超大直径泥水气平衡盾构在软土地层中的换刀施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及盾构施工技术领域，尤其是指一种超大直径泥水气平衡盾构在软土地层中的换刀施工方法。
【背景技术】
[0002]现有的盾构法隧道换刀施工工艺，多数集中在岩石TBM或砂卵石地层中的盾构滚刀的更换。其盾构所处地层要么有一定的自立性，要么采用地面加固的方式，确保盾构正面土体稳定。而位于饱和的软土-砂土地层中的泥水气平衡盾构(混合盾构)通常埋置深度较大，正面土体稳定性极差，盾构上方地表环境复杂，通常不具备全断面加固的条件。
[0003]无地表加固措施下的盾构换刀作业，如何保障盾构正面稳定性是关键问题。尤其对于超大直径(一般在14m以上)的盾构法隧道而言，开挖面上下压力差大，保持正面的平衡稳定就更加困难，一旦正面出现失稳，不但换刀作业无法进行，更有可能危及换刀作业人员的生命。目前尚无可靠的方法用于超大直径的盾构在非加固的饱和软土地层中的盾构刮刀更换技术。
【发明内容】
[0004]有鉴于上述问题，本发明提供了一种超大直径泥水气平衡盾构在软土地层中的换刀施工方法，包括:
[0005]制备用于盾构刀盘的正面浆液，所述正面浆液的配制成分包括水、造浆剂以及增粘剂；
[0006]使用所述正面浆液对软土地层进行浆液循环作业，以在软土地层的表面形成一层泥膜结构；
[0007]根据盾构所处位置将盾构的操作仓内的压力调整到设定要求，以稳定盾构的开挖面；
[0008]协同调整盾构的操作仓、主人仓以及货仓内的压力，以使换刀人员带压进入操作仓完成换刀作业。
[0009]本发明超大直径泥水气平衡盾构在软土地层中的换刀施工方法，制备用于盾构刀盘的正面浆液的配制成分包括水、造浆剂、增粘剂，该浆液配比制备的正面浆液，可以在软土表面形成一层“泥膜”结构，以平衡作用于开挖面的土压力和水压力。并且，该泥膜结构能够有效的封堵粉砂地层中的间隙，成为一层不透水层，同时辅以适当的气压，可以起到对正面支护的作用，防止正面土体坍塌，为换刀作业提供安全可靠的工作面。采用本发明超大直径泥水气平衡盾构在软土地层中的换刀施工方法，浆液稳定正面土体，对盾构上方的环境没有特殊要求，施工周期短、费用相对较低，同时可以确保安全性。
[0010]本发明超大直径泥水气平衡盾构在软土地层中的换刀施工方法的进一步改进在于，所述造浆剂的组成成分包括大中分子量的聚丙稀酸盐类、聚丙稀腈盐类、纤维类盐类、抗钙剂以及增效添加剂。
[0011]本发明超大直径泥水气平衡盾构在软土地层中的换刀施工方法的进一步改进在于，所述增粘剂的组成成分包括大中分子量的聚丙稀酸盐类、丙稀腈、纤维素盐、乙烯基共聚物、带正电的活性颗粒、微孔堵塞剂以及增效添加剂。
[0012]本发明超大直径泥水气平衡盾构在软土地层中的换刀施工方法的进一步改进在于，所述正面浆液由水、造浆剂、增粘剂按照40:3:1的配比配制而成。
[0013]本发明超大直径泥水气平衡盾构在软土地层中的换刀施工方法的进一步改进在于，所述正面楽液的比重为1.05g/cm3?1.08g/cm3，所述正面楽液的粘度为80s?120s。
[0014]本发明超大直径泥水气平衡盾构在软土地层中的换刀施工方法的进一步改进在于，协同调整盾构的操作仓、主人仓以及货仓内的压力，以使换刀人员带压进入操作仓完成换刀作业，包括以下步骤:
[0015]初始状态下，所述操作仓内的压力大于所述主人仓以及所述货仓内的压力，所述主人仓以及所述货仓内的压力均等于标准大气压，换刀人员从盾构外部通过所述主人仓进入所述货仓，拿取新刀具后回到所述主人仓；
[0016]对所述主人仓加压直到所述主人仓内的压力等于所述操作仓内的压力，换刀人员从所述主人仓进入所述操作仓进行换刀作业；
[0017]对所述货仓加压直到所述货仓内的压力等于所述主人仓内的压力，换刀人员从所述操作仓通过所述主人仓进入所述货仓，将旧刀具存放在所述货仓；
[0018]换刀人员从所述货仓撤出到所述主人仓，对所述货仓减压直到所述货仓内的压力等于标准大气压；
[0019]对所述主人仓减压直到所述主人仓内的压力等于标准大气压，换刀人员从所述主人仓撤出到盾构外部。
[0020]本发明超大直径泥水气平衡盾构在软土地层中的换刀施工方法的进一步改进在于，所述操作仓与所述主人仓之间设有第一门体，所述主人仓与所述货仓之间设有第二门体，所述主人仓还设有与外部连通的第三门体，所述货仓还设有与外部连通的第四门体。
[0021]本发明超大直径泥水气平衡盾构在软土地层中的换刀施工方法的进一步改进在于，使用所述正面浆液对软土地层进行浆液循环作业，以在软土地层的表面形成一层泥膜结构，包括以下步骤:
[0022]采用盾构机车架的剪切栗拌制所述正面浆液；
[0023]采用盾构的挤压栗栗送所述正面浆液至盾构的同步注浆浆桶，将两个同步注浆栗接在泥水仓的管路上；
[0024]所述操作仓包括通过一第五门体相互连接的泥水仓与气泡仓，所述泥水仓靠近盾构的刀盘，采用同步注浆栗将所述正面浆液往泥水仓进行栗送，至气泡仓的液位上升至+Im;
[0025]从泥水仓的顶部放出所述正面浆液，至气泡仓的液位下降到O;
[0026]循环上述栗送和放浆的过程，直到泥水仓的顶部放出的浆液的粘度达到35s。
[0027]本发明超大直径泥水气平衡盾构在软土地层中的换刀施工方法的进一步改进在于，泥水仓的顶部放出的浆液的粘度达到35s后，稳压12小时，稳压结束后进行泥水仓与气泡仓的连通压力实验。
【附图说明】
[0028]图1是本发明超大直径泥水气平衡盾构在软土地层中的换刀施工方法的流程图。
[0029]图2是本发明超大直径泥水气平衡盾构在软土地层中的换刀施工方法中盾构的内部仓位分布示意图。
[0030]图3?图7是本发明超大直径泥水气平衡盾构在软土地层中的换刀施工方法中调整盾构的操作仓、主人仓以及货仓内的压力的步骤示意图。
【具体实施方式】
[0031]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0032]以上海地区为代表的软土-砂土地层中，土体的强度远低于岩石地层，在大断面开挖条件下，不具备自立性，特别是深部的粉砂地层中，富含高水头承压水，必须采用一定措施防止土体坍塌。传统的方式是采用地面加固措施，以高压旋喷注浆或者深层水泥土搅拌粧的形式加固地层，加固浆液中的水泥基材料硬化过程会极大的提高土体的自立性，使开挖面满足大断面开挖条件下的自立性，从而为换刀作业提供空间。但是该方法施工周期长、且要求盾构上方必须为空旷地面以实施加固，且加固费用十分昂贵。
[0033]因此，本发明提供了一种超大直径泥水气平衡盾构在软土地层中的换刀施工方法。
[0034]配合参看图1与图2所示，图1是本发明超大直径泥水气平衡盾构在软土地层中的换刀施工方法的流程图。图2是本发明超大直径泥水气平衡盾构在软土地层中的换刀施工方法中盾构的内部仓位分布示意图。如图2所示，盾构包括刀盘10、靠近刀盘10设置的操作仓20、与操作仓20连接的主人仓30、以及与主人仓30连接的货仓40，其中，操作仓20又包括靠近刀盘10设置的泥水仓210以及与泥水仓210连接的气泡仓220。泥水仓210用于进行泥水气平衡的浆液循环作业，气泡仓220用于提供适当的气压作用在泥水舱内，来平衡正面的土体，该气压可以根据土体的静止土压力进行初步计算，同时辅以地面沉降观测进行适当调整。例如:在选定的气压下，若地面呈现隆起趋势，则适当降低气压;反之，若地面呈现凹陷趋势，则适当增加气压;主人仓30作为换刀人员的进出通道，货仓40用于存放刀具。
[0035]如图1所示，本发明超大直径泥水气平衡盾构在软土地层中的换刀施工方法，包括:
[0036]步骤SlOl:制备用于盾构刀盘的正面浆液，所述正面浆液的配制成分包括水、造楽剂以及增粘剂。
[0037]步骤S