用于处理盾构刀盘结泥饼的酸分解方法与流程

本发明涉及一种盾构法隧道施工领域，尤其涉及一种用于处理盾构刀盘结泥饼的酸分解方法。

背景技术：

近年来，随着城市基础建设的迅速发展，盾构法隧道建设越来越普及，隧道的建设也逐步向大直径、大埋深方向发展。盾构掘进断面内的地质情况越来越复杂，盾构刀盘结泥饼的情况频发。盾构刀盘一旦结泥饼，会造成刀盘扭矩增大，推进速度下降，降低了掘进效率，影响施工进度。

盾构刀盘结泥的问题一直以来并无效果明显的施工应对方法。

技术实现要素：

本发明主要是针对现有技术的不足，提供一种不开仓情况下盾构结泥饼的化学处理方法，该方法可以实现在不开仓情况下自动去除泥饼，无需人工处理，节约投资和工期，同时可以规避人员的安全风险。

为实现上述目的，本发明提供一种适用于盾构机在不需要开仓带压作业的情况下，有效消除盾构机刀盘结泥饼的化学处理方法。

本发明方案包括：一种用于处理盾构刀盘结泥饼的酸分解方法，在盾构机结泥饼时，盾构机停机，向盾构开挖舱和盾构刀盘压注分解溶液，对所结泥饼进行浸泡分解，待完成分解，恢复盾构机施工，其中：

所述分解溶液为酸性溶液；

在所述盾构开挖舱的上部设置排气口，将所述酸性溶液分解泥饼过程中产生的气体排出。

在本发明的一些实施例中，所述排气口通过排气管路连接至碱水箱，中和排出的气体。

在本发明的一些实施例中，在所述盾构开挖舱设置压力表，在所述排气口设置启闭阀门，监控所述盾构开挖舱的压力变化，并且，在压力到达设定的额定值时，开启所述启闭阀门，进行排气。

在本发明的一些实施例中，还包括：预先采集泥饼样品，使用不同浓度的所述酸性溶液进行试验，根据泥饼消解情况，确定用于压注的所述酸性溶液的浓度。

在本发明的一些实施例中，在确定所述酸性溶液的浓度时，采用泥饼消解时间较短的浓度。

在本发明的一些实施例中，所述酸性溶液采用弱酸性溶液，包括但不限于以下弱酸中的一种或多种的组合：醋酸、次氯酸和碳酸。

在本发明的一些实施例中，所述盾构机为泥水平衡盾构，并且，在盾构机停机前，对泥水平衡盾构的泥水仓进行循环清仓，清仓完成后，用较低比重的泥水循环置换泥水仓内泥水，降低泥水仓中泥水的比重。

在本发明的一些实施例中，在压注所述酸性溶液的过程中，低速旋转盾构刀盘，进行搅拌。

在本发明的一些实施例中，预先在所述盾构开挖舱和所述盾构刀盘设置预留孔，通过注浆泵通过管路连接至所述预留孔，对所述盾构开挖舱的内部和所述盾构刀盘的正面进行所述酸性溶液的压注。

在本发明的一些实施例中，预先在盾构盾壳设置垂直注浆孔，并且，在压注所述酸性溶液前，通过所述垂直注浆孔对外垂直注射堵漏材料，阻隔泥水倒窜进盾构盾尾内。

本发明由于采用上述技术方案，使其具有以下有益效果：

1、酸性溶液对开挖面几乎没有影响，不需要选择地质条件较好的位置进行停机作业，一旦确认盾构结泥饼，可以及时停机处理；

2、市面上大多数的泥饼分散剂反应过后都会产生大量气体，而酸性溶液分解，生成水和二氧化碳，它们所释放二氧化碳，无对人体有毒有害的气体产生；

3、酸性溶液可采用注浆泵压注，压注方式更为安全便捷，并且可以在盾构换刀过程中同步实施，不影响施工进度；

4、酸性溶液反应过后主要生成水和二氧化碳，不会对周边环境造成破环。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的用于处理盾构刀盘结泥饼的酸分解方法的实施过程流程图。

图2为本发明实施例的酸分解方法在泥水平衡盾构中的使用情况的局部结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

盾构刀盘在泥岩、页岩、砂质泥岩、黏土等粘粒含量高的地层中施工时，地层中的粘性矿物颗粒易于水化，造成渣土之间极易相互黏连，且极易附着在刀盘及刀具上，导致刀盘及刀具结泥饼、刀具有效切削土体能力低、渣土也无法顺利进入开挖仓内。施工参数方面表现为刀盘扭矩增大，推进速度下降，影响盾构施工速度。而高扭矩低速度推进，会造成刀盘温度升高，使泥饼的含水量低于塑限而达到较高的强度；同时部分切削下的渣土不断嵌入既有结泥并使其延展，泥饼中的碎石不断有序排列，达到抵抗渣土挤压、嵌入的最优组合状态；其结果是既有导致泥饼由高能量状态转变到低能量状态，外观反映为泥饼结硬和难以消除；从施工参数方面反映为较差。如此恶性循环，最终导致盾构无法施工。

现有的消除盾构刀盘泥饼的方法大致有两类，第一类为物理方法，进仓人工消除泥饼；①地面开仓破除，从地面施工竖井一直到刀盘位置，然后人员直接下到刀盘位置根据泥饼的强度和面积，采用风镐等机具进行人工破除。②人工带压进仓破除，这种方法的实施步骤是，先用配制好的泥浆通过高压方法渗入到刀盘前方土体形成泥膜，然后在泥土仓内加压，形成高压空间来防止前方土体坍塌，然后人员进入盾构土仓，破除前方泥饼。第二类为化学方法，就是通过注入各类分散剂，达到消除泥饼的方法。

第一类技术的缺点是，需要专门对前方开挖面土体进行加固和处理，投资很大；同时这类方法都需要人工进入开挖仓内进行人工破除泥饼，风险极高。特别是在富水地质条件下，这类处理泥饼的措施投资和风险都会成倍增加。

第二类技术的缺点是，分散剂的注入同样需要对开挖面进行一定的预处理，投入的资金及时间较大，并且分散剂的注入仅适用于土压平衡盾构，在泥水平衡盾构中的适用性不强。

本发明主要是针对现有技术的不足，提供一种不开仓情况下盾构结泥饼的化学处理方法，该方法可以实现在不开仓情况下自动去除泥饼，无需人工处理，节约投资和工期，同时可以规避人员的安全风险。

本发明的技术方案主要为：一种用于处理盾构刀盘结泥饼的酸分解方法，在盾构机结泥饼时，盾构机停机，向盾构开挖舱和盾构刀盘压注分解溶液，对所结泥饼进行浸泡分解，待完成分解，恢复盾构机施工，其特点主要在于：

所述分解溶液为酸性溶液；

在所述盾构开挖舱的上部设置排气口，将所述酸性溶液分解泥饼过程中产生的气体排出。

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细地说明。

结合图1和图2所示，本发明的实施例所采用的技术方案为一种不开仓情况下盾构泥饼处理方法，其具体包括以下步骤(实际施工步骤并不限于以下序号所列的次序)：

(1)现场采集泥饼样品，使用不同浓度的酸性溶液进行试验，根据泥饼消解情况，确定注入的酸性溶液浓度。

不同浓度的酸性溶液对泥饼的消解效果不同，需要在现场采集泥饼样品进行浓度试验。现场采用的是醋酸溶液10％，最终选择40％浓度的醋酸溶液，只要是弱酸性溶液都可以替代醋酸作为消除泥饼的措施，如次氯酸，碳酸等(均有同样效果)，下表表1显示了酸性溶液的浓度试验中的一些例子，可以看出，通常在满足其他施工条件(如不影响设备正常运行和不损害土体的情况下)，采用分解时间较短，泥饼消解更快的方案。

表1.酸性溶液的浓度试验数据

(2)根据盾构施工参数变化情况，判断盾构是否结泥饼，根据盾构停机周期，可以提前确定盾构停机位置。

由于酸性溶液对开挖面几乎没有影响，不需要选择地质条件较好的位置进行停机作业，一旦确认盾构结泥饼，可以及时停机处理。

(3)盾构机可采用泥水平衡盾构，盾构停机前对泥水仓进行循环清仓，清仓完成后，降低泥水比重，通过泥水循环置换泥水仓内泥水。

(4)通过盾构盾壳垂直注堵漏材料11，阻隔泥水倒窜进盾尾内。

如图2所示，通过盾构壳体预留垂直注浆孔环箍(将注浆孔沿盾构壳体成环设置圈成环箍形状，注浆孔采用可封堵的注浆孔，在不注浆时自行封堵)压注堵漏材料11，能够有效的阻挡正面切口的泥水后窜，保障了正面和盾尾的稳定安全。

(5)准备浓度符合要求的酸性溶液，吊运至盾构机内。准备好压注酸性溶液的设备及管路。

预先在盾构开挖舱和盾构刀盘设置预留孔，通过注浆泵通过管路连接至预留孔，对盾构开挖舱的内部和盾构刀盘的正面进行酸性溶液的压注。

酸性溶液采用注浆泵压注，压注方式更为安全便捷，并且可以在盾构换刀过程中同步实施，不影响施工进度。

(6)当步骤(3)及步骤(4)完成后，将注浆泵通过管路连接至通往开挖舱的预留位置及刀桶冲洗孔(通往刀盘正面的预留孔)。将步骤(5)准备好的酸性溶液注入盾构机刀盘及开挖仓内，在注入过程中，左右低速旋转刀盘，使得溶液得到充分搅拌，有效渗透进泥饼内。

(7)在步骤(6)实施过程中，由于酸性溶液反应分解后会产生气体，密切观察开挖仓压力表的变化，通过盾构顶部的阀门，释放聚集在盾构顶部的反应产生的气体。

具体地，在盾构开挖舱的顶部设置排气口，在盾构开挖舱设置压力表，在排气口设置启闭阀门，实时监控盾构开挖舱的压力变化，并且，在压力到达设定的额定值(根据实际土压及盾构情况设定)时，开启启闭阀门，进行排气。

市面上大多数的泥饼分散剂反应过后都会产生大量气体，而酸性溶液分解，生成水和二氧化碳，它们所释放二氧化碳，无对人体有毒有害的气体产生，也不会对周边环境造成破环。

(8)将步骤(7)产生的气体用排气管路通到碱水箱里，碱水箱可采用加碱的废水箱，以去气中的酸性挥发气体，注意管路端口要布置纱布，使碱水与气体充分混合后排放至隧道内，避免盾构机局部气体浓度过高产生的各类安全隐患。

采集反应过程中产生的气体，做气体成分的分析试验，主要为二氧化碳气体和挥发的醋酸气体。由于醋酸气体在吸入鼻、喉和呼吸道后，会对眼鼻有强烈刺激作用。皮肤接触，轻者出现红斑，重者引起化学灼伤，长期反复接触，可致皮肤干燥、脱脂和皮炎。为应对这一问题可在盾构机顶部气阀接一排气管路至碱水箱，管口布置纱布，加碱去除尾气中的酸性挥发气体。

(9)在步骤(6)完成后，静置浸泡2个小时。随后泥水循环清仓，恢复盾构施工。

需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。