本发明涉及一种复合式土压平衡盾构机在进行盾构施工时对盾构前方土体进行泥膜护壁的泥膜构筑机构，特别涉及一种在上软下硬地层中盾构机开仓换刀时的一种泥膜构筑机构及其构筑方法。
背景技术：
复合式土压平衡盾构机是一种在复杂地层中进行盾构施工的机械设备，盾构机在施工过程中，遇到上软下硬地层，刀盘磨损严重，需要打开土仓更换刀具。由于刀盘前方上部软土地层极其不稳定，致使盾构机土仓无法在常压下打开。当遇到这种情况时，现场常用的方法有以下两种：一种是地面加固，对刀盘前方的软土层在地面进行加固，使其稳定不塌陷，为开仓换刀创造基本条件，这种处理方法存在投资大和施工工期长的缺陷。另一种是用泥膜护壁：采用膨润土制作泥膜，用泥膜在刀盘前方的软土层上形成防护壁，使开仓换刀具备基本条件，然后带压进入土仓进行换刀操作。但现有方法所形成的泥膜不能长时间稳定，在换刀时间长的情况下，泥膜容易干裂并失稳，不能保证整个换刀过程的安全。还有一种方法是采用新型的材料，即衡盾泥，用衡盾泥来代替膨润土制作的泥膜，但衡盾泥造价太高，并且衡盾泥需要较多的设备辅助，存在施做不方便，投资大的问题。
技术实现要素：
本发明提供了一种上软下硬地层盾构机开仓换刀时泥膜构筑机构及构筑方法，解决了在上软下硬地层中盾构机开仓换刀时所构筑的泥膜稳定性差不能满足开仓换刀所需时间长的技术问题。
本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：
一种上软下硬地层盾构机开仓换刀时泥膜构筑机构，包括复合式土压平衡盾构机，在复合式土压平衡盾构机的刀盘的前方设置有上软下硬预盾构复合地层，在复合式土压平衡盾构机的土仓隔板上设置有球阀，在复合式土压平衡盾构机的土仓上设置有螺旋输送机，在复合式土压平衡盾构机的土仓仓壁与已盾构完成的隧道洞体之间设置有环箍，在球阀上连接有注浆泵，在注浆泵上连接有膨润土泥浆桶，在膨润土泥浆桶中设置有现场配制的膨润土泥浆。
一种上软下硬地层盾构机开仓换刀时泥膜构筑方法：包括以下步骤：
第一步、在复合式土压平衡盾构机的土仓仓壁与已盾构完成的隧道洞体之间设置环箍，在环箍前侧的盾构机头与复合式土压平衡盾构机的刀盘前方的上软下硬复合地层之间形成了一个密闭腔体；
第二步、在复合式土压平衡盾构机的土仓隔板上设置的球阀上连接注浆泵，在注浆泵上连接膨润土泥浆桶；
第三步、将现场配置好的第一种膨润土泥浆注入到膨润土泥浆桶中，第一种膨润土泥浆的黏度为35±5秒；
第四步、将注浆泵的注浆压力调整为：复合式土压平衡盾构机在正常掘进时所承受的单位为巴的土压压力值加上0.2巴；开启注浆泵，将黏度为35±5秒的第一种膨润土泥浆，以复合式土压平衡盾构机在正常掘进时所承受的单位为巴的土压压力值加上0.2巴的压力，通过球阀（5）注入到土仓中；
第五步、保持土仓压力为复合式土压平衡盾构机在正常掘进时所承受的单位为巴的土压压力值加上0.2巴的压力，开启螺旋输送机将土仓中的渣土传送出土仓，直至通过球阀所注入的黏度为35±5秒的第一种膨润土泥浆，将土仓中的渣土置换完毕，然后，使土仓中的压力稳定在复合式土压平衡盾构机在正常掘进时所承受的单位为巴的土压压力值加上0.2巴的压力值上6个小时；
第六步、将现场配置好的第二种置换膨润土泥浆注入到膨润土泥浆桶中，第二种置换膨润土泥浆的黏度为45±5秒；
第七步、将注浆泵的注浆压力调整为：复合式土压平衡盾构机在正常掘进时所承受的单位为巴的土压压力值加上0.4巴；开启注浆泵，将黏度为45±5秒的第二种膨润土泥浆，以压力为复合式土压平衡盾构机在正常掘进时所承受的单位为巴的土压压力值加上0.2巴，通过球阀注入到土仓中，开启螺旋输送机，将土仓中的第一种置换膨润土泥浆被第二种置换膨润土泥浆完全置换完毕；然后，使土仓中的压力稳定在复合式土压平衡盾构机在正常掘进时所承受的单位为巴的土压压力值加上0.4巴的压力值上6个小时；
第八步、将现场配置好的第三种置换膨润土泥浆注入到膨润土泥浆桶中，第三种置换膨润土泥浆的黏度为55±5秒；
第九步、将注浆泵的注浆压力调整为：复合式土压平衡盾构机在正常掘进时所承受的单位为巴的土压压力值加上0.6巴；，开启注浆泵，将黏度为55±5秒的第三种膨润土泥浆，以压力为复合式土压平衡盾构机在正常掘进时所承受的单位为巴的土压压力值加上0.2巴，通过球阀注入到土仓中，开启螺旋输送机，将土仓中的第二种置换膨润土泥浆被第三种置换膨润土泥浆完全置换完毕；然后，使土仓中的压力稳定在复合式土压平衡盾构机在正常掘进时所承受的单位为巴的土压压力值加上0.6巴的压力值上6个小时；
第十步、将高压气体通过球阀注入到土仓中，用高压气体将土仓中的第三种置换膨润土泥浆部分置换出，该高压气体的压力值与复合式土压平衡盾构机在正常掘进时所承受的土压的压力值相等；
第十一步、关闭球阀，使土仓中的压力稳定在复合式土压平衡盾构机在正常掘进时所承受土压的压力值上，保持2小时后，即可带压进仓检查泥膜构筑状况。
本发明提高了护壁泥膜的稳定性，满足了上软下硬地层中复合盾构机开仓换刀的条件，确保了换刀操作的安全，节省了换刀时间。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
一种上软下硬地层盾构机开仓换刀时泥膜构筑机构，包括复合式土压平衡盾构机，在复合式土压平衡盾构机的刀盘3的前方设置有上软下硬预盾构复合地层4，在复合式土压平衡盾构机的土仓隔板2上设置有球阀5，在复合式土压平衡盾构机的土仓6上设置有螺旋输送机7，螺旋输送机7将盾构机切削下的土仓中的渣土输送到盾构机后盾的运输机中，在复合式土压平衡盾构机的土仓仓壁与已盾构完成的隧道洞体之间设置有环箍1，使盾构机机头与前方被开挖后的土体形成一个密闭的腔体，在球阀5上连接有注浆泵8，在注浆泵8上连接有膨润土泥浆桶，在膨润土泥浆桶中设置有现场配制的膨润土泥浆，使带压的膨润土泥浆能以一定的压力喷涂在开挖的土体表面，并在保压的压力下形成稳定的泥膜。
一种上软下硬地层盾构机开仓换刀时泥膜构筑方法：包括以下步骤：
第一步、在复合式土压平衡盾构机的土仓仓壁与已盾构完成的隧道洞体之间设置环箍1，在环箍1前侧的盾构机头与复合式土压平衡盾构机的刀盘3前方的上软下硬复合地层4之间形成了一个密闭腔体，为注入带压泥膜构造基本环境条件，并使腔体能保持一定的压力；
第二步、在复合式土压平衡盾构机的土仓隔板2上设置的球阀5上连接注浆泵8，在注浆泵8上连接膨润土泥浆桶；
第三步、将现场配置好的第一种膨润土泥浆注入到膨润土泥浆桶中，第一种膨润土泥浆的黏度为35±5毫帕·秒；
第四步、将注浆泵8的注浆压力调整为：复合式土压平衡盾构机在正常掘进时所承受的单位为巴的土压压力值加上0.2巴；开启注浆泵8，将黏度为35±5秒的第一种膨润土泥浆，以复合式土压平衡盾构机在正常掘进时所承受的单位为巴的土压压力值加上0.2巴的压力，通过球阀5注入到土仓6中；
第五步、保持土仓压力为复合式土压平衡盾构机在正常掘进时所承受的单位为巴的土压压力值加上0.2巴的压力，开启螺旋输送机7将土仓6中的渣土传送出土仓6，直至通过球阀5所注入的黏度为35±5秒的第一种膨润土泥浆，将土仓6中的渣土置换完毕，然后，使土仓6中的压力稳定在复合式土压平衡盾构机在正常掘进时所承受的单位为巴的土压压力值加上0.2巴的压力值上6个小时，使开挖的土体表面形成第一层泥膜；
第六步、将现场配置好的第二种置换膨润土泥浆注入到膨润土泥浆桶中，第二种置换膨润土泥浆的黏度为45±5秒；
第七步、将注浆泵8的注浆压力调整为：复合式土压平衡盾构机在正常掘进时所承受的单位为巴的土压压力值加上0.4巴；开启注浆泵8，将黏度为45±5秒的第二种膨润土泥浆，以压力为复合式土压平衡盾构机在正常掘进时所承受的单位为巴的土压压力值加上0.2巴，通过球阀5注入到土仓6中，开启螺旋输送机7，将土仓6中的第一种置换膨润土泥浆被第二种置换膨润土泥浆完全置换完毕；然后，使土仓6中的压力稳定在复合式土压平衡盾构机在正常掘进时所承受的单位为巴的土压压力值加上0.4巴的压力值上6个小时，在第五步所形成的第一层泥膜上形成第二层稳定的比第一层更厚的泥膜；
第八步、将现场配置好的第三种置换膨润土泥浆注入到膨润土泥浆桶中，第三种置换膨润土泥浆的黏度为55±5秒；
第九步、将注浆泵8的注浆压力调整为：复合式土压平衡盾构机在正常掘进时所承受的单位为巴的土压压力值加上0.6巴；，开启注浆泵8，将黏度为55±5秒的第三种膨润土泥浆，以压力为复合式土压平衡盾构机在正常掘进时所承受的单位为巴的土压压力值加上0.2巴，通过球阀5注入到土仓6中，开启螺旋输送机7，将土仓6中的第二种置换膨润土泥浆被第三种置换膨润土泥浆完全置换完毕；然后，使土仓6中的压力稳定在复合式土压平衡盾构机在正常掘进时所承受的单位为巴的土压压力值加上0.6巴的压力值上6个小时，在第七步所形成的泥膜上又构筑完成更稳定的厚度更大的第三层泥膜；
第十步、将高压气体通过球阀5注入到土仓6中，用高压气体将土仓6中的第三种置换膨润土泥浆部分置换出，该高压气体的压力值与复合式土压平衡盾构机在正常掘进时所承受的土压的压力值相等；
第十一步、关闭球阀5，使土仓6中的压力稳定在复合式土压平衡盾构机在正常掘进时所承受土压的压力值上，保持2小时后，即可带压进仓检查泥膜构筑状况。
本发明是通过逐级增加泥浆的浓度和泥浆的填充压力的方法，在复合式土压平衡盾构机的刀盘3的前方的上软下硬预盾构复合地层4的开挖断面上形成一个稳定而且厚实的防护泥膜，从而确保带压开仓后，软质土体不会发生塌落，保证了进仓换刀操作人员的作业安全。本发明的膨润土泥浆的黏度是在现场应用马氏漏斗测量单位体积的膨润土泥浆流出的时间秒来表征其黏度的；本发明的土压压力为盾构机上的仪表所指示的土压压力，单位为巴（bar）。