一种利用土压平衡盾构机渣土保压泵送装置的施工方法

摘要

本发明公开了一种利用土压平衡盾构机渣土保压泵送装置的施工方法，通过在土压平衡盾构机掘进到透水性强或沉降控制要求高的地层之前，将其出土口与保压泵送装置连接，同时在泵送过程中向土仓内添加用于防止喷涌现象发生的膨润土或泡沫等进行渣土改良，可通过对泵送装置排量的控制，有效控制土压平衡盾构机土仓内压力，避免喷涌或沉降控制不佳等状况发生，使土压平衡盾构机可兼具土压盾构和泥水盾构的功能，尤其适合复合地层施工的要求，可方便快捷地应对不同状况地层施工的需要，从而大幅度减小施工难度及施工费用，且大大提高施工的安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道工程施工技术中的盾构法施工领域，尤其涉及一种利用 土压平衡盾构机渣土保压泵送装置的施工方法。

背景技术

随着国内地铁建设的大规模开展，盾构施工工法由于具备安全、快捷、 适应性广等特点而在地铁区间施工中被广泛使用。目前世界上主流盾构机分 为泥水盾构及土压盾构，但是各种类型盾构机都具有一定的局限性，虽然通 过土层处理土压平衡式盾构机的应用范围可以扩大到泥水式盾构机应用领 域，但在细砂含量少的非粘性土层中，透水性强、沉降控制要求较高的地层 使用传统土压平衡盾构机具有较大的风险性。相比之下使用泥水盾构机具有 很大的优越性，但是泥水盾构施工费用较高、需要占用较大的场地，且泥水 盾构在粘性地层及自稳性较好的复合地层施工时，经济型及效率远远小于土 压盾构。由此可以看出，目前盾构施工中土压盾构和泥水盾构各有其局限性， 两者优缺点相互对立，在复合地层施工应用如广州地区将会面临选型、风险、 费用等多方面难题。

发明内容

本发明的目的在于针对利用传统土压平衡盾构机进行施工的局限性，提 供一种利用土压平衡盾构机渣土保压泵送装置的施工方法，通过将传统土压 平衡盾构机与保压泵送装置连接，扩大土压平衡盾构机的使用范围，解决土 压平衡盾构机在对透水性强、沉降控制要求较高的地层的施工中喷涌及沉降 控制不佳等难题。

本发明的技术方案为：

一种利用土压平衡盾构机渣土保压泵送装置的施工方法，其中，在所述 土压平衡盾构机掘进到透水性强或沉降控制要求高的地层之前，将所述保压 泵送装置进行组装并与所述土压平衡盾构机的出土口连接，启动所述土压平 衡盾构机及保压泵送装置，利用保压泵送装置控制出土口排量，避免喷涌及 沉降控制不佳状况发生。

优选的是，所述的利用土压平衡盾构机渣土保压泵送装置的施工方法中， 在将保压泵送装置连接至出土口之前，先将所述土压平衡盾构机停止掘进， 关闭出土口闸门，然后再进行连接，并在泵送过程中向土仓内添加用于防止 喷涌发生的渣土改良物。

优选的是，所述的利用土压平衡盾构机渣土保压泵送装置的施工方法中， 所述保压泵送装置的组装及操作方法如下：

步骤一、机架的安装，将与所述土压平衡盾构机出土口相连的皮带机拆 除，将保压泵送装置的机架固定安装在土压平衡盾构机的连接桥上；

步骤二、保压泵送装置的安装，将保压泵送装置的组成部件通过法兰顺 次连接，组成保压泵送装置的渣土保压输送通路，并将保压泵送装置的破碎 机、泵送装置及排渣管分别固定于所述机架上；

步骤三、通过操作保压泵送装置中控制系统的启停按钮，启动所述泵送 装置，同时打开出土口闸门，并启动所述土压平衡盾构机的螺旋输送机，则 保压泵送开始。

优选的是，所述的利用土压平衡盾构机渣土保压泵送装置的施工方法中， 步骤二中所述保压泵送装置组装完成后，在各组件的相互连接处进行密封处 理，所述密封方法可为在连接处增设橡胶密封圈或缠绕防水材料。

优选的是，所述的利用土压平衡盾构机渣土保压泵送装置的施工方法中， 当所述保压泵送装置的控制系统显示土压过高时，增加所述泵送装置的排量 进行土压调节；当所述保压泵送装置的控制系统显示土压过低时，减小所述 泵送装置的排量进行土压调节。

优选的是，所述的利用土压平衡盾构机渣土保压泵送装置的施工方法中， 对所述保压泵送装置可进行如下操作：

当需要进行破碎工作时，先关闭泵送装置停止泵送，并停止或减小所述 土压平衡盾构机的螺旋输送机的进程，同时启动破碎机，完成一批渣土的破 碎后，关闭破碎机停止破碎，并重新启动泵送装置进行泵送，泵送完成后再 进行下一批渣土的破碎，并依此循环进行下去。

优选的是，所述的利用土压平衡盾构机渣土保压泵送装置的施工方法中， 对所述保压泵送装置也可进行如下操作：将螺旋输送机的进程调至一定的低 度，同时开启破碎机及泵送装置持续进行破碎和泵送。

优选的是，所述的利用土压平衡盾构机渣土保压泵送装置的施工方法中， 所述渣土改良物可为膨润土或泡沫。

本发明具有以下有益效果：首先，本发明通过在土压平衡盾构机掘进到 透水性强或沉降控制要求高的地层之前，将其出土口与保压泵送装置连接， 可通过对泵送装置排量的控制，有效控制土压平衡盾构机土仓内压力，避免 喷涌或沉降控制不佳等状况发生，使土压平衡盾构机可兼具土压盾构和泥水 盾构的功能，尤其适合复合地层施工的要求，从而大幅度减小施工难度及施 工费用。

其次，本发明通过在掘进到透水性强或沉降控制要求高的地层之前先将 所述土压平衡盾构机停止掘进，关闭出土口闸门，将保压泵送装置连接至出 土口，并在泵送过程中向土仓内添加用于防止喷涌发生的膨润土或泡沫，处 理完毕之后启动保压泵送装置，可最大可能地避免喷涌或沉降控制不佳状况 的发生，大大提高施工的安全性。同时，通过吊装的方式，利用法兰及螺栓 对所述渣土保压泵送装置快速进行组装，可方便快捷地应对不同状况地层施 工的需要。

具体实施方式

下面对本发明做详细说明，以令本领域普通技术人员参阅本说明书后能 够据以实施。

一种利用土压平衡盾构机渣土保压泵送装置的施工方法，其中，在所述 土压平衡盾构机掘进到透水性强或沉降控制要求高的地层之前，将所述保压 泵送装置进行组装并与所述土压平衡盾构机的出土口连接，启动所述土压平 衡盾构机及保压泵送装置，利用保压泵送装置控制出土口排量，避免喷涌及 沉降控制不佳状况发生。现有的土压平衡盾构机掘进到透水性强、沉降控制 要求高的地层时，由于掘出的渣土含水量多，使螺旋输送机的土仓内的土压 极不易控制，极易造成喷涌现象，使施工无法进行，且造成一定的危险，本 发明通过在掘进到透水性强或沉降控制要求高的地层之前，将螺旋输送机的 出土口与所述保压泵送装置连接，通过调控泵送装置的排量对螺旋输送机土 仓内的土压进行有效控制，从而避免喷涌现象发生。

所述的利用土压平衡盾构机渣土保压泵送装置的施工方法中，在将保压 泵送装置连接至出土口之前，先将所述土压平衡盾构机停止掘进，关闭出土 口闸门，然后再进行连接，并在泵送过程中向土仓内添加用于防止喷涌发生 的渣土改良物，所述渣土改良物可为膨润土或泡沫，也可以使膨润土和泡沫 的混合物，可根据实际情况对渣土改良物进行选择。在掘进到含水量高的地 层，挖掘出含水量高的渣土时，通过添加膨润土或泡沫，可快速提高土仓内 含水量高的渣土的粘度及稳定性，避免喷涌的发生，为保压泵送装置提供组 装及连接时间，保障施工的安全。

所述的利用土压平衡盾构机渣土保压泵送装置的施工方法中，所述保压 泵送装置的组装及操作方法如下：

步骤一、机架的安装，将与所述土压平衡盾构机出土口相连的皮带机拆 除，通过吊装将保压泵送装置的机架固定安装在土压平衡盾构机的连接桥上， 形成对保压泵送装置的支撑机构。

步骤二、保压泵送装置的安装，将保压泵送装置的组成部件通过法兰顺 次连接，包括弯管、破碎机、波纹补偿器、泵送装置及排渣管，组成保压泵 送装置的渣土保压输送通路，并将保压泵送装置的破碎机、泵送装置及排渣 管分别固定于所述机架上，增强工作状态下结构的稳定性，避免震动引起工 作运行不稳定。也可根据实际需要对破碎机及波纹补偿器进行选择性安装， 地层中的砂石含量少的情况下也可不安装破碎机。排渣管的铺设可根据渣土 排放地点确定长度、走向及开口位置。

步骤三、通过操作保压泵送装置中控制系统的启停按钮，启动所述泵送 装置，同时打开出土口闸门，并启动所述土压平衡盾构机的螺旋输送机，则 保压泵送开始，高含水量、呈泥浆状的流动性极强的渣土通过泵送装置的额 控制及输送排放至排渣管出口，并通过出口处的运输装置及时运送出施工场 地。

所述的利用土压平衡盾构机渣土保压泵送装置的施工方法中，步骤二中 所述保压泵送装置组装完成后，在各组件的相互连接处进行密封处理，避免 渣土输送过程中的泄露，并且避免渣土泄露引起的保压泵送装置及土仓内压 力的变化。所述密封方法可为在连接处增设橡胶密封圈或缠绕防水材料。

所述的利用土压平衡盾构机渣土保压泵送装置的施工方法中，当所述保 压泵送装置的控制系统显示土压过高时，增加所述泵送装置的排量进行土压 调节；当所述保压泵送装置的控制系统显示土压过低时，减小所述泵送装置 的排量进行土压调节。

所述的利用土压平衡盾构机渣土保压泵送装置的施工方法中，对所述保 压泵送装置可进行如下操作：

当需要进行破碎工作时，先关闭泵送装置停止泵送，并停止或减小所述 土压平衡盾构机的螺旋输送机的进程，同时启动破碎机，完成一批渣土的破 碎后，关闭破碎机停止破碎，并重新启动泵送装置进行泵送，泵送完成后再 进行下一批渣土的破碎，并依此循环进行下去。

所述的利用土压平衡盾构机渣土保压泵送装置的施工方法中，对所述保 压泵送装置也可进行如下操作：将螺旋输送机的进程调至一定的低度，使渣 土挖掘及排出的速度降低，同时开启破碎机及泵送装置持续进行破碎和泵送。

设备油压、土压、泵送方量、泵送时间等均能显示在操作屏上，泵送装 置的启闭、排渣量、破碎机的启闭、动作快慢均能通过操作屏来控制。当操 作屏显示土压过高时，可以通过操作屏或排量调节电位器增大排量，完成土 压调节。当需要对油缸进行单独控制时，在泵送启动状态下按下泵送启停按 钮一次，停止泵送，控制主缸点动或分配点动的旋转开关，调至左缸动作或 右缸动作，则对应油缸将单独动作。当要停止电机运作时，先按下泵送启停 停止泵送工作，再按下电机停止按钮停止电机运作。当遇到紧急情况需要停 止设备时，则按下急停按钮紧急停止设备。

本发明中所述的渣土保压泵送装置主要包括以下组成部分：

泵送装置，其通过连接管路与所述螺旋输送机的出土口连接，用于调节 出土口的排量。所述泵送装置可为混凝土泵、柱塞泵或S阀泵等。

弯管，可使所述弯管的第二端转化为水平设置，方便与后续设备的对接。 所述弯管第一端设为与所述出土口相对应的尺寸及外形，并与所述出土口连 接，所述弯管的第二端设置为与其连接部件相对应的尺寸及外形。本发明中 弯管设置为钢制的方转圆弯管，既第一端设置为方口，第二端设置为圆口， 以方便将出土口与其他设备对接，也可根据出土口及其他对接口外形的不同 设为其他形状的开口。

破碎机，其设置于所述弯管与泵送装置之间，所述破碎机的进料口与所 述弯管的第二端连接，所述破碎机的出料口与所述泵送装置的进料口连接； 设置破碎机可在掘进到含砂石较多的地层时，将砂石进行一定的破碎然后再 由泵送装置排出，一方面避免砂石造成渣土输送通路的粘结堵塞，另一方面 减小砂石对装置的撞击，减小装置的机械磨损。破碎机的出料口设置有格栅， 用于对进泵岩土粒径进行控制。

轴向波纹补偿器，设置于弯管和破碎机之间，所述轴向波纹补偿器两端 通过法兰分别和弯管的第二端及破碎机的进料口端连接，另外，轴向波纹补 偿器还通过至少两个调节丝杠分别与所述弯管和破碎机连接，并由调节丝杆 进行调节，用于吸收轴向尺寸变化及减震降噪。

机架及排渣管，机架由工字钢梁连接构成，通过螺栓固定安装于连接桥 上，破碎机及泵送装置分别通过螺栓固定于机架上；排渣管由多节无缝钢管 通过法兰固定连接而成，其一端与泵送装置的出料口连接，由机架支撑并延 伸开口于渣土运输地点。

控制系统，破碎机及泵送装置分别与控制系统连接并由控制系统进行调 控；另外，破碎机及泵送装置内部分别设置有土压传感器，且所述土压传感 器分别与控制系统的显示屏通讯连接，并实时传递破碎机6及泵送装置3内 的压力。可根据土压传感器所显示的数据，通过对控制系统的操作对泵送装 置的排量做出相应的调节。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方 式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领 域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范 围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定细节。