土稳定性差的地层开仓作业往往采用较为安全的带压开仓对开挖面进行气压支撑。但由于带压开仓需要先在开挖面制作泥膜进行密封闭气，为后续气压支撑提供前提条件，而传统泥膜由膨润土浆液作为主要材料，易被地下水稀释，不同地层对应不同配比效果差异极大，且无论钙基膨润土亦或钠基膨润土均需要大量时间进行膨化处理，才能具备建膜性能，如果泥膜突然出现漏气，开挖面失稳，无法立刻制作出新的建膜泥浆，轻则地面塌陷，重则隧道涌水涌砂，存在诸多施工风险。
发明内容
为解决现有的盾构带压进仓用泥膜使用不便、不安全的问题，本发明提供一种解决上述问题的克泥效辅助盾构带压进仓方法。
一种克泥效辅助盾构带压进仓方法，包括步骤：进仓前计算、预备建膜泥浆、止水封环、建膜泥浆置换渣土、建膜泥浆加压、刀盘后退、气体置换建膜泥浆，其特征在于：建膜泥浆为克泥效。
在本发明提供的克泥效辅助盾构带压进仓方法的一种较佳实施例中，进仓前计算包括确定理论工作压力，理论工作压力为地质条件、地面环境及开挖面位置的压力与隧道开挖中心的水头压力之和。
在本发明提供的克泥效辅助盾构带压进仓方法的一种较佳实施例中，止水封环实施于盾尾后3~7环管片处，向盾构机机身的超前注浆孔、径向注浆孔和同步注浆孔注入建膜泥浆，注入建膜泥浆的顺序为盾构机底部-对称腰部-顶部，形成连续止水环。
在本发明提供的克泥效辅助盾构带压进仓方法的一种较佳实施例中，建膜泥浆置换渣土包括两种方案：
方案一：将建膜泥浆注入土仓，置换渣土；
方案二：将中间介质注入土仓，置换渣土；再将建膜泥浆注入土仓置换中间介质。
将建膜泥浆或中间介质置换渣土时，通过土仓隔板10~2点位之间的预留孔注浆，从上部注入；将建膜泥浆置换中间介质时，土仓压力高于将中间介质注入土仓时的压力0.1~0.2bar。
在本发明提供的克泥效辅助盾构带压进仓方法的一种较佳实施例中，建膜泥浆加压采用阶梯式加压，在渣土置换后压力稳定的情况下，将建膜泥浆注入，直接进行阶梯式加压。
阶梯式加压以0.2bar为一个加压阶梯，加压至进仓工作压力的1.3~1.5倍为止；每一阶梯加压均持续加压至压力动态稳定，并进行稳压；每一阶梯加压过程中均低速转动盾构机刀盘半圈。
在本发明提供的克泥效辅助盾构带压进仓方法的一种较佳实施例中，刀盘后退为在阶梯式加压至倒数第二级时，松开盾构机的铰接或千斤顶，在压力作用下使盾构机自然后退，并保持加压将建膜泥浆注入，填充盾构机的刀盘与开挖面之间的空隙。
在本发明提供的克泥效辅助盾构带压进仓方法的一种较佳实施例中，气体置换建膜泥浆实施于建膜泥浆在开挖面形成稳定的泥膜后，包括步骤：开启密封舱自动保压系统，稳压一段时间后降压至工作压力，补气并保持气压稳定的情况下排出建膜泥浆；排出建膜泥浆的同时低速转动盾构机的刀盘。
相较于现有技术，本发明提供的所述克泥效辅助盾构带压进仓方法中采用克泥效代替传统泥膜，可灵活准确调整泥浆粘度，建立的泥膜结构致密，适用于高渗透地层。不易被地下水稀释，作为开挖面泥膜具有隔水性，成膜稳定。
克泥效材料具有触变性，作为泥膜长时间固结后，需要重新推进时，通过转动刀盘对泥膜进行搅拌，可使克泥效泥膜重新恢复流动性，满足泵送条件，且具有一定强度，轻松携带出渣块，避免滞排。克泥效通过A、B双组分混合数十秒便可达到使用性能，通过克泥效专用注浆机可轻松实现连续注入，无需提前拌制，实现搅拌、混合、注入一体化，配比准确计量控制，大幅提高浆液制备及泥膜制作效率。
本发明通过克泥效封环、多级加压、刀盘后退等创新方法将克泥效充分填充挤压进盾构机与围岩间隙，封堵各个方向泄水、漏气通道，突破了盾构在特殊不稳定地层带压进仓作业的困难。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1：
所述克泥效辅助盾构带压进仓方法包括以下步骤：
步骤1：进仓前计算。
选在地层稳定且地上无建筑物、管线的地层作为带压进仓地点。将考虑不同地质条件、地面环境及开挖面位置的压力调整值，与计算至隧道开挖中心的水头压力之和，作为开挖仓气压作业理论工作压力。根据计算所得的理论工作压力，进行现场实验，确保理论工作压力满足开挖面稳定。
步骤2：预备建膜泥浆。
建膜泥浆采用克泥效。包括主料和辅料，主料包括85~99%的碳酸钙、1~15%的钙化纤维；辅料包括50~80%的水、20~50%的添加剂，添加剂包括塑化剂、增稠剂、稳定剂、分散剂、防水剂中的一种或多种；主料添加30~50%质量的水后与按3：1的质量比辅料混合。
步骤3：止水封环。
实施止水环的范围为盾尾后3~7环管片处。通过在盾构机的超前注浆孔、径向注浆孔和同步注浆孔注入克泥效，顺序为盾构机底部-对称腰部-顶部，使克泥效均匀包裹整个盾构机壳体。
步骤4：克泥效置换渣土。包括两种方案：
方案一：将克泥效注入土仓，置换渣土；
方案二：将膨润土注入土仓，置换渣土；再将克泥效注入土仓置换膨润土。
置换渣土前应先考察地层情况。对于含有粉细砂、中粗砂等容易失水板结的地层，应使用方案二；其他情况使用方案一。
对于方案二，在将克泥效注入土仓置换膨润土时，土仓压力应高于将膨润土注入土仓时的压力0.2bar。
步骤5：克泥效加压。
在步骤4中将渣土置换完成后，压力稳定的情况下，利用泥效专用注浆设备进行双液混合注入，直接进行阶梯式加压。
阶梯式加压以0.2bar为一个加压阶梯，加压至进仓工作压力的1.5倍为止。以渣土置换后压力为1.6bar为例，第一次加压至1.8bar，停止注入克泥效，观察土仓压力变化，如压力降至1.6bar，则补注克泥效，使土仓压力动态稳定在1.8bar，维持2h。之后在1.8~2.0bar、2.0~2.2bar两个加压等级，同样通过补注克泥效动态稳压2h，最后的2.2~2.4bar加压等级，动态稳压6h。
在每个加压梯级动态注入克泥效过程中，均低速（0.1r/min）转动刀盘半圈，以保证克泥效注入和渗透的均匀性。
步骤6：刀盘后退。
在步骤5的阶梯式加压至倒数第二级时，即2.0~2.2bar时，松开盾构机的铰接，利用注入克泥效压力的反作用力使盾构机自然后退10cm。并加大克泥效的注入量，使之填充满刀盘与开挖面之间的空隙，在刀盘前方形成完整的克泥效泥墙。
步骤7：气体置换克泥效。
待在开挖面形成稳定的泥膜后，开启密封舱自动保压系统，在最高压力稳压6h。随后首先采用自然降压，待自然降压停止后，再采用泄气降压至工作压力。在补气量满足规范要求和气压稳定的情况下，利用螺旋输送机排出克泥效，降低克泥效在仓内液位，使土仓具备作业空间。在排出克泥效之前的稳压和降压过程中，均低速（0.1r/min）转动刀盘，以保持克泥效浆液的流动性。
步骤8：进仓条件判断。
在将克泥效置换气体后，继续开启自动保压系统，直至进仓工作压力能够稳压并保持6h，且并满足空压机加压时间小于其待机时间的10%。则判断克泥效泥膜护壁完成，否则应重新制作泥膜。
现场工程师须对克泥效置换、阶梯式加压、地表监测数据和气浆置换过程中的具体泄压时间、克泥效补注量的详细记录进行综合分析和反馈，以确定是否具备进仓条件。
实施例2：
所述克泥效辅助盾构带压进仓方法包括以下步骤：
步骤1：进仓前计算。
选在地层稳定且地上无建筑物、管线的地层作为带压进仓地点。将考虑不同地质条件、地面环境及开挖面位置的压力调整值，与计算至隧道开挖中心的水头压力之和，作为开挖仓气压作业理论工作压力。根据计算所得的理论工作压力，进行现场实验，确保理论工作压力满足开挖面稳定。
步骤2：预备建膜泥浆。
建膜泥浆采用克泥效。包括主料和辅料，主料包括85~99%的碳酸钙、1~15%的钙化纤维；辅料包括50~80%的水、20~50%的添加剂，添加剂包括塑化剂、增稠剂、稳定剂、分散剂、防水剂中的一种或多种；主料添加30~50%质量的水后与按3：1的质量比辅料混合。
步骤3：止水封环。
实施止水环的范围为盾尾后3~7环管片处。通过在盾构机的超前注浆孔、径向注浆孔和同步注浆孔注入膨润土，顺序为盾构机底部-对称腰部-顶部，使膨润土填充至底层缝隙并包裹整个盾构机壳体。然后再按相同的顺序注入克泥效，使克泥效填充至膨润土与盾构机壳体之间，并均匀的包裹整个盾构机壳体。
步骤4：克泥效置换渣土。包括三种方案：
方案一：将克泥效注入土仓，置换渣土；
方案二：将膨润土注入土仓，置换渣土；再将克泥效注入土仓置换膨润土；
方案三：将膨润土注入土仓，置换渣土；加压注入膨润土；将衡盾泥注入土仓置换膨润土；将克泥效注入土仓置换衡盾泥。
置换渣土前应先考察地层情况。对于含有粉细砂、中粗砂等容易失水板结的地层，应使用方案二，情况严重的选用方案三；其他情况使用方案一。
对于方案二，在将克泥效注入土仓置换膨润土时，土仓压力应高于将膨润土注入土仓时的压力0.2bar。
对于方案三，加压注入膨润土的压力高于高于将膨润土注入土仓时的压力0.2~0.5bar。将衡盾泥注入土仓置换膨润土，和将克泥效注入土仓置换衡盾泥的压力依次提高0.2bar。
步骤5：克泥效加压。
在步骤4中将渣土置换完成后，压力稳定的情况下，利用泥效专用注浆设备进行双液混合注入，直接进行阶梯式加压。
阶梯式加压以0.2bar为一个加压阶梯，每一加压阶梯后均适当降压并稳压，加压至进仓工作压力的1.5倍为止。以渣土置换后压力为1.6bar为例，第一次加压至1.8bar，停止注入克泥效，观察土仓压力变化，如压力降至1.6bar，则补注克泥效，使土仓压力动态稳定在略低于1.8bar，并维持2h。之后在1.8~2.0bar、2.0~2.2bar两个加压等级，同样通过补注克泥效于略低于目标压力动态稳压2h，最后的2.2~2.4bar加压等级，动态稳压6h。
在每个加压梯级动态注入克泥效过程中，均低速（0.1r/min）转动刀盘半圈，以保证克泥效注入和渗透的均匀性。
步骤6：刀盘后退。
在步骤5的阶梯式加压至倒数第三级时，即1.8~2.0bar时，松开盾构机的铰接，利用注入压力的反作用力使盾构机后退3~5cm。再次固定盾构机，进行阶梯式加压。加压至倒数第二级时，即2.0~2.2bar时，再次松开盾构机的铰接，利用注入压力的反作用力使盾构机后退5~7cm。并加大克泥效的注入量，使之填充满刀盘与开挖面之间的空隙，在刀盘前方形成完整的克泥效泥墙。
步骤7：气体置换克泥效。
待在开挖面形成稳定的泥膜后，开启密封舱自动保压系统，在最高压力稳压6h。随后首先采用自然降压，待自然降压停止后，再采用泄气降压至工作压力。在补气量满足规范要求和气压稳定的情况下，利用螺旋输送机排出克泥效，降低克泥效在仓内液位。
每降低克泥效在仓内液位10~30%，停止排出克泥效并二次加压，开启密封舱自动保压系统，在最高压力稳压1h。随后按相同的操作降压，再次排出克泥效。在排出克泥效之前的稳压和降压过程中，均低速（0.1r/min）转动刀盘，以保持克泥效浆液的流动性。
步骤8：进仓条件判断。
在将克泥效置换气体后，继续开启自动保压系统，直至进仓工作压力能够稳压并保持6h，且并满足空压机加压时间小于其待机时间的10%。则判断克泥效泥膜护壁完成，否则应重新制作泥膜。
现场工程师须对克泥效置换、阶梯式加压、地表监测数据和气浆置换过程中的具体泄压时间、克泥效补注量的详细记录进行综合分析和反馈，以确定是否具备进仓条件。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。
Claims (9)
1.一种克泥效辅助盾构带压进仓方法，包括步骤：进仓前计算、预备建膜泥浆、止水封环、建膜泥浆置换渣土、建膜泥浆加压、刀盘后退、气体置换建膜泥浆，其特征在于：建膜泥浆为克泥效。
2.根据权利要求1所述的克泥效辅助盾构带压进仓方法，其特征在于：进仓前计算包括确定理论工作压力，理论工作压力为地质条件、地面环境及开挖面位置的压力与隧道开挖中心的水头压力之和。
3.根据权利要求1所述的克泥效辅助盾构带压进仓方法，其特征在于：止水封环实施于盾尾后3~7环管片处，向盾构机机身的超前注浆孔、径向注浆孔和同步注浆孔注入建膜泥浆，注入建膜泥浆的顺序为盾构机底部-对称腰部-顶部，形成连续止水环。
4.根据权利要求1所述的克泥效辅助盾构带压进仓方法，其特征在于：建膜泥浆置换渣土包括两种方案：
方案一：将建膜泥浆注入土仓，置换渣土；
方案二：将中间介质注入土仓，置换渣土；再将建膜泥浆注入土仓置换中间介质。
5.根据权利要求4所述的克泥效辅助盾构带压进仓方法，其特征在于：将建膜泥浆或中间介质置换渣土时，通过土仓隔板10~2点位之间的预留孔注浆，从上部注入；将建膜泥浆置换中间介质时，土仓压力高于将中间介质注入土仓时的压力0.1~0.2bar。
6.根据权利要求1所述的克泥效辅助盾构带压进仓方法，其特征在于：建膜泥浆加压采用阶梯式加压，在渣土置换后压力稳定的情况下，将建膜泥浆注入，直接进行阶梯式加压。
7.根据权利要求6所述的克泥效辅助盾构带压进仓方法，其特征在于：阶梯式加压以0.2bar为一个加压阶梯，加压至进仓工作压力的1.3~1.5倍为止；每一阶梯加压均持续加压至压力动态稳定，并进行稳压；每一阶梯加压过程中均低速转动盾构机刀盘半圈。
8.根据权利要求7所述的克泥效辅助盾构带压进仓方法，其特征在于：刀盘后退为在阶梯式加压至倒数第二级时，松开盾构机的铰接或千斤顶，在压力作用下使盾构机自然后退，并保持加压将建膜泥浆注入，填充盾构机的刀盘与开挖面之间的空隙。
9.根据权利要求1所述的克泥效辅助盾构带压进仓方法，其特征在于：气体置换建膜泥浆实施于建膜泥浆在开挖面形成稳定的泥膜后，包括步骤：开启密封舱自动保压系统，稳压一段时间后降压至工作压力，补气并保持气压稳定的情况下排出建膜泥浆；排出建膜泥浆的同时低速转动盾构机的刀盘。
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