一种无水砂卵石地层盾构开舱换刀的方法
【专利摘要】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。
【专利说明】—种无水砂卵石地层盾构开舱换刀的方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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】
[0003]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。
[0004]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0.0lbar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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]b、将换刀所需的工具、机械设备及新刀具运至主室。
[0013]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。
[0014]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。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]下面根据附图对本发明作进一步详细说明。
[0016]图1是开口处封堵方式示意图。
[0017]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】
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]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Φ 25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。
[0022]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、Φ 42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。
[0023]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。
[0024]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。
[0025]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。
[0026]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。
[0027]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。
[0028]③将换刀所需的工具、机械及新刀具运至主室。
[0029]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。
[0030]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。
[0031]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。
[0032]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。
[0033]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fl.5r/分钟左右。
[0034]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。
[0035]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。
[0036]⑤开舱区域对应管片脱离盾尾51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。
[0037]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。
[0038]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。
【权利要求】
1.一种无水砂卵石地层盾构开舱换刀的方法，其特征在于，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，关闭人闸山、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；和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；以及 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。
2.根据权利要求1所述的一种无水砂卵石地层盾构开舱换刀的方法，其特征在于: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。
3.根据权利要求2所述的一种无水砂卵石地层盾构开舱换刀的方法，其特征在于: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。
4.根据权利要求2所述的一种无水砂卵石地层盾构开舱换刀的方法，其特征在于: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。
5.根据权利要求2所述的一种无水砂卵石地层盾构开舱换刀的方法，其特征在于: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。
6.根据权利要求2所述的一种无水砂卵石地层盾构开舱换刀的方法，其特征在于:所述步骤三中，所使用的柔性的封堵物为编织袋及20cm厚的海绵(I )，所使用的硬性的封堵物包括2cm厚木板(2)、10cm*10cm木方(3)、Φ42钢管(4)及顶丝(5)。
7.根据权利要求1所述的一种无水砂卵石地层盾构开舱换刀的方法，其特征在于，所述步骤四进一步包括以下步骤: 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；和 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。
8.根据权利要求1所述的一种无水砂卵石地层盾构开舱换刀的方法，其特征在于，所述步骤五进一步包括以下步骤: 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；和 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。
【文档编号】E21D9/08GK104005769SQ201410114219
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年3月25日 优先权日:2014年3月25日
【发明者】丛恩伟, 王立波, 陈建, 郭明华, 胡光华, 任进博, 李媛, 丁银平, 刘会林 申请人:中铁十六局集团地铁工程有限公司