专利名称：一种盾构机进仓方法
技术领域：
本发明涉及一种盾构^^的施工方法，特别涉及一种盾构冲几的进仓方法。
背景技术：
近年，我国水下盾构隧道开始了蓬勃发展，虽然国内大直径泥水盾 构已有较多的成功工程实例，但是大直径水下隧道使用盾构法施工还是 存在较大的风险，进仓作业是盾构施工的最大风险之一。在以往的工程
施工中因为进仓作业出现的事故较多，有的甚至造成多人在仓内伤亡； 但在复合地层中施工，进仓作业是很难避免的，因此，如何通过采取相 应措施完成安全进仓，是目前盾构施工中亟待解决的难题。
发明内容
本发明的目的是公开一种盾构机的进仓方法，以解决盾构机安全进 出仓的问题。
为了实现以上目的，本发明公开了一种盾构机的进仓方法，包括 A、获取盾构机的掌子面的地质水文信息；B、根据地质水文信息对掌子 面的地层进行止水加固处理；C、施工人员进入仓内进行作业。
其中，在操作C之后还包括对仓内积水进行抽排。
其中，如果地质水文信息显示掌子面处于不能常压自稳的富水地层， 在操作B之前包括根据地质水文信息中的压力参考值和盾构机的气垫 仓的切口环压力，获得进仓的工作压力，工作压力应高于切口环压力0. 1 至O. 2bar;操作C包括施工人员以工作压力带压进仓，经过对掌子面 进行检查后，施工人员开始作业。
其中，操作C还包括作业完毕后，施工人员进入盾构机的减压仓， 经过减压处理后出仓。
其中，操作B包括加大同步注浆量，封堵盾尾后部、管片背后地
4层来水；向盾构机的泥水仓内注高粘度泥浆形成泥膜，密封掌子面；向 地表注浆，封堵漏气或冒浆通道在盾构机停机前对地表进行监测和观察， 并与原地表相比4交；降〗氐泥水仓的液位，同时降^氐盾构才几的气垫仓的压 力；观察泥水仓的液位和气垫仓的压力，确定液位和压力未出现波动。
其中，不能常压自稳的富水地层包括全断面软弱地层、上软下硬富 水地层和岩石《皮-争带地层。
其中，如果地质水文信息显示掌子面处于整体性较好、裂隙水不太 发育的地层，操作B包括加大同步注浆量，进行二次补充注浆，并注 入堵水材料；调整浆液的压力、配比和注入量；降低盾构机的泥水仓的 液位，同时降低盾构机的气垫仓的压力；操作C包括对仓进行卸压处 理后，向仓内通风一定时间，进4亍仓内气体4企测和通风；施工人员对掌 子面的情况进行确认，然后进行作业。
其中，如果地质水文信息显示掌子面处于软弱富水地层，操作B包 括对盾构机的地层进行加固；对加固的效果进行评估；按照全断面岩 层的方式对地层的周边进行止水处理。
其中，如果地质水文信息显示所述掌子面处于可自稳的地层，操作 B包括向掌子面提供足够的反压后，施工人员进入仓内进行作业。
本发明的盾构机进仓方法，根据盾构机地层特别是掌子面的水文地 质情况，公开了四种进仓方法，可以实现在各种情况下的安全进出仓， 方便施工人员的仓内换刀或故障排除等工作。
图1是本发明盾构机的侧视剖面图2是本发明盾构机刀盘的立体结构示意图3是本发明盾构机刀盘的正视剖面图4是本发明盾构机人员压力仓的立体结构示意图5是本发明盾构机人员压力仓的整体剖面布局图6是本发明盾构才儿人员压力仓的侧面结构示意图7是本发明盾构机带压限排进仓方法实施例的流程示意图8是本发明盾构机周边止水限排进仓方法实施例的流程示意5图9是本发明盾构机地层加固止水限排进仓方法实施例的流程示意
图10是本发明盾构机低压限排进仓方法实施例的流程示意图。
结合附图在其上标记以下附图标记 l-刀盘，2-泥水仓，3-方形门，4-气垫仓，5-人员压力仓，6-整体盾 壳，7-管片隧道，8-切刀刀具，9-滚刀刀具，10-^非浆口， 11-边缘保护 刀，12-边刮刀。
具体实施例方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式
进行详细描述。 对于长距离复合地层的隧道来说，盾构法施工进仓(人员压力仓) 作业是必不可少的工序，也是目前解决盾构机仓内故障和换刀等作业的 唯一途径，同时也是摸清掌子面地质水文的最有效的方法。本发明公开 了 4种盾构机的进仓方法带压进仓、敞开式开仓，地层加固开仓、低 压限排进仓。具体选择那种方法应根据仓内作业目标和所处位置的地质 水文等情况而定，如图1-图6所示。在本发明中，所述的"进仓"都是 指进入人员压力仓。
1、 带压限排进仓法
带压进仓在一定压力范围内，应该说可以适应于各种地层，特别针 对掌子面不能常压自稳及富水地层，如全断面软弱地层、上软下硬富 水地层、岩石破碎带等不良地层。
2、 周边止水限排进仓法
周边止水限排进仓主要针对掌子面能够自稳的原状地层或加固体， 地层整体性较好，裂隙水不太发育的情况下，通过在隧道内对盾构机后 部或整体盾壳6外部地层进行止水处理后就能满足常压进仓。
3、 地层加固止水限排进仓法
对于软弱富水地层中，需要大量仓内作业或割焊等操作，宜提前将 穿越地层进行加固止水处理，待加固体有一定强度后，将盾构机推进至 预先加固位置后，再敞开式进仓作业。此种方式可长时间停机工作，并 且工作面多。
4、 低压限排进仓法低压限排进仓技术是建立在带压进仓和掌子面地层有一定自稳性基 础上的，通过周边止水仍不能达到常压开仓的目标，通过加低压阻止地 下水和稳定地层的方法来进仓作业，这样可大大提高带压进仓的工作效率。
图7是本发明盾构机带压限排进仓方法实施例的流程示意图，如图
7所示，盾构机带压限排进仓方法包括
步骤S702,获取盾构机的掌子面的地质水文信息，确定进仓方法 在进行盾构机进仓作业之前，要获取盾构机的掌子面的地质水文信
息，如果掌子面处于不能常压自稳及富水地层，如全断面软弱地层、
上软下硬富水地层、岩石破碎带等不良地层，将采取带压限排进仓法进仓。
步骤S704，带压进仓人员和设备的准备
由于带压限排进仓对人员和设备有着特殊的要求，因此带压限排进 仓前必须对进仓人员进行身体检查、理论与实践培训，配备专业的操艙 医生，并对人员压力舱5及其他相关设备进行全面的检查和调试。
步骤S706,带压进仓压力的确定
依据开仓处水文地质条件及埋深等资料，计算出掌子面理论顶部水 土压力和其它部位侧压力作为压力参考值，获得保压停机时气垫仓泥浆 液位相对稳定时的切口环压力，确定本次带压进仓的工作压力。在软弱 地层中，为了掌子面的稳定，带压进仓压力应略高于切口环压力 0.1 0.2bar为宜。
步骤S708，带压进仓前地层处理，包括
步骤S7082,加大同步注浆量确定带压进仓位置后，对停机前的 2~3环加大同步注浆量，从而达到加强封堵盾尾后部、管片隧道7背后 地层来水的目的。-f见地层稳定性和渗透性，注浆量加大至理论注浆量的 2~2.5倍；同时多注意同步注浆压力，与切口环泥水压力基本匹配；也可 适当调整砂浆的稠度、比重和凝结时间等。
步骤S7084，注高粘度泥浆做泥膜由于是在不良地层中带压进仓， 地层渗透性强或裂隙发育，在开仓前应向泥水仓2内注高粘度特种泥浆 形成有效的泥膜，从而建立起良好的气压边界，达到密封掌子面的目的。通过对地层和掘进情况的分析，判断掌子面的自稳性或仓内坍塌情 况，并根据地表冒浆、漏气和塌陷情况，来确定高粘度泥浆配比性能和 注入数量，使泥浆比重与粘度均满足护壁要求。
一般泥浆比重在1.1
1.2g/cm3，粘度在50 170s之间，注泥浆量为泥水仓2容量的0.2 0.5倍 (注入前应先把气垫仓4液位降低，泥浆直接注入泥水仓2);其次，在 漏气量较大时，可在高粘度泥浆内加入锯末、谷壳和纤维等，以更好的 填塞地层孔隙；随着泥浆的注入，并通过设定压力的逐步调整和合理炎」 转刀盘1来保压，从而达到形成良好泥膜的目的。
当泥水压力大于地下水压力时，泥水按达西定律渗入土壤，形成与 土壤间隙一定比例的悬浮颗粒，在"阻塞"和"架桥"效应的作用下被 获并积聚于土壤与泥水的接触表面，从而形成泥膜。随着时间的推移， 泥膜的厚度不断增加，渗透抵抗力逐渐增强，掌子面达到密封效果。
步骤S7086,地表注浆封堵处理如地表已出现隆起、击穿、漏气 和冒浆，或地表出现塌陷、漏气和冒浆，应加强地表沉降监测和观测， 有条件可通过地表灌浆、压密注浆等措施封堵漏气或冒浆通道。
步骤S710,带压进仓前气密性试验
步骤S7102，地表监测确定停机进仓方案后，在停才凡前几环，应 加强地表监测和观察，与原地表地貌相比较，主要包括标高、位置、地 貌等，如有漏气冒浆之类，则要观察其发展及变化，与掌子面人员及时 沟通，直至进仓作业完毕，确保进仓过程安全。
步骤S7104,降液位降液位就是要把仓内泥水减少，即使排浆大 于进浆。降液位前要将泥水模式转换为气垫模式，即打开两仓之间的平 衡阀向泥水仓2送气，随着泥水仓2气体的增加，泥水仓2与气垫仓4 液位最终都緩慢下降，根据进气的大小来调节降液位的速度，即调整各 进排浆泵的流量，原则上保证泥水仓切口压力为i殳定的进仓工作压力， 波动范围控制在土O.lbar。随着仓内液位的下降，同时梯度降低气垫仓压 力，最终气垫仓4气压设定与切口压力相同。
步骤S7106,气压与液位观察转换为气垫才莫式后，要加强与地表 观察人员的联系，地表漏气和冒浆等情况不能有大的变化，地表监测正 常；降液位过程中要观察泥水仓2各压力、气垫仓4与供气系统压力未出现较大的波动；液位降至预定位置后(根据要从事的作业， 一般液位 最低为10%左右)，继续观察压力与液位工业空压机供气要比较稳定， 压力未急剧下降或出现大的波动，同时仓内泥水液位上涨较缓慢或稳定。 步骤S712,带压进仓检查气压与泥水液位都确认稳定后，由专业医生操仓，在救生人员的陪 同下，和施工人员一块先加压进仓；进仓后按程序打开方形门3,先由 土木技术人员更进一步对掌子面地层情况、泥膜质量、掌子面密闭性等 进行检查，确认安全后方可进行其它作业；然后，由施工人员对刀盘l、 刀具(包括切刀刀具8、滚刀刀具9、边缘保护刀ll和边刮刀12)或仓 内问题情况进行检查与确认，最终来确定仓内的具体操作方案。步骤S714,带压进仓作业根据技术部门制定的工作方案，施工人员在专业医生操仓与救生人 员的配合下，再加压进仓进行仓内换刀或故障排除等工作。 步骤S716,仓内积水的抽排为了尽量降低进仓工作压力， 一般情况下所设定的压力只平衡泥水 仓2中上部的压力，所以地层中难免还会有水进入仓内，液位还会逐步 上升，当上升到一定高度影响工作时，就必须再次降低液位。步骤S718，减压出仓及恢复掘进减压出仓专业操仓医生要严格按照国家潜水规范制订相应的减压 方案，每组进仓人员进仓作业到达规定时间后，必须及时进入减压仓， 按照相应的减压方案，进行减压及出仓。图8是本发明盾构机周边止水限排进仓方法实施例的流程示意图， 如图8所示，本发明盾构机周边止水限排进仓方法包括步骤S802,获取盾构机的掌子面的地质水文信息，确定进仓方法在进行盾构机进仓作业之前，要获取盾构机的掌子面的地质水文信 息，掌子面如果处于能够自稳的原状地层或加固体，地层整体性较好， 裂隙水不太发育的情况下，采用周边止水限排进仓法进仓。步骤S804，周边止水处理在采用本进仓方法的全断面岩层中，在管片背后更容易形成后部水 流通道，这种地层止水一般针对管片与地层之间、盾壳与地层之间间隙。9尾部来水的封堵可与软弱地层一样，采取加大同步注浆量，并且可对脱 出盾尾的几环管片进行二次补充注浆。如果盾壳外地层来水也很大，可 利用盾构机中前体上的超前注浆孔来注入堵水材^",对后部盾壳外围的 来水进行封堵，尽量减少仓内的汇水量。视地层的稳定性和渗透性，调整好各种浆液的压力、配比和注入量， 防止砂浆或双液浆等长时间凝固后抱死盾壳。步骤S806，模式转换及卸压模式转换模式转换即将泥水模式转为气垫才莫式，方法与带压进仓 模式转换S7104 (降液位) 一样，只是在降液位过程中可以适当降低气 垫压力。卸压及期间液位观察转为气垫模式后将仓内泥水液位降至最低， 则以0.2bar梯度降低气垫仓4的设定压力，伴随着气垫设定压力的降低 气垫仓4及泥水仓2的压力均慢慢降低。卸压的期间要观察地层渗透进 入仓内的水量，以判断地层的止水效果，为能否敞开无压进仓提高最终 判断。当气垫设定压力降为O时，则关闭气压自动调节系统，打开泥水 仓排气阀直至仓内压力卸为0 ，无异常情况则可常压开仓。步骤S808,敞开式开仓仓内气体监测卸压完成后，观察仓内液位上升情况可控，则可打 开气垫仓圆形门，先进行气垫仓4内气体检测，同时向仓内通风一定时 间，无异常后打开泥水仓方形门3,并同时进4亍仓内气体^r测和通风， 保证仓内气体情况满足仓内人员安全工作要求。步骤S810,进仓作业满足开仓进仓条件后，由施工人员对掌子面地层和渗透水情况进一 步确认，然后按正常程序进行仓内作业，作业过程中要随时对地层的发 展状况进行观察和分析。步骤S812，仓内积水的排放当掌子面渗露水较小时，完全通过气垫仓底部的放水阀进行排放至 隧道内，再通过排污系统排出洞外；如果掌子面渗露水较大，放水阀放 不及，而仓内积水还继续上涨，则要釆取工作一段时间，液位上涨后， 关闭仓门并撤出人员，反复加压抽排和卸压来达到常压工作条件；如果10工作时间太短，应考虑再次进行周边止水处理，以达到合理的作业工效。图9是本发明盾构机地层加固止水限排进仓方法实施例的流程示意 图，地层加固进仓实际上是属于周边止水限排进仓的范围，只是要先把 软弱地层通过地层加固改良，使盾构机掘进断面及外围 一定范围的地层 相当于全断面岩层，并具较好的防渗透性能。如图9所示，本发明盾构机地层加固止水限排进仓方法包括 步骤S902，获取盾构机的掌子面的地质水文信息，确定进仓方法； 在进行盾构机进仓作业之前，要获取盾构的掌子面的地质水文信 息，如果掌子面处于弱富水地层中，宜采用地层加固止水限排进仓法进 仓。步骤S904，地层加固地层加固的方式有地表深孔压密注浆、深层搅拌桩、高压旋喷桩、 相邻隧道水平加固和本隧道内超前钻孔加固等。首先，应优先选择超前 的地层加固，避免盾构停机后原地加固；其次，在条件允许的情况尽可 能采用地表加固。步骤S906,加固效果评估加固完成后要对加固质量进行验证和评估，4十对超前的地层加固， 应在加固体等强一定时间后，进行钻孔抽芯试马全。首先通过岩芯的连续 性等情况判断加固体的整体性如何，其次通过钻孔实验，验证加固体的 渗透性，再次对岩芯进行试压，确认加固体的整体强度。如果有加固盲 区、渗透性较大或强度不够等问题，应重新补强加固或另行加固。步骤S908，加固体内周边止水在盾构机掘进进入加固体后，即可按照全断面岩层的方式进行周边 止水处理，最终达到敞开式开仓目的。因为是采用地层加固进仓，应考虑盾构机在进入加固体后刀盘前方 还留有一定厚度的加固体，加固体在刀盘切口环外围也要有一定的厚度， 而且最好盾尾也完全进入加固体，以起到较好的防枬和止水作用。如图IO所示，本发明还公开了盾构机低压限排进仓方法的实施例， 包括低压限排进仓是建立在有成熟的带压进仓经验和仓内掌子面地层有一定自稳性基础上的，这样通过带低压进仓作业，既可保证安全工作， 又可大大提高带压进仓的工作效率。
步骤S1002,获取盾构机的掌子面的地质水文信息，确定进仓方法； 在进行盾构机进仓作业之前，要获取盾构^L的掌子面的地质水文信
息，如果掌子面层有一定自稳性基础上的，通过周边止水仍不能达到常
压开仓的目标，采用低压限排法进仓。
步骤S1004，向掌子面提供足够的反压后，采取低压限排进仓法进
仓
低压限排进仓一^L是经过多次尝试敞开式开仓不能成功，可分为三 种情况第一种，掌子面地层稳定，但通过反复周边止水后，仓内汇水 量还很大，放水阀排放不及，仓内水位上升较快，严重影响工作效率； 第二种，仓内汇水量可控，但掌子面不太稳定，需要提供一定的反压； 第三种，汇水量大，且掌子面也不太稳定，必须加一定的压力。其中， 进仓压力最好能控制在1.2bar以下。
另外，由于一般大直径泥水盾构机为了让出下部运输通道，都把排 浆泵设置在拖车上层，而泥水仓的排浆口 IO又在最底部，因此，在常压 下排浆泵是不能排浆的，要想用排浆泵降液位，仓内必须加一定的压力， 这个压力的大小与泵口至排浆口 10之间高差有关， 一般情况下要 0.5 lbar的压力。
因此，在上述第一种情况下，压力可以设定在0.8bar左右，但上述 第二种和第三种情况，则要根据反复试验来确定合理的最低压力，必须 保证为掌子面提供足够的反压，也可能要高于1.2bar。在低压限排进仓 工作期间，要按带压进仓程度来控制，加强对掌子面稳定情况的观察和 仓内汇水的监测。
步骤S1006,仓内积水的抽排
仓内积水的抽排方式与带压进仓抽排方式基本相同，但抽排次数不 宜太频繁，降液位的速度也不宜太快，以减少降液位引起仓内的压力波 动。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限 于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
1权利要求
1、一种盾构机的进仓方法，其特征在于，包括A、获取盾构机的掌子面的地质水文信息；B、根据所述地质水文信息对所述掌子面的地层进行止水加固处理；C、施工人员进入仓内进行作业。
2、 根据权利要求l所述盾构机的进仓方法，其特征在于，在所述操 作C之后还包括对所述仓内积水进行抽排。
3、 根据权利要求1所述盾构机的进仓方法，其特征在于，如果所述 地质水文信息显示所述掌子面处于不能常压自稳的富水地层，在所述操 作B之前包括根据所述地质水文信息中的压力参考值和盾构^L的气垫仓的切口环 压力，获得进仓的工作压力，所述工作压力应高于所述切口环压力0.1 至0. 2bar;以及所述操作C包括所述施工人员以所述工作压力带压进仓，经过对所述掌子面进行检 查后，所述施工人员开始作业。
4、 根据权利要求3所述盾构机的进仓方法，其特征在于，所述操作 C还包括作业完毕后，所述施工人员进入盾构机的减压仓，经过减压处理后 出仓。
5、 根据权利要求3或4所述盾构机的进仓方法，其特征在于，所述 操作B包括加大同步注浆量，封堵盾尾后部、管片背后地层来水； 向盾构机的泥水仓内注高粘度泥浆形成泥膜，密封掌子面； 向地表注浆，封堵漏气或冒浆通道。在盾构机停机前对地表进行监测和观察，并与原地表相比较； 降低所述泥水仓的液位，同时降低盾构^^的气垫仓的压力；观察所述泥水仓的液位和气垫仓的压力，确定所述液位和压力未出 现波动。
6、 根据权利要求5所述盾构机的进仓方法，其特征在于，所述不能 常压自稳的富水地层包括全断面软弱地层、上软下硬富水地层和岩石破 碎带地层。
7、 根据权利要求1或2所述盾构机的进仓方法，其特征在于，如果 所述地质水文信息显示所述掌子面处于整体性较好、裂隙水不太发育的 地层，所述操作B包括加大同步注浆量，进行二次补充注浆，并注入堵水材料； 调整浆液的压力、配比和注入量；降低盾构机的泥水仓的液位，同时降低盾构才几的气垫仓的压力； 所述操作C包括对仓进行卸压处理后，向仓内通风一定时间，进行仓内气体才企测和 通风；所述施工人员对掌子面的情况进行确认，然后进行作业。
8、 根据权利要求1或2所述盾构机的进仓方法，其特征在于，如 果所述地质水文信息显示所述掌子面处于软弱富水地层，所述操作B包 括对所述盾构才几的地层进行加固； 对所述加固的效果进行评估；按照全断面岩层的方式对所述地层的周边进行止水处理。
9、 根据权利要求1或2所述盾构机的进仓方法，其特征在于，如果 所述地质水文信息显示所述掌子面处于可自稳的地层，所述操作B包括向所述掌子面才是供足够的反压后，所述施工人员进入仓内进行作业。
全文摘要
本发明公开了一种盾构机的进仓方法，以解决盾构机安全进出仓的问题。为了实现以上目的，本发明公开了一种盾构机的进仓方法，包括A.获取盾构机的掌子面的地质水文信息；B.根据地质水文信息对掌子面的地层进行止水加固处理；C.施工人员进入仓内进行作业。本发明的盾构机进仓方法，根据盾构机地层特别是掌子面的水文地质情况，公开了四种进仓方法，可以实现在各种情况下的安全进出仓，方便施工人员的仓内换刀或故障排除等工作。
文档编号E21D9/00GK101666231SQ20091014806
公开日2010年3月10日 申请日期2009年6月24日 优先权日2009年6月24日
发明者杜闯东, 坤 王 申请人:中铁隧道股份有限公司