砂卵石地层中盾构机开挖面的支护压力的控制方法与流程

本发明属于盾构机技术领域，具体涉及一种砂卵石地层中盾构机开挖面的支护压力的控制方法。

背景技术：

本世纪初以来，我国沿海、沿江主要城市地铁建设逐渐进入高潮。截止2017年底，获得国家发改委批准建设地铁的城市已经达到了43个，其中不仅包括北上广深等一线城市，还有不少二三线城市。在运营里程方面，上海已经成为世界上地铁运营里程最长的城市，北京排名第二。由于我国幅员辽阔、地质条件复杂，其中成都、兰州、大连和北京都遇到了大范围的砂卵石地层，卵石含量达到40％以上。由于砂卵石渣土的流动性低，强度高，当改良没有达到预期效果时，压力舱和螺旋排土器容易发生渣土喷涌和滞排故障，导致施工无法正常掘进，被迫停机维修，延误工期和经济损失巨大；为此砂卵石地层土压盾构掘进大部分情况下都采用半舱渣土和半舱压缩空气的开挖方式进行，但是该方式导致开挖面的支护压力很难建立起来，地面塌方事故频发。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种砂卵石地层中盾构机开挖面的支护压力的控制方法。

本发明所采用的技术方案为：一种砂卵石地层中盾构机开挖面的支护压力的控制方法，包括以下步骤：

s1：向盾构机的压力舱内充入压缩空气使得压力舱内的压力维持稳定；

s2：通过刀盘向开挖面喷洒改性泥浆。

优选地，步骤s2中同时向压力舱内注入改性泥浆使得含有砂卵石的渣土改良成塑性流动状态的渣土。

优选地，所述改性泥浆为膨润土泥浆，膨润土泥浆中特征颗粒粒径d85大于或等于0.5倍砂卵石地层平均孔径，膨润土泥浆泥浆的苏氏漏斗粘度为20～35s。

优选地，所述压缩空气的充入速率大于或等于压缩空气的逃逸速率。

优选地，所述逃逸速率由geoslopeair数值分析软件分析所得到。

优选地，所述塑性流动状态的渣土具有以下性能：渗透性<10^-4cm/s、临界喷涌压力≥150kpa、塌落度为150-200mm以及黏附阻力100-300pa。

本发明的有益效果为：该开挖面的支护压力的控制方法适合于压力舱中同时具有渣土和压缩空气的情况；向压力舱内充入压缩空气使得压力舱内的压力维持稳定，从而确保开挖面的稳定；向开挖面喷洒改性泥浆，改性泥浆在压缩空气的作用下向开挖面渗透，从而在开挖面上快速形成泥膜，减少空气的逃逸，达到稳定开挖面的支护压力；向压力舱内注入改性泥浆，将含有砂卵石的渣土改良成塑性流动状态，便于螺旋排土器顺利排渣，也防止渣土在压缩空气作用下发生喷涌。

附图说明

图1是盾构机的压力舱和开挖面处的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，有的结构或器件未作具体描述的，理解为现有技术中有能实现的结构或器件。

实施例1

1.配制膨润土泥浆，要求膨润土泥浆中特征颗粒粒径d85大于或等于0.5倍砂卵石地层平均孔径，且其苏氏漏斗粘度为20～35s、膨水比1:4。

2.一种砂卵石地层中盾构机开挖面的支护压力的控制方法，压力舱中有半舱含有砂卵石的渣土和半舱的压缩空气，包括以下步骤：

s1：采用geoslopeair数值分析软件分析开挖面上压缩空气的逃逸速率，随后向盾构机的压力舱内充入压缩空气使得压力舱内的压力维持稳定，其中：压缩空气的充入速率大于或等于压缩空气的逃逸速率；

s2：通过刀盘向开挖面喷洒膨润土泥浆且同时向压力舱内注入膨润土泥浆使得含有砂卵石的渣土改良成塑性流动状态的渣土；塑性流动状态的渣土具有以下性能：渗透性<10^-4cm/s、临界喷涌压力≥150kpa、塌落度为150-200mm以及黏附阻力100-300pa。

工程实例

在某条轨道建设中，右线长2274.048m，左线长2157.2m，最小曲线半径为r600m，本区间设置4座联络通道，隧道埋深为9.1～29m，穿越地层主要为密实砂卵石地层。隧道最大坡度28‰，盾构开挖直径8.634m，管片内径7.5m，管片外径8.3m。区间主要穿越<3-8-2>中密卵石土以及<3-8-3>密实卵石土。盾构区间主要穿越上更新统冰水沉积与冲积层(q3fgl+al)卵石土。该卵石土中卵石含量约占60～80％，粒径多为4～17cm，以亚圆形为主，分选性差；卵石成份主要为中等风化-强风化花岗岩、石英砂岩、石灰岩，抗压强度高，自稳性较差，渗透系数大，透水性强，富水性良好。

该区间采用盾构机施工，多次造成地表塌方，其根本原因就是压力舱压力无法建立起来，盾构机埋深达到15-20m时，压力舱顶部压力仅为0.18-0.22mpa，显然该压力低于开挖面稳定所需要的压力。

为此，项目经过研究采用了本发明提出的技术方案：首先准备两台空压机，产气速率达到76m³/h且全部充入压力舱内，用geoslopeair数值分析软件分析压缩空气的逃逸速度，为70-80m³/h；将泥浆进行调整，膨水比为1:4的改性泥浆，苏氏漏斗粘度28s。改性泥浆的注入方式为既向压力舱内注入也同时向刀盘前方以喷洒的方式注入，再次geoslopeair数值分析软件分析压缩空气的逃逸速度，为15-20m³/h；通过2环调整和适应，压力舱顶部压力保持在0.26-0.28mpa，渣土改良后的状态逐渐达到流塑状态，塌落度为180-200mm，渗透系数为2.5-3.9×10^-4cm/s。通过以上方法，盾构机掘进过程中开挖面支护压力保持平稳，螺旋排土器排渣顺利，掘进平均速度12环/日，也避免了前期地面不断出现塌方事故发生。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。