一种适用于复杂地层施工的复合盾构的制作方法

专利名称：一种适用于复杂地层施工的复合盾构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种建筑施工机械，更具体地说，是一种既能适 应软土、又能适应风化岩、软硬不均地层、石少层及砂卵石地层等 复杂地层施工的复合式土压平衡盾构。
背景技术：
我国地域广大，工程地质及水文地质条件相当复杂，根据我
国的地质条件特点，盾构应用技术可大致划分为三大地层即以 上海地区为代表的软弱土地层，以广州地区为代表的风化岩及软 硬不均地层，以北京地区为代表的砂、层、^眇卯石地层。由于地质 条件复杂，因此，每一个工程都应根据工程的水文、地质条件选 用合适的盾构。中国专利ZL2 005 1 01 305 9 0. 0 />告了 "一种复合 式土压平衡盾构机"，该专利只是解决了高透水的砾砂土层或卵 (砾)石土层中的正常掘进问题。但目前还没有同时适应软土 、风 化岩、软硬不均地层、砂层及砂卵石地层的复合盾构。

发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于复杂地层施工的复合盾 构。本发明解决在软土、风化岩、软硬不均地层、砂层及砂卵石 地层等不同地层中的盾构安全施工问题。
本发明的一种适用于复杂地层施工的复合盾构，包括，刀盘、 盾壳、人抢、皮带输送机、仿形刀、螺旋输送机和土仓，该盾构 还包括
复合式刀盘，所述刀盘为复合式刀盘，适合软土、硬岩等 不同地层施工，刀盘上分别安装有软土层施工工具和硬岩地层 施工工具，在不同地层施工时更换刀具；
三种开挖模式，根据不同的地质采用敞开模式、局部气压模式或土压平衡模式的开挖面稳定模式；
碴土改良系统，通过向刀盘面、土仓或螺魂j^送才几内注入 添加剂，并利用刀盘的旋转搅拌、土仓搅拌装置搅拌或螺旋输 送机旋转搅拌使添加剂与土碴混合，通过碴土改良，以适应不 同的地层。
本发明是一种适用于复杂地层施工的复合盾构，还具有如
下的特点复合式刀盘包括刀盘、耐磨条、切刀、弧形刮刀、 滚刀和仿形刀；刀盘周边安装有耐磨条；在刀盘上有放射形的 至少两排切口槽，在每一条切口槽内安装有两排切刀，在每一 列切刀端部位于刀盘边沿处安装有弧形刮刀；在刀盘周边每二 条切口槽之间有周边开口 ，在每一个周边开口内有弧形刮刀； 在刀盘上呈十字排列设置有滚刀，在切口槽内两排切刀之间安 装有仿形刀。
三种开挖模式分别是
(一) 敞开式施工，针对开挖面是稳定性较好的岩层，不用调 整土仓压力，即不对开挖面进行连续压力平衡，盾构切削下来的 碴土进入土仓内即刻被螺旋输送机排出；
(二) 局部气压模式施工，土仓内保持60%-70%的碴土，掘进 中遇到围岩稳定、但富含地下水的地层；或者施工断面上大部分 围岩稳定，仅有局部会出现失压崩溃的地层，或者破碎带，此时 增大推进速度以求得快速通过，并暂时停止螺旋机出土、关闭螺 i走机出土闸门，4吏土仓的下部充满碴石，向开挖面和土仓中注入 适量的添加材料和压缩空气，所述的添加材料为泡沫、聚合物、 膨润土、泥浆或添加剂；然后再控制螺旋机低速转动以保证在螺 旋机中形成"土塞"；
(三) 土压平衡模式施工，对于开挖地层稳定性差或有较多的 地下水的软土或软岩地层，盾构在掘进开挖面土体的同时，使掘 进下来的碴土充满土仓内，并且使土仓内的碴土密度尽可能与隧 道开挖面上的土壤密度接近；在推进油缸的推力作用下，土仓内
6充满的碴土形成一定的压力，土仓内的碴土压力与隧道开挖面上 的水、土压力实现动态平衡。采用土压平衡模式时，在不同地质 地段掘进时，根据需要添加泡沫剂、聚合物、膨润土等以改善碴 土性能。
碴土改良系统包括土压传感器、膨润土系统接口 、泡沫 发生器、泡沫剂泵、水泵、泡沫剂箱和水箱，在刀盘上安装 有土压传感器，膨润土系统接口通过管路连接，泡沫发生器通 过管路连接膨润土系统接口 ，泡沫剂箱和水箱分别经过泡沫 剂泵和水泵连接膨润土系统接口 。
本发明的一种适用于复杂地层施工的复合盾构，还包括带压 进抢安全系统；该系统由主抢室、进口艙室、开挖抢和保压系统 构成；开挖舱位于刀盘旁边，主舱室与开挖舱相连接，主舱室与 进口抢室相连接，开挖抢与主抢室、主抢室与进口餘室之间有人 孔门，人孔门紧密关闭；保压系统连接开挖舱。
本发明的一种适用于复杂地层施工的复合盾构，通过研究盾 构施工中开挖面的稳定机理，提供一种在复杂地层中具有高适应 性的复合式土压平衡盾构，针对不同地质条件的特点，能同时适 应软土、风化岩、软硬不均地层、砂层及砂卵石地层的安全施工 系统。
本发明的一种适用于复杂地层施工的复合盾构，通过采用 不同的开挖面稳定模式及不同的刀具布置和碴土改良系统以适 应不同地层，并设计有带压进舱安全系统，能安全可靠地快速进
本发明所述的复合盾构，其地质适应性非常广，在我国具有 广阔的应用前景。


图1是本发明主机的结构示意图2是复合式刀盘的结构示意图3是图2的侧视图；图4是敞开式施工的原理图5是局部气压模式施工的原理图6是土压平衡模式施工的原理图7是碴土改良系统的原理图8是带压进舱安全系统的原理图9是带压进舱安全系统的结构示意图10是带压进舱安全系统流程图。
图中刀盘1、盾壳2、人舱3、推进油缸4、铰接点5、盾 尾6、整圆器7、伸缩器8、盾尾密封9、螺旋输送机驱动机构 10、皮带输送机11、前闸门13、螺旋输送机14、铰接油缸15、 管片安装机16、安装头17、管片输送机18、耐磨条19、泡沫口 20、搅拌棒21、切刀22、切口槽23、弧形刮刀24、周边开口 25、滚刀26、仿形刀27、刀盘驱动28、 土压传感器29、回转才几 构30、膨润土系统接口 31、泡沫剂泵32、水泵33、泡沫剂箱 34、水箱35、泡沫发生器36、主舱室37、进口舱室38、开挖舱 39、保压系统40、泥盐41、 土仓42、人孔门43。
具体实施例方式
下面用最佳的实施例对本发明作详细的说明
参阅图1, 一种适用于复杂地层施工的复合盾构，包括，刀 盘1、盾壳2、人舱3、皮带输送机11、仿形刀27、螺旋输送机 14和土仓42,该系统还包括
复合式刀盘，所述刀盘1为复合式刀盘，适合软土地层施 工和硬岩地层施工，刀盘上分别安装有软土层施工工具和硬岩地 层施工工具，在不同地层施工时更换刀具；
三种开挖模式，根据不同的地质釆用敞开模式、局部气压 模式或土压平衡模式的开挖面稳定模式；
碴土改良系统，通过向刀盘面、土仓或螺3走输送机内注入 添加剂，并利用刀盘的旋转搅拌、土仓搅拌装置搅拌或螺旋输送 机旋转搅拌使添加剂与土碴混合，通过碴土改良，以适应不同的地层。
参阅图2和图3，复合式刀盘包括刀盘1、耐磨条19、切刀 22、弧形刮刀24、滚刀26和仿形刀27;刀盘1周边安装有耐磨 条19;在刀盘1上有放射形的至少两排切口槽23,在每一条切 口槽23内安装有两排切刀22,在每一列切刀22端部位于刀盘1 边沿处安装有弧形刮刀24;在刀盘1周边每二条切口槽23之间 有周边开口 25,在每一个周边开口 25内有弧形刮刀24;在刀盘 1上呈十字排列设置有滚刀26，在切口槽23内两排切刀22之间 安装有仿形刀27。
参阅图4、图5和图6，三种开挖模式分别是
(一) 敞开式施工，针对开挖面是稳定性较好的岩层，不用 调整土仓压力，即不对开挖面进行连续压力平衡，盾构切削下来 的碴土进入土仓内即刻被螺旋输送机排出；
(二) 局部气压模式施工，土仓内保持60%-70%的碴土 ，掘进 中遇到围岩稳定、但富含地下水的地层；或者施工断面上大部分 围岩稳定，仅有局部会出现失压崩溃的地层；或者破碎带，此时 增大推进速度以求得快速通过，并暂时停止螺旋机出土、关闭螺 旋机出土闸门， <吏土仓的下部充满碴石，向开挖面和土仓中注入 适量的添加材料和压缩空气，所述的添加材料为泡沫、聚合物、 膨润土、泥浆或添加剂；再控制螺旋机低速转动以保证在螺旋机 中形成"土塞"；
(三) 或者，土压平衡模式施工，对于开挖地层稳定性差或 有较多的地下水的软土或软岩地层，盾构在掘进开挖面土体的同 时，使掘进下来的碴土充满土仓内，并且使土仓内的碴土密度尽 可能与隧道开挖面上的土壤密度接近；在推进油缸的推力作用 下，土仓内充满的碴土形成一定的压力，土仓内的碴土压力与隧 道开挖面上的水、土压力实现动态平衡。
参阅图7 ,碴土改良系统包括土压传感器2 9 、膨润土系 统接口 31、泡沫发生器36、泡沫剂泵32、水泵33、泡沫剂箱34和水箱35,在刀盘1上安装有土压传感器2 9，膨润土系统 接口 31通过管路连接42,泡沫发生器36通过管路连接膨润土 系统接口 31，泡沫剂箱34和水箱35分别经过泡沫剂泵32和 水泵3 3连"l姿膨润土系统4妄口 31。
参阅图8和图9, 一种适用于复杂地层施工的复合盾构，还 包括带压进舱安全系统；该系统由主舱室37、进口舱室38、开 挖舱39和保压系统40构成；开挖舱39位于刀盘1旁边，主舱 室37与开挖舱39相连接，主舱室37与进口抢室38相连接，开 挖舱39与主舱室37、主抢室37与进口抢室38之间有人孔门， 人孔门紧密关闭；保压系统40连接开挖舱39。
本发明所提供的复合盾构的主机主要包括盾壳、刀盘、刀 盘驱动、螺旋输送机、皮带输送机、管片安装机、人仓等。见图 1。
本发明所述的复合盾构，其刀盘为复合式刀盘，见图2和图 3。釆用复合式刀盘是复合盾构的主要特点之一。在刀盘上既安 装有软土刀具，如切刀和刮刀、仿形刀，又安装硬岩刀具(滚刀)。 通过不同的刀具布置以适应不同地层。在软土地层施工时，复合 式刀盘上的硬岩滚刀可更换为先行刀(齿刀、撕裂刀或贝壳刀)。
本发明所述的复合盾构，具有三种开挖面稳定模式(见图4、 5、 6)。在盾构施工中，能根据不同的地质采用不同的开挖面稳 定模式。采用多种模式并能根据地质的不同变换作业模式是复合 盾构的主要特点之二。
三种开挖面稳定模式分别为敞开模式、局部气压模式和土压 平衡模式，每一种稳定模式具有不同的特点和适用不同的地层。
1 )敞开式
复合盾构面对开挖面是稳定性较好的岩层时，可以采用敞开 式施工，不用调整土仓压力。敞开式模式一般用于地层自稳条件 比较好的场合，即使不对开挖面进行连续压力平衡，在短时间内 也可保证开挖面不失稳，土体不坍塌。在能够自稳、地下水少的地层多采用这种模式。盾构切削下来的碴土进入土仓内即刻被螺 旋输送机排出，土仓内仅有极少量的碴土，土仓基本处于清空状 态，掘进中刀盘和螺旋输送机所受反扭力较小。采用敞开模式掘 进时，以滚刀破岩为主，采用高转速、低扭矩和适宜的螺旋输送
机转速推进；同步注浆时，浆液可能渗流到盾壳与周围岩体间的 空隙甚至刀盘处，为避免此现象发生可采取适当增大浆液粘度、 缩短浆液凝结时间、调整注浆压力、管片背后补充注浆等方法来 解决。
2) 局部气压模式
也称半敞开式。复合盾构对于开挖面具有一定的自稳性，可 以采用半敞开式；调节螺旋输送机的转速，土仓内保持2/3左右 的碴土。如果掘进中遇到围岩稳定、但富含地下水的地层；或者 施工断面上大部分围岩稳定，仅有局部会出现失压崩溃的地层； 或者破碎带。此时应增大推进速度以求得快速通过，并暂时停止 螺旋机出土、关闭螺旋机出土闸门，使土仓的下部充满碴石，向 开挖面和土仓中注入适量的添加材料(如膨润土 、泥浆或添加剂) 和压缩空气，使土仓内碴土的密水性增加，同时也使添加材料在 压力作用下渗进开挖面地层，在开挖面上产生一层致密的"泥 膜"。通过气压和泥膜阻止开挖面涌水和坍塌现象的发生，再控 制螺旋机低速转动以保证在螺旋机中形成"土塞，，，是完全可以 安全快速地通过这类不良地层的。掘进中土仓内的碴土未充满土 仓，尚有一定的空间，通过向土仓内输入压缩空气与碴土共同支 撑开挖面和防止地下水渗入。该掘进模式适用于具有一定自稳能 力和地下水压力不太高的地层，其防止地下水渗入的效果主要取 决于压缩空气的压力，在上软下硬地层施工时多采用这种模式。 在上软下石更地层施工时以滚刀破岩为主破碎石更岩，以齿刀、刮刀 为主切削土层。在河底段掘进时，需要添加泡沫剂、聚合物、膨 润土等改善碴土的止水性，以使土仓内的压力稳定平衡。
3) 土压平衡模式复合盾构对于开挖地层稳定性不好或有较多的地下水的软
质岩地层时，需采用土压平衡模式；此时需根据前面地层的不同，
保持不同的土仓压力。
盾构在掘进开挖面土体的同时，使掘进下来的碴土充满土仓 内，并且使土仓内的碴土密度尽可能与隧道开挖面上的土壤密度 接近。在推进油缸的推力作用下，土仓内充满的碴土形成一定的 压力，土仓内的碴土压力与隧道开挖面上的水、土压力实现动态 平衡，这样开挖面上的土壤就不会轻易坍落，达到既完成掘进又 不会造成开挖面土体的失稳。
土仓内的压力可通过改变盾构的掘进速度或螺旋机的转速 (排碴量土)来调节，按与盾构掘削土量(包括加泥材料量)对 应的排碴量连续出土，保证使掘削土量与排碴量相对应，使土仓 中的塑流性碴土的土压力能始终与开挖面上的水土压力保持平 衡，保持开挖面的稳定性，压力大小根据安装在土仓壁上的压力 传感器来获得，螺旋机转速(排土量)根据压力传感器获得的土 压自动调节。
采用土压平衡模式时，以齿刀、切刀为主切削土层，以低转 速、大扭矩推进。土仓内土压力值应略大于静水压力和地层土压 力之和，在不同地质地段掘进时，根据需要添加泡沫剂、聚合物、 膨润土等以改善碴土性能，也可在螺旋输送机上安装止水保压装 置，以使土仓内的压力稳定平衡。
本发明所述的复合盾构，具有碴土改良系统(见图7)。采 用碴土改良系统是复合盾构的主要技术特点之三。
碴土改良系统通过向刀盘面、土仓或螺祷jlr送才几内注入添加 剂如泡沫、膨润土或聚合物等，并利用刀盘的旋转搅拌、土仓搅 拌装置搅拌或螺旋输送机旋转搅拌使添加剂与土碴混合，通过碴 土改良，以适应不同的地层。
复合盾构的碴土改良系统，可以改善碴土塑流性，提高止水 性，降低刀盘扭矩，减小刀盘刀具及螺旋输送机磨损，以及对掌子面止水的良好效果。 ①泡沫系统
泡沫系统通过螺杆泵泵送泡沫与 一 定比例的水混合，经过 泡沫发生器，高压空气吹压发泡，产生大量的泡沫，通过管路输 送到刀盘前面、土仓或螺旋输送机与碴土混合。泡沫具有如下优
点
由于气泡的润滑效果，减少了碴土的内摩擦角，提高了 碴土的流动性，从而减少了刀盘的扭矩，改善了盾构作业参数；
减少碴土的渗透性，使整个开挖土传力均匀，工作面压 力波动小，有利于调整土仓压力，保证盾构掘进姿态，控制地表 沉降；
减少粘土的粘性，有利于出土；
泡沫无毒，在2小时后可自行分解消失，对土壤环境无 污染。
泡沫系统主要包括泡沫剂罐、泡沫剂泵、水泵、溶液计量调 节阀、空气剂量调节阀、液体流量计、气体流量计、泡沫发生器 及连接管路。
泡沫剂泵将泡沫剂从泡沫剂罐中泵出，并与水泵泵出的水按 盾构司机操作指令的比例混合形成溶液，控制系统是通过安装在 水泵出水口处的液体流量计测量水泵出水的流量，并根据这 一 流 量控制泡沫剂泵的输出量来完成这一混合比例指令的。混合溶液 向前输送时，净皮分配输送到4条管路中，经过溶液剂量调节阀和 液体流量计后，又被分别输送到4个泡沫发生器中，在泡沫发生 器中与同时被输入的压缩空气混合产生泡沫，压縮空气进入泡沫 发生器前也要先经过气体流量计和空气剂量调节阀。泡沫剂溶液 和压缩空气也是按盾构司机操作指令的比例混合的，这 一 指令需 通过盾构控制系统接收液体流量计和气体流量计的信息并控制 空气剂量调节阀和溶液剂量调节阀来完成。最后，泡沫沿4条管 路通过刀盘旋转接头，再通过刀盘上的开口，注入到开挖室中。在控制室，操作人员也可以根据需要从四条管路中任意选择，向 开挖室加入泡沫。
② 膨润土系统
膨润土系统包括膨润土箱、膨润土泵、气动膨润土管路控制 阀及连接管路。膨润土系统与泡沫系统共用l套注入管路。
需要注入膨润土时，膨润土通过膨润土泵沿管路向前泵至盾 体内，操作人员可根据需要，在控制室的操作控制台上，通过控 制气动膨润土管路控制阀的开关，将膨润土加入到开挖室、泥土 仓或螺旋输送机中。
③ 聚合物系统
聚合物系统利用聚合物本身高析水性能，使碴土产生塑性， 用于防止喷涌发生。该系统在高水压富水地层中防止碴、水喷涌 发生方面效果较明显。用于铰接密封处及土仓。
本发明所述的复合盾构，具有带压进舱安全系统(图8、 9)。 所述人仓为双气路双室人仓，人仓是带压进抢安全系统的重要部 分。为解决盾构施工的风险，安全可靠地在非常压下快速进行刀
所述的复合盾构，采用了安全可靠的双气路人仓和自动保压系统。
带压进舱时采用双气路双室人仓，人员从常压区进入到处于 高压的开挖舱，应经过加压阶段；从处于高压的开挖舱进入到常 压区，应经过减压阶段。否则会遭受气压伤害，产生气压病。所 以带压进抢必须采用双气路双室人仓，双气3各双室人仓具有气压 过渡舱结构。加减压阶段过程在气压过渡舱中进行。
式的载人压力容器不具互换性。盾构的双气路双室人仓必须与盾 构的结构特点相适应。
双气路双室人仓至少有两个直接互相连接的艙室组成。一个 抢室作为正常减压的主抢室， 一个抢室作为进口抢室，该抢室可
14以作为紧急减压抢室。主抢室由分离式艙室和盾构中的结构空间 组成。盾构中的结构空间由开挖舱隔墙和周围钢结构组成，具有 平面联结法兰壁。分离式舱室具有两个舱室。分离式舱室通过螺 栓与盾构机中的法兰壁联结，并用密封件进行密封。在主舱室和 进口舱室的相应的墙上有人孔和人孔门，人孔门可以紧密关闭。 工作人员可以打开人孔门进入到主抢室和进口抢室或进入到开 挖舱。
为保障带压进輪工作的安全，双气if各双室人仓的控制系统应
有
1) 加气、排气系统。提供舱室内需要的平衡压力，提供呼 吸空气，保障新鲜空气量。
2) 消防系统。防止发生火灾。有水消防系统和手持式灭火器。
3 )空调系统。保障舱室内的空气温度在合适的范围内。适 合人员进行工作。
4) 舱室内气体压力、温度测量系统。实时测量显示舱室内 气体压力、温度，便于操舱人员操作。保持压力温度在合适的范 围内。
5) 通讯系统。具有防爆通讯系统和声能通讯系统，保障各 个舱室与外部的通讯畅通。
6 )照明及应急照明系统。应急照明的时间不应低于1小时。
7) 吸氧系统。用于快速减压过程，或缺氧的环境。
8) 气体检测分析系统。检测分析瓦斯、二氧化碳等有害气 体是否超标，氧含量是否合适。
9) 时间显示系统。便于掌握加、减压时间或工作人员的作 业时间。
本发明所述的复合盾构，具有带压进舱辅助安全保障控制系统。
根据盾构法的工作原理，为保障带压进舱工作的安全，气压过渡舱的辅助安全保障控制系统具有
1) 泥浆注入系统
用特殊泥浆置换开挖舱内的碴土 ，并且在刀盘前部形成较为 稳定的泥膜。使掌子面具有良好的抗渗及稳固性能。
2) 空气压力控制系统
用压缩空气浆置换开挖舱内上半部的泥水，提供人员作业空 间。保障呼吸压缩空气的供给，保证维持开挖舱内的压力平衡。
带压进舱工作是一种特种作业方式，应遵循相应的安全步骤 与措施。目前我国还没有盾构法带压进舱方面的技术规范性文 件，现场一般参照潜水方面技术规范。
参阅图10,带压进舱安全流程图。
在带压进舱过程中，根据具体施工情况有几点需要注意
1) 选取合格的进舱人员。进舱人员不但应掌握进舱作业内 容，还应具有良好的身体条件。
2) 根据科学的减压表进行操作。
3) 利用泥浆在开挖面形成一层比较厚的抗渗泥膜，从而达 到保证气密性的效果。
4 )开挖舱内的压缩空气压力要求比计算土压力高0.1~ 0.2bar左右。在开舱作业过程中，应尽量维持此压力，并通过 进气阀的操作使气压的变化值控制在可控范围之内；进入开挖舱 的压缩空气应是可呼吸压缩空气。
5) 由土建工程师确定开挖面的稳定性，是否需要进行地基 加固。
6) 设置两条以上通讯线路，保持压力仓内、仓外及外界相 关部门的联系畅通。
并设专人对地面监控和巡视，发现异常，及时请示处理。
权利要求
1、一种适用于复杂地层施工的复合盾构，包括，刀盘(1)、盾壳(2)、人舱(3)、皮带输送机(11)、仿形刀(27)、螺旋输送机(14)和土仓(42)，其特征在于该盾构还包括，复合式刀盘，所述刀盘(1)为复合式刀盘，适合软土、硬岩等不同地层施工，刀盘上分别安装有软土层施工工具和硬岩地层施工工具，在不同地层施工时更换刀具；三种开挖模式，根据不同的地质采用敞开模式、局部气压模式或土压平衡模式的开挖面稳定模式；碴土改良系统，通过向刀盘面、土仓或螺旋输送机内注入添加剂，并利用刀盘的旋转搅拌、土仓搅拌装置搅拌或螺旋输送机旋转搅拌使添加剂与土碴混合，通过碴土改良，以适应不同的地层。
2、 如权利要求1所述的一种适用于复杂地层施工的复合 盾构，其特征在于，复合式刀盘包括刀盘(1)、耐磨条(19)、切 刀(22)、弧形刮刀(24)、滚刀(26)和仿形刀(27);刀盘(1)周边 安装有耐磨条(19);在刀盘(1)上有放射形的至少两排切口槽(23)，在每一条切口槽(23)内安装有两排切刀(22),在每一列 切刀(2 2)端部位于刀盘(l)边沿处安装有弧形刮刀(2 4);在刀盘(l)周边每二条切口槽(23)之间有周边开口 (25),在每一个周边 开口 (25)内有弧形刮刀(24);在刀盘(l)上呈十字排列设置有滚 刀(26),在切口槽(2 3)内两排切刀(22)之间安装有仿形刀(27)。
3、 如权利要求1所述的一种适用于复杂地层施工的复合 盾构，其特征在于，三种开挖模式分别是(一) 敞开式施工，针对开挖面是稳定性较好的岩层，不 用调整土仓压力，即不对开挖面进行连续压力平衡，盾构切削下 来的碴土进入土仓内即刻被螺旋输送机排出；(二) 局部气压模式施工，土仓内保持60%-70%的碴土，掘进中遇到围岩稳定、但富含地下水的地层；或者施工断面上大部分围岩稳定，仅有局部会出现失压崩溃的地层，或者破碎带，此 时增大推进速度以求得快速通过，并暂时停止螺旋机出土、关闭 螺旋机出土闸门，4吏土仓的下部充满碴石，向开挖面和土仓中注 入适量的添加材料和压缩空气，所述的添加材料为泡沫、聚合物、膨润土、泥浆或添加剂；然后再控制螺旋机低速转动以保证在螺 旋机中形成"土塞"；(三)土压平衡模式施工，对于开挖地层稳定性差或有较 多的地下水的软土或软岩地层，盾构在掘进开挖面土体的同时， 使掘进下来的碴土充满土仓内，并且使土仓内的碴土密度尽可能 与隧道开挖面上的土壤密度接近；在推进油缸的推力作用下，土 仓内充满的碴土形成一定的压力，土仓内的碴土压力与隧道开挖 面上的水、土压力实现动态平衡。采用土压平衡模式时，在不同 地质地段掘进时，根据需要添加泡沫剂、聚合物、膨润土等以改 善碴土性能。
4、 如权利要求1所述的一种适用于复杂地层施工的复合 盾构，其特征在于，碴土改良系统包括土压传感器(29)、膨 润土系统接口(31)、泡沫发生器(36)、泡沫剂泵(32)、水泵 (33)、泡沫剂箱(34)和水箱(35),在刀盘(l)上安装有土压传 感器(29),膨润土系统接口 (31)通过管路连接(42),泡沫发生 器(36)通过管路连接膨润土系统接口 (31)，泡沫剂箱(34)和 水箱(35)分别经过泡沫剂泵(32)和水泵(33)连接膨润土系统 接口 (31)。
5、 如权利要求1所述的一种适用于复杂地层施工的复合 盾构，其特征在于，还包括带压进舱安全系统；该系统由主舱 室(37)、进口舱室(38)、开挖抢(39)和保压系统(40)构成；开 挖艙(39)位于刀盘(l)旁边，主抢室(37)与开挖般(39)相连接， 主舱室(37)与进口舱室(38)相连接，开挖舱(39)与主舱室(37)、 主舱室(37)与进口舱室(38)之间有人孔门(4 3),人孔门(4 3)紧密关闭；保压系统(40)连接开挖舱(39)。
全文摘要
一种适用于复杂地层施工的复合盾构，涉及一种建筑施工机械。包括，复合式刀盘，所述刀盘为复合式刀盘，适合软土地层、硬岩地层、软硬不均地层及既有软土又有硬岩的复合地层施工，刀盘上分别安装有软土层施工工具和硬岩地层施工工具，在不同地层施工时通过更换刀具以适应地层；三种开挖模式，根据不同的地质采用敞开模式、局部气压模式或土压平衡模式的开挖面稳定模式；碴土改良系统，通过向刀盘面、土仓或螺旋输送机内注入添加剂，并利用刀盘的旋转搅拌、土仓搅拌装置搅拌或螺旋输送机旋转搅拌使添加剂与土碴混合，通过碴土改良，以适应不同的地层。本发明解决在软土、风化岩、软硬不均地层、砂层及砂卵石地层等不同地层中的盾构安全施工问题。
文档编号E21D9/12GK101509381SQ20081018750
公开日2009年8月19日 申请日期2008年12月24日 优先权日2008年12月24日
发明者张志国, 张红星, 李建斌, 馈 陈, 韩亚丽 申请人:中铁隧道集团有限公司