一种大直径泥水盾构带压开舱作业时掌子面泥膜维护方法

摘要

本发明涉及城市地下工程施工技术领域，具体涉及一种大直径泥水盾构带压开舱作业时掌子面泥膜维护方法：带压开舱后，采用高压喷枪喷射高粘度膨润土于掌子面泥膜裂缝处，使高粘度膨润土渗入裂缝，对裂缝填充封闭，喷射次数为至少一次；高粘度膨润土由压浆剂、膨润土、水按照1:15～20:35～40的比例配制。本发明可大大提高了大泥水平衡盾构带压开舱时掌子面泥膜的维护效率，同时开舱作业时无需反复加压减压，降低因压力的变化对操作人员带来的健康风险。

说明书

技术领域

本发明涉及城市地下工程施工技术领域，具体涉及一种大直径泥水盾构带压开舱作业时掌子面泥膜维护方法。

背景技术

盾构机在复杂多变的地层中掘进时，经常发生刀具的异常磨损等情况，需要开舱检查及更换刀具。近年来随着盾构制造技术的发展，盾构机朝着大直径、大埋深的方向发展，并开发出了大直径常压刀盘，当刀具异常磨损时，只需在刀盘辐臂常压环境下更换刀具，从而提高了施工效率。虽然常压刀盘解决了带压开舱换刀的难题，但是盾构机还会面临碎石机损坏、刀盘结泥饼、主驱动密封失效等问题，此时仍需要及时进舱检查，并对故障现象进行处理。但由于在高水压、高渗透性及复杂地质条件下进行盾构开舱作业具有高难度性和高风险性，处理不当往往会引起开挖面坍塌、地下水击穿等不良后果，因此掌子面泥膜稳定性是开舱成功与否的关键。带压开舱是利用泥浆在开挖面上形成封闭的泥膜，然后通过气压来平衡想对应的水土压力，并在气压支护下进行开舱的方法(CN104121023A：泥水盾构带压开舱时开挖面泥膜闭气值的测试装置及方法)。目前带压开舱均需要进行加压和减压流程，耗费大量时间，频繁的加压和减压对进舱人员身体又一定的影响。因此，如何持续的维护掌子面泥膜的稳定，避免带压开舱时间较长的情况下泥膜在压力作用下出现裂纹、穿孔等情况，为进舱人员提供一个稳定安全的工作环境，成为盾构行业一直关注的问题。目前的做法为在开舱作业进行过程中，开挖仓压力逐渐降低、无法保压，则说明泥膜可能出现裂隙，人员需要撤离，并重新对开挖仓注浆形成新的泥膜，该方法耗时长且增加成本。在此基础上，研究人员开发了一种新的方式(CN111042825 A：土压平衡盾构带压开舱时开挖面泥膜劣化-透气的修补方法)，即通过毛刷在泥膜裂缝出均匀涂抹泥浆，并提高开挖仓压力，维持一段时间使泥浆渗入裂缝，通过反复操作，从而形成新的泥膜，再降低压力进行进舱施工。相比传统方法，这种方法虽然效率上有所提高，但还需要反复加压减压，进舱人员采用毛刷的方式涂抹作用面积小，操作效率较低。

发明内容

针对现有技术中大盾构掌子面泥膜维护效率低、气压舱需反复加压减压等技术问题，本发明提供一种大直径泥水盾构带压开舱作业时掌子面泥膜维护方法，大大提高了大泥水平衡盾构带压开舱时掌子面泥膜的维护效率，同时开舱作业时无需反复加压减压，降低因压力的变化对操作人员带来的健康风险。

本发明提供一种大直径泥水盾构带压开舱作业时掌子面泥膜维护方法：带压开舱后，采用高压喷枪喷射高粘度膨润土于掌子面泥膜裂缝处，使高粘度膨润土渗入裂缝，对裂缝填充封闭，喷射次数为至少一次；

高粘度膨润土由压浆剂、蒙脱土、水按照1:15～20:35～40的重量比例配制。其中，压浆剂为现有技术中使用的常规压浆剂，压浆剂由高性能塑化剂、表面活性剂、硅钙微膨胀剂、水化热抑制剂、迁移型阻锈剂、纳米级矿物硅铝钙铁粉、稳定剂精制而成的压浆剂或与低碱低热硅酸盐水泥等精制复合而成的压浆料。

进一步的，带压开舱前，通过理论计算和保压降压试验确定进舱压力，需要确定在保证泥膜质量较好的情况下，使带压进舱压力尽量减小，以延长进舱工作时间。

进一步的，配制的高粘度膨润土的粘度为40～60s，所述的粘度为马氏漏斗粘度。

进一步的，根据掌子面泥膜裂缝大小以及位置，调节喷射流量；裂缝较大，增大喷射流量；裂缝较小，降低喷射流量，以高粘度膨润土完全糊住裂缝为标准，目的在于喷出适合裂缝大小喷涂量的泥浆，更充分的对裂缝进行填充。

进一步的，喷出的高粘性膨润土呈喷雾状，使喷涂更加均匀。

进一步的，开舱作业时，观察掌子面泥膜以及气压舱压力波动，若出现裂缝或压力波动，则再次喷射高粘性膨润土，直至肉眼观察不到裂缝或压力稳定。

进一步的，裂缝喷涂完成后，若气压舱气压不稳定，对掌子面泥膜进行全面喷射高粘性膨润土，直至气压舱压力稳定，减少因肉眼无法观察到的泥膜裂缝引起的不良效果。

进一步的，高压喷枪为手持式，采用气动式压力控制，气压控制范围为：11-12bar。

进一步的，高粘度膨润土的密度比开舱泥浆密度小0.2～0.4g/cm

作为一个优选的技术方案：

本发明所述的一种大直径泥水盾构带压开舱作业时掌子面泥膜维护方法，具体包括如下步骤：

(1)带压开舱前，根据计算和试验确认所需进舱压力；

(2)取开舱用压浆剂、蒙脱土、水混合配制高粘度膨润土，将配制好的高粘度膨润土置于高压喷枪内；

(3)人员进舱后，通过观察掌子面泥膜表面情况，判断泥膜裂隙大小、位置，调节对应操作参数，采用高压喷枪裂缝进行喷射高粘度膨润土处理，以高粘度膨润土完全糊住裂缝为标准；

(4)开舱作业过程中，观察掌子面表面情况，若出现新的裂缝，则重复进行喷射高粘度膨润土情况，对掌子面泥膜进行动态维护；

(5)喷射作业完成后，掌子面泥膜若未出现裂纹和/或气压舱压力波动，无需对掌子面泥膜进行其余操作；若掌子面泥膜若出现裂纹和/或气压舱压力波动，对掌子面泥膜进行全面喷射高粘性膨润土。

本发明的原理为：本发明采用高粘度膨润土对泥膜裂缝进行填充，高粘度膨润土中蒙脱石可以使高粘度膨润土渗入裂缝后发生膨胀，用来填充裂缝；压浆剂可以使制备的浆体硬化后有较高的强度和弹性模量及膨胀无收缩性和粘接力，可以使裂缝内浆体饱满密实；原料中水的目的是使高粘度膨润土保持一定的流动性，方便用于喷枪喷射；采用上述原料的配比的高粘度膨润土性能最佳；同时，本发明采用高压喷枪对掌子面泥膜上出现的裂纹进行填充，效率高、操作方便，适用于大直径泥水盾构带压开舱作业时掌子面泥膜的维护。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的大直径泥水盾构带压开舱作业时掌子面泥膜维护方法，采用压浆剂、膨润土、水按比例调配混合而成的高粘度膨润土作为泥膜维护泥浆，具有粘度高、重量轻、易膨化的特点，且易形成均匀喷雾；利用高压喷枪对掌子面泥膜上出现的裂纹进行填充，并保持掌子面的湿润，可以有效地保证泥膜的气密性和稳定性，其操作简单、方便，采用高压喷枪装置喷射面积大，喷射时间短，同时无需对气压舱反复加压，降低施工人员健康风险，可以实现对大直径掌子面泥膜进行快速动态维护。

本发明对掌子面泥膜裂纹处理后，无需进行额外处理，方便高效。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明所述的大直径泥水盾构带压开舱作业时掌子面泥膜维护方法，具体包括如下步骤：

(1)带压开舱前，通过理论计算和保压降压试验，确定在保证泥膜质量较好的情况下，使带压进舱压力尽量减小，以延长进舱工作时间；

(2)取压浆剂、膨润土、水混合搅拌配制泥膜维护泥浆，其中压浆剂、膨润土、水质量比为1:18:38进行混合，使膨润土混合物泥浆粘度保持在50s，高粘度膨润土的密度比开舱泥浆密度小0.3g/cm

(3)工作人员进舱时，携带高粘性膨润土以及高压喷枪。观察掌子面泥膜裂缝大小以及位置，喷射高粘性膨润土。裂缝较大，则调节喷射流量，增加喷涂量。同时调节高压喷枪气压大小，高压喷枪为手持式，采用气动式压力控制，气压控制范围为：11-12bar，使喷出的高粘性膨润土呈喷雾状，便于均匀分布。喷涂工作完成后，检查气压仓压力波动情况，若气压不稳定，则泥膜表面还存在肉眼观察不到的裂纹，则对掌子面泥膜进行全面喷射高粘性膨润土泥浆，直至气压仓压力波动稳定。

(4)开舱作业过程中，观察掌子面泥膜以及气压仓压力波动情况，若出现裂纹和/或压力不稳定，则再次喷射高粘性膨润土，以实现对掌子面泥膜的动态维护。

(5)对掌子面泥膜进行喷射高粘性膨润土作用后，若未出现裂纹和/或压力不稳定，无需对泥膜进行额外处理。

实施例2

本发明所述的大直径泥水盾构带压开舱作业时掌子面泥膜维护方法，具体包括如下步骤：

(1)带压开舱前，通过理论计算和保压降压试验，确定在保证泥膜质量较好的情况下，使带压进舱压力尽量减小，以延长进舱工作时间；

(2)取压浆剂、膨润土、水混合搅拌配制泥膜维护泥浆，其中压浆剂、膨润土、水质量比为1:15:40进行混合，使膨润土混合物泥浆粘度保持40s，高粘度膨润土的密度比开舱泥浆密度小0.2g/cm

(3)工作人员进舱时，携带高粘性膨润土以及高压喷枪。观察掌子面泥膜裂缝大小以及位置，喷射高粘性膨润土。裂缝较大，则调节喷射流量，增加喷涂量。同时调节高压喷枪气压大小，高压喷枪为手持式，采用气动式压力控制，气压控制范围为：11-12bar，使喷出的高粘性膨润土呈喷雾状，便于均匀分布。喷涂工作完成后，检查气压仓压力波动情况，若气压不稳定，则泥膜表面还存在肉眼观察不到的裂纹，则对掌子面泥膜进行全面喷射高粘性膨润土泥浆，直至气压仓压力波动稳定。

(4)开舱作业过程中，观察掌子面泥膜以及气压仓压力波动情况，若出现裂纹和/或压力不稳定，则再次喷射高粘性膨润土，以实现对掌子面泥膜的动态维护。

(5)对掌子面泥膜进行喷射高粘性膨润土作用后，若未出现裂纹和/或压力不稳定，无需对泥膜进行额外处理。

实施例3

本发明所述的大直径泥水盾构带压开舱作业时掌子面泥膜维护方法，具体包括如下步骤：

(1)带压开舱前，通过理论计算和保压降压试验，确定在保证泥膜质量较好的情况下，使带压进舱压力尽量减小，以延长进舱工作时间；

(2)取压浆剂、膨润土、水混合搅拌配制泥膜维护泥浆，其中压浆剂、膨润土、水质量比为1:20:35进行混合，使膨润土混合物泥浆粘度保持60s，高粘度膨润土的密度比开舱泥浆密度小0.4g/cm

(3)工作人员进舱时，携带高粘性膨润土以及高压喷枪。观察掌子面泥膜裂缝大小以及位置，喷射高粘性膨润土。裂缝较大，则调节喷射流量，增加喷涂量。同时调节高压喷枪气压大小，高压喷枪为手持式，采用气动式压力控制，气压控制范围为：11-12bar，使喷出的高粘性膨润土呈喷雾状，便于均匀分布。喷涂工作完成后，检查气压仓压力波动情况，若气压不稳定，则泥膜表面还存在肉眼观察不到的裂纹，则对掌子面泥膜进行全面喷射高粘性膨润土泥浆，直至气压仓压力波动稳定。

(4)开舱作业过程中，观察掌子面泥膜以及气压仓压力波动情况，若出现裂纹和/或压力不稳定，则再次喷射高粘性膨润土，以实现对掌子面泥膜的动态维护。

(5)对掌子面泥膜进行喷射高粘性膨润土作用后，若未出现裂纹和/或压力不稳定，无需对泥膜进行额外处理。

本发明采用压浆剂、膨润土、水按比例调配混合而成的高粘度膨润土作为泥膜维护泥浆，具有粘度高、重量轻、易膨化的特点，且易形成均匀喷雾；利用高压喷枪对掌子面泥膜上出现的裂纹进行填充，并保持掌子面的湿润，可以有效地保证泥膜的气密性和稳定性，其操作简单、方便，采用高压喷枪装置喷射面积大，可以对大直径掌子面泥膜进行快速动态维护，同时无需对气压舱反复加压，降低施工人员健康风险。

如在济南黄河隧道工程某标段，掌子面泥膜出现裂纹、表面干燥等情况，采用本发明实施例1所述的方法，维护工期可控制在2小时内，目前常规的泥膜修补方法(反复加压减压，进舱人员采用毛刷的方式涂抹的方式)的维修工期通常是在1-2天，大大提高了施工效率。

尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。