4.5m的素填土层，盾构机刀盘处于砂层中；石灰岩地层的渗透系数为0.3m/d，砂层的渗透系数为10m/d ；素填土层的渗透系数为0.4m/d。盾构机上部地面为交叉路口，无地面加固条件。
[0042]第二步、确定换刀方法:
[0043]确定盾构机位于砂层中，且无地面加固条件，本条件下不能对盾构机进行常压换刀，同时砂层保气能力差，不能在砂层中进行带气压换刀。所以对于砂层中盾构机换刀施工，确定采用刀盘前加固填仓换刀的施工方法。
[0044]第三步、向刀盘前部注水泥浆，向土仓注水泥砂浆置换渣土:
[0045]通过刀盘上的注浆口向刀盘前部注入水泥浆，其中水泥浆的质量配合比为水泥:水=1:1，注浆压力保持在0.2MPa，刀盘注浆口位置如图2所示；刀盘半径R为3m，根据V = πR2d，得出水泥浆体积V=5655L，待刀盘前部注入的水泥浆达到567L，此时刀盘前部土体的空隙被水泥浆填充，采用注浆栗通过土仓内上部的注浆口向土仓内注入已加入缓凝剂的水泥砂浆，其中砂与水泥质量之比a取值为0.75，水与水泥质量之比b取值为1.18，缓凝剂与水泥质量之比X取值为0.0023，注浆压力保持在0.2MPa，土仓注浆口位置如图3所示;转动螺旋输送机，调整螺旋输送机的转动速度保持螺旋输送机的出土体积与注入的水泥砂浆体积相同，此后水泥砂浆与土仓内渣土进行等体积置换，待螺旋输送机输出水泥砂浆，此时水泥砂浆已填满土仓，停止注水泥砂浆，关闭螺旋输送机;继续向刀盘前部注水泥浆，当注入水泥浆体积V达到5655L后，停止注水泥浆。此时土仓内部充满未硬化的水泥砂浆，刀盘前部充满未硬化的水泥浆。
[0046]第四步、将速凝剂浆液注入土仓外面的水泥浆中:
[0047]通过刀盘上的注浆口向土仓外注入速凝剂浆液，其中速凝剂浆液的质量配合比为速凝剂:水=1:1，速凝剂与水泥用量的质量之比y取值为5%，即速凝剂浆液注入量为283L。此后I小时内刀盘前部的水泥浆完全硬化，形成位于刀盘前部的加固体。
[0048]第五步、清仓换刀:
[0049]第四步完成后，等待丨2小时，刀盘前部土体与水泥浆形成稳固的加固体，此时土仓内的已加入缓凝剂的水泥砂浆尚未硬化;转动螺旋输送机将土仓内尚未硬化的水泥砂浆完全输出土仓，直至无水泥砂浆输出，此时土仓内无渣土和水泥砂浆，具备换刀所需操作空间，清仓过程中的盾构机见图1;水泥砂浆完全输出后，从下往上进行刀具更换，换刀时稳固安装台面，拆开螺栓和自锁螺母，移除旧刀，更换新刀，上紧螺栓;对上部刀具进行更换时，下部已换好刀具处有水滴渗出，采用棉絮堵住下部刀具渗水处缝隙后，采用堵漏灵进行封堵，止水效果良好。
[0050]第六步、恢复掘进:
[0051]待盾构机刀盘上全部刀具更换完成后，盾构机恢复掘进，盾构机运行良好。
[0052]本实施例所述方法针对砂层中无地面加固条件下土压平衡盾构机的换刀施工特点，在盾构机刀盘前部形成有效、安全的加固体，避免凿除土仓内硬化后水泥砂浆的工作，有效防止水泥砂浆硬化对设备造成的破坏，大幅提高换刀施工速度，保障换刀施工的安全。
[0053]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【主权项】
1.一种砂层中土压平衡盾构机从土仓外面加固土体换刀施工方法，其特征在于，所述施工方法通过以下步骤实现: 第一步、向刀盘前部注水泥浆，并向土仓注水泥砂浆置换渣土: 通过刀盘上的注浆口向刀盘前部注水泥浆，注浆压力保持在一设定值;待刀盘前部注入的水泥浆体积达到0.1V后，V为水泥浆体积，同时通过土仓内上部的注浆口向土仓内注入已加入缓凝剂的水泥砂浆，保持注浆压力在所述设定值;转动螺旋输送机，输出土仓内的渣土，直至水泥砂浆填满土仓，即螺旋输送机输出水泥砂浆后，停止注水泥砂浆，关闭螺旋输送机;继续向刀盘前部注水泥浆，直至注入水泥浆体积达到V;所述水泥浆体积V根据如下公式计算: V = JiR2Cl 式中:R为刀盘的半径;d为所注水泥浆的厚度参数； 第二步、将速凝剂浆液注入土仓外面的水泥浆中: 通过刀盘前的注浆口将速凝剂浆液注入土仓外面的水泥浆中，速凝剂浆液注入量为刀盘前部所注水泥楽用量的4%?6% ； 第三步、清仓换刀: 待刀盘前部水泥浆硬化形成加固体，转动螺旋输送机将土仓内未硬化的水泥砂浆输出土仓;待水泥砂浆完全输出土仓后，从下往上进行刀具更换，换刀时稳固安装台面，拆开螺栓和自锁螺母，移除旧刀，更换新刀，上紧螺栓； 第四步、恢复掘进: 待盾构机刀盘上全部刀具更换完成后，盾构机恢复掘进。2.根据权利要求1所述的一种砂层中土压平衡盾构机从土仓外面加固土体换刀施工方法，其特征在于，第一步中，所述缓凝剂为能延长水泥水化硬化时间、使水泥浆能在长时间内保持流塑状态的外加剂，缓凝剂采用柠檬酸、酒石酸与硼砂进行配比，其成分质量配合比为:柠檬酸:酒石酸:硼砂= 5:1:1。3.根据权利要求2所述的一种砂层中土压平衡盾构机从土仓外面加固土体换刀施工方法，其特征在于，所述缓凝剂的缓凝时间t根据如下公式计算:t = kx 式中:k为缓凝剂的缓凝时间性能参数，根据室内试验测定取值为21000h;x为缓凝剂与水泥用量的质量比。4.根据权利要求1所述的一种砂层中土压平衡盾构机从土仓外面加固土体换刀施工方法，其特征在于，第一步中，所述加入缓凝剂的水泥砂浆的质量配合比为水泥:砂:水:缓凝剂=1:&:13:叉，其中:0.5<&<1.5;1<1^2;0.001<叉<0.003。5.根据权利要求1所述的一种砂层中土压平衡盾构机从土仓外面加固土体换刀施工方法，其特征在于，第二步中，所述速凝剂为能加速水泥水化硬化时间、使水泥浆在很短时间内形成足够强度的外加剂;速凝剂采用高岭土、高炉矿渣粉及纯碱进行配比，其矿物组成质量配合比为:氧化铝:碳酸钠:氧化钙= 3:2:1。6.根据权利要求5所述的一种砂层中土压平衡盾构机从土仓外面加固土体换刀施工方法，其特征在于，所述速凝剂与水泥用量的质量之比为y，根据已有室内试验测定的关于终凝时间的试验曲线进行选取: 终凝时间为8.5?12分钟之间时，速凝剂与水泥用量的质量之比4% <y<5%； 终凝时间为8?8.5分钟之间时，速凝剂与水泥用量的质量之比5% <y<6%； 终凝时间为7.5?8分钟之间时，速凝剂与水泥用量的质量之比6% <y<8%07.根据权利要求1-5任一项所述的一种砂层中土压平衡盾构机从土仓外面加固土体换刀施工方法，其特征在于，第二步中，所述速凝剂浆液的质量配合比为速凝剂:水=1:1。8.根据权利要求1-5任一项所述的一种砂层中土压平衡盾构机从土仓外面加固土体换刀施工方法，其特征在于，第三步中，在换刀过程中如有漏水，采用棉絮和堵漏灵进行封堵；所述堵漏灵为一种快速堵漏的水泥混合物。9.根据权利要求1-5任一项所述的一种砂层中土压平衡盾构机从土仓外面加固土体换刀施工方法，其特征在于，第三步中，所述自锁螺母为一种靠摩擦力自锁防松、防振的螺母。10.根据权利要求1-5任一项所述的一种砂层中土压平衡盾构机从土仓外面加固土体换刀施工方法，其特征在于，第一步中，所述注浆压力保持在一设定值，其中设定值为.0.210^;所述(1取0.2111。
【专利摘要】本发明提供了一种砂层中土压平衡盾构机从土仓外面加固土体换刀施工方法，所述施工方法步骤包括：第一步、向刀盘前部注水泥浆，并向土仓注水泥砂浆置换渣土；第二步、将速凝剂浆液注入土仓外面的水泥浆中；第三步、清仓换刀；第四步、恢复掘进。本发明避免了困难的超前注浆施工作业和凿除硬化后水泥砂浆的施工作业，消除了硬化后的水泥砂浆对设备造成的破坏，明确了注浆施工作业方式，有效地减少了施工作业量；本发明施工时间短，效率高，安全性强。
【IPC分类】E21D9/08
【公开号】CN105569665
【申请号】CN201510728950
【发明人】郭银波, 高宪民, 周阳宗, 李晓亮, 武铁路, 赵守宪, 朱小藻, 沈水龙, 范志高, 苏周勃, 肖瑞传, 刘锐, 孙国辉, 韩守初, 刘方, 吴怀娜
【申请人】中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司, 中铁十六局集团有限公司, 上海交通大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年10月30日