一种无水砂卵石地层盾构开舱换刀的方法

摘要

本发明涉及一种无水砂卵石地层盾构开舱换刀的方法，包括以下步骤：1.在刀盘和土舱内打入膨润土同时加气形成泥膜。2.利用盾构超前注浆孔注浆加固盾体周边土体。3.加固及封闭盾构掌子面土体。4.清理刀盘处泥饼。5.刀具检查及更换。6.泥膜出现破损时的处理措施。7.恢复掘进。本发明的有益效果为：实现在砂卵石地层中常压开舱换刀，同时采用常压开舱舱内加固，相比于带压开舱和地面加固后常压开舱，其具有开舱位置更为灵活，对地面影响更小，土体加固更为经济的特点，对于盾构下穿重要建构筑物时的开舱提供了安全可靠的保证。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，尤其涉及一种无水砂卵石地层盾构开舱换刀的方法。

背景技术

盾构机在含砂层、圆砾层中切削土体时，由于盾构机刀盘、刀具不断与土体摩擦、碰撞,是盾构设备最易磨损的部件。刀具检修的方式有竖井检修、加压开舱、常压开舱、检修前需进行土体加固。施工中常根据施工经验计算出需要进行刀具检修的位置，但由于地质情况的复杂性，刀具的检修位置常有一定的不可预见性，有些位置不具备地面加固条件，需进行舱内加固。常压开舱舱内加固施工方法，相比于带压开舱和地面加固后常压开舱，其具有开舱位置更为灵活，对地面影响更小，土体加固更为经济的特点。

发明内容

本发明的目的是提供一种无水砂卵石地层盾构开舱换刀的方法，以克服目前现有技术存在的上述不足。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种无水砂卵石地层盾构开舱换刀的方法，包括以下步骤：

步骤一，形成泥膜：向刀盘和土舱内打入膨润土，同时加气，提高上土压，并维持30分钟，形成泥膜，利用盾构超前探测孔，采用膨润土提前填充盾体与开挖轮廓间的空隙；

步骤二，加固盾体周边土体：在盾构超前注浆孔内打设无缝钢管，并注入改性水玻璃浆液，控制压力在0.3Mpa，加固盾体周边土体，防止刀盘后部土体掉落；

步骤三，加固及封闭盾构掌子面土体：不转动刀盘出土，直至上土压降低到0.01bar为止，然后对土舱和刀盘进行自然降温，降温完成后，在开口处土体内打入无缝钢管，并注入改性水玻璃浆液，接着对开口处由上而下利用柔性的封堵物对刀盘进行封堵，并利用硬性的封堵物将开口处牢牢封住，并将无缝钢管与土舱内壁焊接在一起，在出土过程中保持每个开口均时刻处于封堵状态；

步骤四，清理泥饼：利用高压水枪对泥饼进行清除，并在清除泥饼过程中检查并记录刀具磨损情况；

步骤五，刀具检查及更换：根据步骤四中检查的刀具磨损情况，在手拉葫芦的配合下，对已磨损刀具进行更换；  

步骤六，若在上述步骤中出现了掌子面泥膜出现破损的情况，则需进行以下步骤：

a、立即停止开舱施工，撤出土舱，关闭人闸；

b、重新向刀盘和土舱内打入发酵后的膨润土，同时加气，将上土压升至0.5bar以上，维持30分钟；

c、重新按照既定开舱流程，进行开舱作业，检查破损处泥膜修补情况，若泥膜状态良好，则继续进行开舱作业，若泥膜修补不佳，则提高上土压力值，延长保压时间后，再行检查泥膜情况，直至泥膜状态满足稳定掌子面要求后，继续进行开舱作业；

步骤七，恢复掘进：将成袋膨润土填入盾构土舱内，直至无法填充为止，关闭舱门恢复推进，推进初始不出土，同时加气推进，直至上土压建立至0.2~0.6bar后恢复正常推进。

进一步的，所述的改性水玻璃浆液为由水玻璃和浓硫酸按照2：1的重量比均匀混合而成的混合液。

进一步的，所述步骤一中向刀盘和土舱内打入的膨润土的量为30m3，粘度为65s，填充盾体与开挖轮廓间的空隙时所采用的膨润土的量为3 m3，粘度为65s。

进一步的，所述步骤二中在盾构超前注浆孔内打设的无缝钢管的长度为3.5~4m，直径为φ42。

进一步的，所述步骤六中发酵后的膨润土为发酵24小时后的粘度为65s的膨润土。

进一步的，所述步骤三中所使用的柔性的封堵物为编织袋和20cm厚的海绵，所使用的硬性的封堵物为2cm厚木板、10cm*10cm木方、φ42钢管及顶丝。

进一步的，所述步骤四包括以下步骤：

a、利用高压水枪对中心泥饼进行清除，若泥饼比较坚硬，需采用风镐进行破除，清理过程观察掌子面土体稳定情况；

b、中心泥饼清除后，继续清理刀盘上半部泥饼，每清理一处封堵一处，同时检查并记录刀具的磨损情况； 

c、人工装袋逐层清理舱内土体直至底部，用上述方法继续清理剩余刀盘处泥饼。

进一步的，所述步骤五包括以下步骤：

a、根据刀具磨损情况，利用主室内的维修操纵板转动刀盘，将需更换的刀具转至希望的位置。

b、将换刀所需的工具、机械设备及新刀具运至主室。 

c、在手拉葫芦的配合下，将刀具通过旋松其固定螺栓进行拆卸，并更换新的刀具，在更换刀具后重新使用规定的紧固扭矩拧紧螺栓将其拧紧。 

本发明的有益效果为：实现在砂卵石地层中常压开舱换刀，同时采用常压开舱舱内加固，相比于带压开舱和地面加固后常压开舱，其具有开舱位置更为灵活，对地面影响更小，土体加固更为经济的特点，对于盾构下穿重要建构筑物时的开舱提供了安全可靠的保证。

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步详细说明。

图1是开口处封堵方式示意图。

图中：

1、编织袋及20cm厚的海绵；2、2cm厚木板；3、10cm*10cm木方；4、φ42钢管；5、顶丝。

具体实施方式

本发明实施例所述的一种无水砂卵石地层盾构开舱换刀的方法，具体地包括以下步骤：

1、形成泥膜

向刀盘和土舱内打入30m3粘度为65s的膨润土，同时加气，将上土压升至0.5bar以上，维持30分钟，形成泥膜。利用盾构超前探测孔，采用3m3粘度为65s的膨润土浆液提前填充盾体与开挖轮廓间的空隙，进一步减小沉降速率及幅度。

2、加固盾体周边

利用盾构超前注浆孔，打设3.5~4m的φ42无缝钢管，并注入水玻璃：浓硫酸为2：1的改性水玻璃浆液，压力控制在0.3MPa，每孔注浆量约为0.5m3，加固盾体周边土体，防止刀盘后部土体掉落。

3、加固及封闭盾构掌子面土体 

①30分钟后不转刀盘出土，直至上土压降低到0.01bar为止，同时提前准备好封堵开口及清理泥饼的工具。在上土压降低到0.01bar后，工人进入人闸主室，缓慢打开闸门，对土仓和刀盘进行自然降温。 

②降温完成后，工人进入土仓，观察舱内开口进土口位置，利用φ25无缝钢管打入开口处土体内60cm，注入水玻璃：浓硫酸为2：1的改性水玻璃浆液，保证掌子面土体稳定，导管间距10cm，每个开口处需打管约为5根，每根注浆量约为0.2m3。

③如图1所示，对开口处由上而下利用编织袋和20cm厚的海绵对刀盘进行封堵，并利用2cm木板及100*100木方、φ42钢管及顶丝将开口处牢牢封住，并将钢管与土舱内壁点焊连接。 出土过程中每露出一个开口立即停止出土并封堵，按此方法由上而下进行，共计封堵刀盘上部4个开口，每个开口需使用2套封堵木板。

4、清理泥饼施工

①利用高压水枪对中心泥饼进行清除，若泥饼比较坚硬，需采用风镐进行破除，清理过程中派专人观察掌子面土体稳定情况。

②中心泥饼清除后，继续清理刀盘上半部泥饼，每清理一处封堵一处，同时检查并记录刀具的磨损情况。 

③人工装袋逐层清理舱内土体直至底部，用上述方法清理剩余刀盘处泥饼。

5、刀具检查及更换施工

①在泥饼清理过程中，检查并记录刀具磨损程度。

②根据检查情况必要时使用主室内的维修操纵板转动刀盘，将需更换的刀具转至希望的位置。

③将换刀所需的工具、机械及新刀具运至主室。 

④在手拉葫芦的配合下，将刀具通过旋松其固定螺栓进行拆卸，并更换新的刀具，在更换刀具后要重新使用规定的紧固扭矩拧紧螺栓。  

6、泥膜出现破损时的处理措施

①在开舱过程中，技术人员需随时观察掌子面土体的稳定性，若在清理泥饼或刀盘旋转过程中，发现掌子面泥膜破损，应立即停止开舱施工，撤出土舱，关闭人闸。

②重新向刀盘和土舱内打入发酵24小时粘度为65s的膨润土，同时加气，将上土压升至0.5bar以上，维持30分钟。

③重新按照既定开舱流程，进行开舱作业，检查破损处泥膜修补情况，若泥膜状态良好，则继续进行相关作业，若泥膜修补不佳，则按上述泥膜修补措施，并提高上土压力值，延长保压时间后，再行检查泥膜情况，直至泥膜状态满足稳定掌子面要求，继续进行开舱作业，以保证人员作业安全，掌子面土体稳定。

7、恢复掘进措施

①开舱完成前，应提前完成恢复掘进所需的各项准备工作，包括管片运输、同步注浆浆液制作、作业人员到位等工作，尽量减少恢复掘进准备时间。

②由于开舱过程中，刀盘缓慢旋转，刀具与掌子面土体间存在一定空隙，恢复后初始推进速度和刀盘转速不宜过快或过慢，使刀盘刀具既能缓慢匀速接触并切削掌子面土体，同时可以在一定程度上快速通过该区域。推进速度维持在40mm/分钟左右，刀盘转速维持在1~1.5r/分钟左右。

③恢复掘进时，将30m3成袋膨润土（约40t）填入盾构土舱内，直至无法填充为止，关闭舱门恢复推进，推进初始不出土，同时加气推进，直至上土压建立至0.2~0.6bar后恢复正常推进。

④盾构应快速通过，至盾尾到达开舱区域后，适当加大同步注浆量及压力。

⑤开舱区域对应管片脱离盾尾5~8环后，洞内及时进行二次补浆，适当提高二次补浆压力至0.5MPa。

⑥开舱区域对应管片脱离台车后，及时进行径向补偿注浆，压力控制在2~3MPa。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。