CN215927396U - 一种用于土岩复合地层的盾构渣土改良管路系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于土岩复合地层的盾构渣土改良管路系统，包括刀盘管路系统和土舱隔板管路系统，刀盘管路系统的刀盘改良孔至少包括开设在刀盘中心区域的一个中心常规改良孔，以及开设在刀盘中心区域的至少一个中心加强改良孔，并且该中心加强改良孔与中心常规改良孔共用同一条输送管路；土舱隔板管路系统的隔板改良孔包括开设在土舱隔板中心区域的至少一个中心加强改良孔，并且该中心加强改良孔使用独立的输送管路。本实用新型能够避免刀盘中心改良剂添加过量导致的改良过度，又可以向渣土中均匀注入改良剂，缓解了由刀具搅拌能力有限带来的缺陷；增设的土舱隔板管路能够达到迅速的保压效果，可迅速填充土舱。

Description

一种用于土岩复合地层的盾构渣土改良管路系统

技术领域

本实用新型涉及地下盾构施工技术领域，尤其是盾构渣土改良技术，具体是一种用于土岩复合地层的盾构渣土改良管路系统。

背景技术

土压平衡盾构在土岩复合地层施工时经常会遭遇滚刀破岩效率低、刀具破损严重、管路堵塞等问题，同时，当盾构开挖断面在全断面岩层或含有岩石的地层施工时，为了能够达到高效率破岩的目的一般采用空舱掘进的方式进行施工，如果此时突然遭遇破碎带岩层或土岩突然转换地层，由于先前的空舱状态使得土舱内来不及保压，开挖面的渣土会突然进入土舱，造成开挖面失稳或地表坍塌等严重事故。

渣土改良作为土压平衡盾构施工的关键施工步序，改良的效果会直接影响盾构施工的进程。土压平衡盾构的渣土改良即是通过刀盘和土舱壁的注入口向土舱内及刀盘正面土体注入改良剂，改良剂一般由水、泡沫、膨润土、高分子聚合物、分散剂等材料，依据不同的地层选用不同类型的渣土改良剂，如在黏土地层一般会选择泡沫和分散剂进行改良，其主要问题是解决黏土对刀盘的黏附和堵塞影响；在砂土地层中一般会选择膨润土和聚合物作为补充材料；而在土岩复合地层中，这种渣土改良剂的配比和选用将更复杂。但归根结底，渣土改良的目的是使渣土具有良好的流塑性利于出渣、较低的渗透性防止螺旋输送机喷涌。除此之外，研究表明渣土改良还会有降低刀盘及刀具的磨损、保持土舱内压力的稳定等作用。

土压平衡盾构在土岩复合地层的施工过程中，渣土改良的主要作用是降低刀具的磨损、保持舱内土压的稳定。特别当盾构在全断面岩层掘进时，渣土改良的效果基本仅是通过注水降低刀盘的温度而已，此时，为了最大化滚刀的破岩效率，一般采用空舱掘进工法。但当盾构从全断面岩层突变为土层时(这种地层情况在青岛、深圳、广州地铁的盾构施工中经常出现)，一旦空舱压力不能及时保持，掌子面极易发生失稳破坏，此时，最及时、有效的办法就是迅速向开挖舱内注入膨润土泥浆进行填舱，以确保在土层中开挖面压力能够稳定。

传统的渣土改良管路系统一般设置泡沫和膨润土的排出管路为同一管路，即刀盘位置的同一个改良剂排出孔既排出泡沫又排出膨润土。但实际上泡沫与膨润土这两种物质的性质差异巨大，泡沫类似于气体，具有高膨胀性；而膨润土泥浆类似于液体，具有高度流动性，这就导致管路及孔径的大小设置很难保证既适用于气体的排出，又适用于液体的排出。孔径设置过大，泡沫容易消散；孔径设置过小，膨润土泥浆的注入速率就会受到限制。因此，特别当面对岩层突然转变为土层时，亟需快速注入膨润土进行土舱保压。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种用于土岩复合地层的盾构渣土改良管路系统，以解决现有技术中的一个或多个问题。

本实用新型是这样实现的：

一种用于土岩复合地层的盾构渣土改良管路系统，包括刀盘管路系统和土舱隔板管路系统，所述刀盘管路系统包括分布在刀盘上的多个刀盘改良孔，以及与各刀盘改良孔连通的输送管路，所述刀盘改良孔至少包括开设在刀盘中心区域的一个中心常规改良孔，以及开设在刀盘中心区域的至少一个中心加强改良孔，并且该中心加强改良孔与中心常规改良孔共用同一条输送管路；所述土舱隔板管路系统包括分布在土舱隔板上的多个隔板改良孔，以及与各隔板改良孔连通的输送管路，所述隔板改良孔包括开设在土舱隔板中心区域的至少一个中心加强改良孔，并且该中心加强改良孔使用独立的输送管路。

在一些实施例中，所述刀盘改良孔还包括开设在刀盘外围的多个常规改良孔，多个常规改良孔按照顺时针方向直径不断扩大分布在刀盘中心区域的外围。

在一些实施例中，刀盘外围的常规改良孔为五个。

在一些实施例中，所述隔板改良孔还包括开设在土舱隔板外围的多个常规改良孔。

在一些实施例中，土舱隔板外围的常规改良孔为四个。

在一些实施例中，所述土舱隔板中心区域的中心加强改良孔孔径较土舱隔板外围的常规改良孔孔径大5～10mm。

在一些实施例中，所述土舱隔板管路系统作为备用管路系统，在土质良好的地层关闭，在土岩复合地层开启。

在一些实施例中，所述刀盘为6m级直径的刀盘。

本实用新型相对于现有技术的有益效果是：

(1)刀盘中心在原有常规改良孔基础上增加一个加强改良孔，与单纯增加改良孔数量不同的是，两个刀盘改良孔的输送管路为同一条，由同一条输送管路输送改良剂，这样既可以避免改良剂添加过量导致的改良过度，又可以向渣土中均匀注入改良剂，缓解了由刀具搅拌能力有限带来的缺陷；

(2)在土舱隔板中心增加一个加强改良孔，并且增加的该改良孔配套增设独立的输送管路，在一般土质良好的情况下，可不必使用该管路进行改良，而当处在土岩复合地层，特别是在岩层转换为土层时，为了能够达到迅速的保压效果，可以立即开启该管路并注入高浓度膨润土泥浆，即可迅速填充土舱，达到保压的目的；除此之外，该管路还可以用于置换舱内渣土、洗舱等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。

图1为现有的某直径6.28m型号盾构渣土改良管路系统示意图；

图2为本实用新型一种实施方式的盾构渣土改良管路系统示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括/包含”、“由……组成”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

还需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。

以下结合较佳的实施方式对本发明的实现进行详细的描述。

首先如图1所示，图1为某常规型号的6.28m直径土压平衡盾构的渣土改良管路系统，在刀盘100上布置有六个刀盘改良孔101，编号分别为1#、2#、3#、4#、5#、6#，其中1#号刀盘改良孔101位于刀盘中心，2#-6#号刀盘改良孔101按照顺时针方向沿刀盘直径不断扩大分布布置，即5+1布孔，各改良孔连通输送管路400，可用于注入泡沫或膨润土，每路流量单独连续可调。如此布置，基本刀盘上每个刀具的切削路径均能得到一定程度的改良，但改良效果差异会较大，例如在直径大的切削路径上，刀具线速度大、切削路径长，该路径的土体能够得到完善的搅拌改良；而在直径小的路径上，特别是刀盘中心位置，由于刀具的旋转切削路径小，导致渣土不能够得到有效的改良，同时，相关的工程经验还显示，中心位置的改良孔还极易发生堵塞。但如果简单地在刀盘中心位置增加改良孔就会导致该区域的改良剂加入量过大，改良过度，改良效果也不能达到要求。

土舱隔板200上设置四个隔板改良孔201，可用于注入泡沫或膨润土，每路流量单独连续可调。四个隔板改良孔201作用是直接将改良剂注入土舱内，改良舱内的土体，利于出渣。

膨润土系统与泡沫系统在连接桥到刀盘之间共用一套输送管路。在不使用泡沫的情况下，关闭泡沫分支管路，同时将膨润土分支管路打开，通过软管泵将膨润土输送到掌子面、土舱和螺旋输送机内，将高密度澎润土注入到土舱里、刀盘前和螺旋输送机中，经充分搅拌使土体达到较好的流塑性和止水性，再配合压缩空气控制单元的气压自动调节作用，可稳定掌子面和减少水的渗出，防止喷涌的发生及掌子面的坍塌。盾构施工时可实现一部分管路注膨润土，同时另一部分管路注泡沫的功能。膨润土软管泵单台最大流量可达10m³/h，最大压力10bar。

可见，土压平衡盾构常规渣土改良系统可以满足在土层的正常掘进，且在常规土层掘进时一般不采用完全空舱掘进，因此常规的渣土改良系统能够做到及时保压的作用。尽管现有的改良管路系统设置的已经比较完善，但也会面对一些问题时难以处理，在土岩复合地层中，特别是全断面岩层时采用空舱掘进的方式，此时常规的渣土改良管路系统不能达到及时保压的效果，存在刀盘中心位置改良不充分、土舱压力不能及时保持的问题等。

为了克服这两个问题，本实用新型针对性进行了管路的改造，提出一种用于土岩复合地层的盾构渣土改良管路系统，如图2所示。

本实用新型的刀盘管路系统包括分布在刀盘100上的多个刀盘改良孔101，以及与各刀盘改良孔101连通的输送管路400，与现有结构类似，刀盘改良孔101包括编号为1#、2#、3#、4#、5#、6#的六个，其中1#号改良孔为刀盘中心的一个常规改良孔，2#、3#、4#、5#、6#号改良孔为刀盘中心外围的常规改良孔，按照顺时针方向沿刀盘直径不断扩大分布布置，不同的是，在原有刀盘中心的1#号改良孔基础上增加一个，编号为1′#，即5+2布孔，1′#号改良孔为中心加强改良孔，并且1#号和1′#号两个改良孔连接同一条输送管路400′，由同一条输送管路400′输送改良剂，如此，与单纯增加改良孔数量不同的是，两个刀盘改良孔1#号和1′#号的管路为同一条，这样既可以避免改良剂添加过量导致的改良过度，又可以向渣土中均匀注入改良剂，缓解了由刀具搅拌能力有限带来的缺陷。

土舱隔板管路系统包括分布在土舱隔板200上的多个隔板改良孔201，以及与各隔板改良孔201连通的输送管路400，隔板改良孔201包括分布在隔板外围的多个常规改良孔，编号为7#、8#、9#、10#，不同的是，本实用新型在土舱隔板200中心增加一个中心加强改良孔，编号为11#，并且增加的该中心加强改良孔配套增设独立的输送管路400″。在一般土质良好的情况下，可不必使用该管路进行改良，而当处在土岩复合地层，特别是在岩层转换为土层时，为了能够达到迅速的保压效果，可以立即开启该管路并注入高浓度膨润土泥浆，即可迅速填充土舱，达到保压的目的。除此之外，该管路还可以用于置换舱内渣土、洗舱等。

需要说明的是，本实用新型刀盘中心外围的刀盘改良孔以五个为例，土舱隔板中心外围的隔板改良孔以四个为例进行说明，但显然这不是唯一可能，不应当理解为对本实用新型改进方案的限制，刀盘中心外围的刀盘改良孔、土舱隔板中心外围的隔板改良孔布置数量根据刀盘直径、土舱隔板大小和改良需求合理布置。

较佳的，土舱隔板200中心增设的一个中心加强改良孔孔径较隔板常规改良孔孔径大5～10mm，以满足迅速填充土舱，达到快速保压的目的。

本实用新型所涉及的大直径盾构为6m级直径盾构机，例如常见的6.28m甚至更大直径的盾构机。

此外，本实用新型的渣土改良管路系统还包括螺旋输送机管路系统，螺旋输送机管路系统包括分布在螺旋输送机300上的多个输送机改良孔301，以及与各输送机改良孔连通的输送管路400。通过八个输送机改良孔301，改良剂可直接送入螺旋输送机，起到直接改良的作用。当地层水压高、渣土渗透性大时，螺旋输送机极易发生喷涌，此时可迅速通过螺旋输送机改良孔注入聚合物等改良剂达到应急的目的。

本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

至此，本领域技术人员应认识到，虽本文已详尽示出和描述了本发明的示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍然可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (8)

1.一种用于土岩复合地层的盾构渣土改良管路系统，包括刀盘管路系统和土舱隔板管路系统，其特征在于：

所述刀盘管路系统包括分布在刀盘上的多个刀盘改良孔，以及与各刀盘改良孔连通的输送管路，所述刀盘改良孔至少包括开设在刀盘中心区域的一个中心常规改良孔，以及开设在刀盘中心区域的至少一个中心加强改良孔，并且该中心加强改良孔与中心常规改良孔共用同一条输送管路；

所述土舱隔板管路系统包括分布在土舱隔板上的多个隔板改良孔，以及与各隔板改良孔连通的输送管路，所述隔板改良孔包括开设在土舱隔板中心区域的至少一个中心加强改良孔，并且该中心加强改良孔使用独立的输送管路。

2.根据权利要求1所述的盾构渣土改良管路系统，其特征在于：所述刀盘改良孔还包括开设在刀盘外围的多个常规改良孔，多个常规改良孔按照顺时针方向直径不断扩大分布在刀盘中心区域的外围。

3.根据权利要求2所述的盾构渣土改良管路系统，其特征在于：刀盘外围的常规改良孔为五个。

4.根据权利要求1所述的盾构渣土改良管路系统，其特征在于：所述隔板改良孔还包括开设在土舱隔板外围的多个常规改良孔。

5.根据权利要求4所述的盾构渣土改良管路系统，其特征在于：土舱隔板外围的常规改良孔为四个。

6.根据权利要求4所述的盾构渣土改良管路系统，其特征在于：所述土舱隔板中心区域的中心加强改良孔孔径较土舱隔板外围的常规改良孔孔径大5～10mm。

7.根据权利要求1所述的盾构渣土改良管路系统，其特征在于：所述土舱隔板管路系统作为备用管路系统，在土质良好的地层关闭，在土岩复合地层开启。

8.根据权利要求1-7任一项所述的盾构渣土改良管路系统，其特征在于：所述刀盘为6m级直径的刀盘。

Images