盾构隧道内wss注浆加固辅助气压换刀方法
【技术领域】
[0001]本发明属于隧道盾构施工技术领域，尤其是涉及一种盾构隧道内WSS注浆加固辅助气压换刀方法。
【背景技术】
[0002]盾构法是现代隧道施工的一种全机械化施工方法，其主要使用的机械设备为盾构机，分为土压平衡盾构和泥水平衡盾构两种类型，其中以土压平衡盾构使用较多。盾构机在隧道掘进过程中通过刀具进行泥土切削和岩石破碎，并且盾构机长距离掘进后，尤其是硬岩地层或软硬不均地层盾构施工时，刀具不可避免会产生偏磨及损环，如果不及时进行刀具的更换而继续掘进，轻则无法保证正常的掘进效率，重则会使盾构机无法掘进施工，甚至影响盾构机的寿命。因此，盾构机在施工过程中进行开仓换刀是必要的工作。
[0003]传统气压换刀的方法有以下两种:常规气压换刀和地面预处理气压换刀。其中，常规气压换刀是利用盾构自带的空压机和辅助压气设备，对土体进行加气压，将土仓内的水、土用空气进行置换，用气压代替原来的水土压力，建立土仓内气压与舱外水土压力的平衡；然后，人员进入土仓内进行作业。常规气压换刀的条件是土体密封不漏气，此方法无法在松散土体中进行。
[0004]地面预处理气压换刀是提前确定换刀地点，在地面预先采用三轴搅拌粧、旋喷粧等土体加固措施提前对土体进行加固，增强土体的自稳性；然后，盾构机刀盘进入加固区后，进行常压开仓换刀。预处理常压换刀施工工艺简单，工期短，加固效果好，但是对地面场地要求高，征地及修复困难。在破碎岩层、松软地层中或其它地质条件较差的地段进行盾构施工时，换刀土体加固目前最常用的方法是通过地面对刀盘前后左右的地层分别进行加固，达到加固目的后方可开仓换刀。而有些地面情况复杂、管线较多或由于建构筑物影响，地面没有加固空间，为了完成刀具的更换，难度非常大。
[0005]WSS双液注浆(以下简称WSS注浆)技术起源于日本，在台湾应用比较广泛。WSS是中文无收缩双液注浆的拼音缩写。WSS注浆技术是采用二重管钻机钻孔至预定深度后，采用一台同步注浆机注浆。浆液有两种，即A液和B液或者A液和C液，两种浆液通过二重管端头的浆液混合器充分混合。注浆时采用电子监控手段实施定向、定量、定压注浆，使岩土层的空隙或孔隙间充满浆液并固化，以达到改变岩土层性状的目的。因而，需设计一种方法步骤简单、设计合理、操作简便且安全系数高、使用效果好的盾构隧道内WSS注浆加固辅助气压换刀方法，能有效解决地面没有加固空间时的盾构机换刀难题。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种盾构隧道内WSS注浆加固辅助气压换刀方法，其方法步骤简单、设计合理、操作简便且安全系数高、使用效果好，能有效解决地面没有加固空间时的盾构机换刀难题。
[0007]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种盾构隧道内WSS注浆加固辅助气压换刀方法，其特征在于该方法包括以下步骤:
[0008]步骤一、换刀前土体加固，过程如下:
[0009]步骤101、注浆平台搭设:在盾构机的盾体内搭设注浆平台，所述盾体由前盾、中盾和盾尾从前至后组装而成，所述注浆平台位于所述中盾内；所述前盾前部安装有刀盘；
[0010]步骤102、钻机就位:将钻机安装于步骤一中所述注浆平台上；
[0011]步骤103、钻孔及注浆:对所述盾体外侧土体内的多个注浆孔分别进行钻孔及注浆；
[0012]多个所述注浆孔为通过所述中盾上设置的多个径向孔由后向前在所述盾体外侧的土体内钻进形成的钻孔；多个所述径向孔沿圆周方向布设在所述中盾的中上部且其均位于所述中盾的同一横断面上；多个所述注浆孔均由后向前逐渐向上倾斜，多个所述注浆孔与所述盾体中心轴线之间的夹角均为A，其中A= 11°?12.5° ;多个所述注浆孔的前端均位于所述刀盘前方，且每个所述注浆孔的前端与所述刀盘之间的间距均为1.5m?2.5m ;
[0013]多个所述注浆孔的钻孔及注浆方法均相同；对任一个所述注浆孔进行钻孔及注浆时，包括以下步骤:
[0014]步骤1031、初次钻孔:采用所述钻机由后向前钻进1.5m?2.5m后停止钻孔，获得后部钻孔；
[0015]步骤1032、封孔:注入封孔剂，对步骤1031中所述后部钻孔进行封孔；
[0016]步骤1033、后续钻孔:封孔完成后，采用所述钻机继续由后向前钻进，直至完成注浆孔的钻孔过程；
[0017]步骤1034、注浆:采用WSS注浆法且通过步骤1033中所述注浆孔，对所述盾体外侧的土体进行注浆加固；
[0018]步骤1031中初次钻孔、步骤1032中封孔和步骤1033中后续钻孔过程中，对盾构机的土仓内部压力进行实时监控，并将所述土仓的内部压力控制在1.5bar?2.0bar之间；步骤1034中注浆过程中，对所述土仓的内部压力进行实时监控；当所述土仓的内部压力大于P时，停止注楽；待所述土仓的内部压力下降至1.5bar?2.0bar之间时，再继续注楽；其中，P = 2.5bar ?2.8bar ；
[0019]步骤二、换刀:待步骤1034中所注浆液均凝固后，对所述刀盘上的刀具进行更换。
[0020]上述盾构隧道内WSS注浆加固辅助气压换刀方法，其特征是:步骤1034中注浆过程中，每隔50min?70min转动一次所述刀盘。
[0021]上述盾构隧道内WSS注浆加固辅助气压换刀方法，其特征是??步骤1034中注浆之前，先采用注浆设备向所述土仓内注入水泥砂浆或膨润土泥浆，直至填满所述土仓；
[0022]并且，注入水泥砂浆或膨润土泥浆过程中，对所述土仓的内部压力进行实时监控，并将所述土仓的内部压力控制在1.5bar?2.0bar之间。
[0023]上述盾构隧道内WSS注浆加固辅助气压换刀方法，其特征是:步骤103中所述的A=11.8° ;多个所述注浆孔的长度均相同，且多个所述注浆孔的长度均为7.5m?8.5m。
[0024]上述盾构隧道内WSS注浆加固辅助气压换刀方法，其特征是:步骤1034中进行注浆之前，在所述盾构机上方及前后10米范围内的地面上均布设沉降观测点；步骤1034中注浆过程中，利用所布设的沉降观测点对地面沉降情况进行观测。
[0025]上述盾构隧道内WSS注浆加固辅助气压换刀方法，其特征是:步骤103中对所述盾体外侧土体内的多个注浆孔分别进行钻孔及注浆时，沿顺时针方向或沿逆时针方向由前至后对多个注浆孔分别进行钻孔及注浆。
[0026]上述盾构隧道内WSS注浆加固辅助气压换刀方法，其特征是:步骤101中所述注浆平台包括支撑架和平铺在所述支撑架上的平板，所示支撑架为脚手架，所述脚手架的高度为4m?4.5m且其宽度为2.8m?4.5m。
[0027]上述盾构隧道内WSS注浆加固辅助气压换刀方法，其特征是:步骤103中所述注浆孔的数量为四个；所述径向孔的数量为四个，四个所述径向孔包括两个位于所述中盾的左侧壁上的左侧径向孔和两个位于所述中盾的右侧壁上的右侧径向孔，两个所述左侧径向孔和两个所述右侧径向孔呈对称布设。
[0028]上述盾构隧道内WSS注浆加固辅助气压换刀方法，其特征是:步骤二中进行换刀时，采用常压换刀法，对所述刀盘上的刀具进行更换。
[0029]上述盾构隧道内WSS注浆加固辅助气压换刀方法，其特征是:步骤1034中进行注浆时，采用后退式注浆法进行注浆，注浆压力为0.2MPa?0.3MPa。
[0030]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0031]1、施工方便且换刀方法步骤简单，实现方便。
[0032]2、设计合理，实际换刀过程主要包括换刀前土体加固和换刀两个步骤，其中换刀前土体加固包括注浆平台搭设、钻机就位和钻孔及注浆三个步骤，利用在中盾内搭设的注浆平台且通过中盾上开设的多个径向孔进行钻孔及注浆，以对刀盘上方的土体与掌子面前方土体进行注浆加固，投资成本低且实现方便，并能有效加固盾构机的刀盘与切口环正上方的土体，以增强刀盘上方土体的稳定性。
[0033]3、钻孔成型的注浆孔使用效果好，注浆孔与盾体中心轴线之间的夹角为11°?12.5°，注浆孔的前端均位于刀盘前方且注浆孔前端与刀盘之间的间距为1.5m?2.5m，通过钻孔成型的多个注浆孔能对盾体外侧土体进行简便、有效加固，并且土体加固效果好。
[0034]4、注浆孔的钻孔过程设计合理且实现方便、使用效果好，钻孔过程安全、可靠，实际进行钻孔时，先采用钻机由后向前钻进1.5m?2.5m后停止钻孔，获得后部钻孔；再注入封孔剂，对后部钻孔进行封孔，以免后面进行钻孔及注浆时，盾体外的泥水和浆液流入盾构机内；封孔完成后，采用钻机继续由后向前钻进，直至完成注浆孔的钻孔过程。
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