浅覆土上软下硬地层盾构机开仓换刀的方法与流程

本发明涉及隧道施工技术领域，具体地，涉及一种浅覆土上软下硬地层盾构机开仓换刀的方法。

背景技术：

随着城市轨道交通的迅猛发展，沿海地区大部分城市均采用盾构法进行地铁隧道施工。在广州、深圳、福州、厦门等一些城市地质状况较差，普遍存在上软下硬的地质状况，在地层中存在大范围的中、微风化花岗岩，在此类地质状况中采用盾构施工极易造成盾构刀盘上的刀具磨损，需定期开仓作业进行刀具检查及更换。

目前一般遇到此类地质状况在盾构施工前，先对基岩凸起区域进行爆破预处理措施，以减少上软下硬地层对盾构刀具的磨损。但原本密实的覆土经爆破扰动后变得稀疏，在此种情况下，现有的气压换刀的开仓换刀方法无法有效保证土仓内压力稳定，换刀过程中因土仓内压力失稳极易造成掌子面开裂甚至地面坍塌的现象发生，进仓人员施工风险极大。因此，亟需一种在浅覆土上软下硬地层中盾构机开仓换刀的方法。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中在浅覆土上软下硬地层的盾构施工中在爆破处理后，在处理后的岩层中开仓换刀时因土仓压力失稳极易造成掌子面开裂甚至地面坍塌，使得进入土仓换刀的工作人员施工安全难以保证的问题，提供一种浅覆土上软下硬地层盾构机开仓换刀的方法以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种浅覆土上软下硬地层盾构机开仓换刀的方法，所述方法包括以下步骤：s1)对所述盾构机的预定停机位置处周围的围岩进行注浆加固；s2)将所述盾构机推进至所述预定停机位置处后，停机并保压；s3)在所述盾构机的盾尾后的指定盾构管片位置处进行环箍注浆；s4)向所述盾构机的土仓内注入膨润土以置换所述土仓内的渣土，并将所述土仓内的膨润土制成膨润土泥浆，利用所述膨润土泥浆制成护壁泥浆在掌子面施作掌子面泥膜护壁；s5)向所述盾构机的盾体外壁与当前所述盾构机周围的围岩之间填充入膨润土；s6)在所述掌子面泥膜护壁制作完成后，排出所述土仓内剩余的膨润土泥浆；s7)在所述土仓内进行气密性实验，根据所述气密性实验结果判定所述土仓的气密性效果；s8)排出所述土仓内的混合气体，检测排出的混合气体中多种指定气体的含量，并根据所述多种指定气体的含量判定所述混合气体的质量；s9)根据步骤s7)判定的所述气密性效果和步骤s8)判定的所述混合气体的质量确定是否开启所述土仓；s10)在开启所述土仓后，进入所述土仓换刀。

具体地，步骤s1)中，采用袖阀管对所述盾构机的预定停机位置处周围的围岩进行注浆加固。

具体地，步骤s3)中，所述指定盾构管片位置处为：所述盾构机的盾尾后的第五环盾构管片和第六环盾构管片位置处。

具体地，所述环箍注浆包括：通过所述第五环盾构管片上的管片吊装孔向所述第五环盾构管片的外壁与围岩之间的间隙注入注浆浆液，以及通过所述第六环盾构管片上的吊装孔向所述第六环盾构管片的外壁与围岩之间的间隙注入注浆浆液，以在所述第五环盾构管片和所述第六环盾构管片的外壁形成封闭止水环。

具体地，步骤s7)中，在所述土仓内进行气密性实验，根据所述气密性实验结果判定所述土仓的气密性效果，包括：向所述土仓内加压到指定压力值，停止加压；停止加压后，检测所述土仓内的实际压力值，此后在给定时长内每间隔第二时间段检测一次所述土仓内的实际压力值；将每次检测到的实际压力值与前一次检测到的实际压力值进行比较，根据每一次比较得到的压力差值判定所述土仓的气密性效果。

具体地，步骤s8)中，排出所述土仓内的混合气体，并根据多种指定气体的含量判定所述混合气体的质量，包括：排出所述土仓内的混合气体；采用气体检测仪通过所述盾构机的前盾隔板上的排气孔检测排出的所述混合气体中多种指定气体的含量；根据每一种所述指定气体的含量是否在该种气体对应的预设含量范围内，判定所述混合气体质量。

具体地，所述多种指定气体包括氧气、硫化氢、二氧化碳和一氧化碳。

本发明提供一种浅覆土上软下硬地层盾构机开仓换刀的方法，为了使工作人员在土仓内安全换刀，在盾构机预计停机位置处对该预定停机位置处周围的围岩进行注浆加固，可防止掌子面开裂或地面坍塌，之后盾构机按照设定在预计停机位置处停机并保压，在盾尾后的指定盾构管片位置处环箍注浆以形成封闭的止水环来阻止盾体上与盾构机前进方向相反的后方的围岩中的水流向土仓，环箍注浆之后，向土仓内注入膨润土并将土仓内的渣土置换出，利用注入到土仓内的膨润土制成膨润土泥浆，并利用膨润土泥浆制成护壁泥浆在掌子面上施做掌子面泥膜护壁以稳定掌子面，通过掌子面泥膜护壁和环箍注浆形成的封闭的止水环将盾体前后的土体进行了稳固，再向盾构机的盾体外壁和盾构机停机位置处的围岩之间填充膨润土，掌子面泥膜护壁制作完成后，排出土仓内剩余的膨润土泥浆后在土仓内进行气密性实验并判定土仓的气密性效果，检测从土仓内排出的混合气体中指定气体的含量并根据指定气体的含量判定混合气体的质量，从而确定土仓内的混合气体是否适合工作人员呼吸，根据土仓的气密性效果和混合气体的质量确定是否开启土仓，在土仓开启后进入土仓换刀。本发明提供的浅覆土上软下硬地层盾构机开仓换刀的方法，在工作人员进入土仓换刀前，先对盾构机停机位置处盾体周围的围岩进行加固，防止了浅覆土上软下硬地层盾构施工中开仓换刀时因土仓压力失稳造成掌子面开裂或地面坍塌给进入土仓换刀的工作人员造成人身伤害的危险，保证进入土仓换刀的工作人员的施工安全。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施方式提供的浅覆土上软下硬地层盾构机开仓换刀的方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明实施方式提供一种浅覆土上软下硬地层盾构机开仓换刀的方法，图1为浅覆土上软下硬地层盾构机开仓换刀的方法的流程图，如图1所示，所述方法包括以下步骤：s1)对所述盾构机的预定停机位置处周围的围岩进行注浆加固；s2)将所述盾构机推进至所述预定停机位置处后，停机并保压；s3)在所述盾构机的盾尾后的指定盾构管片位置处进行环箍注浆；s4)向所述盾构机的土仓内注入膨润土以置换所述土仓内的渣土，并将所述土仓内的膨润土制成膨润土泥浆，利用所述膨润土泥浆制成护壁泥浆在掌子面施作掌子面泥膜护壁；s5)向所述盾构机的盾体外壁与当前所述盾构机周围的围岩之间填充入膨润土；s6)在所述掌子面泥膜护壁制作完成后，排出所述土仓内剩余的膨润土泥浆；s7)在所述土仓内进行气密性实验，根据所述气密性实验结果判定所述土仓的气密性效果；s8)排出所述土仓内的混合气体，检测排出的混合气体中多种指定气体的含量，并根据所述多种指定气体的含量判定所述混合气体的质量；s9)根据步骤s7)判定的所述气密性效果和步骤s8)判定的所述混合气体的质量确定是否开启所述土仓；s10)在开启所述土仓后，进入所述土仓换刀。

本发明提供的浅覆土上软下硬地层盾构机开仓换刀的方法，在浅覆土上软下硬地层中盾构施工中会通过爆破预先处理较硬的岩层，爆破后原本密实的土体变得稀疏，为了确保在这样的围岩土体中完成在盾构机的土仓中安全换刀，首先在盾构机的预定停机位置处通过注浆加固该位置处的围岩，使得盾构机在预定停机位置处停机后周围围岩稳定，换刀时不会出现掌子面开裂或地面坍塌；在对预定停机位置处注浆加固完成后，盾构机在此位置处停机并保压，之后在盾构机的盾尾的指定管片位置处进行环箍注浆形成封闭止水环，封闭止水环能够有效阻止与盾构机前进方向相反的后方的围岩中的水浸入到换刀的土仓中；为了使土仓内压力保持不变，防止因土体稀疏而在掌子面发生漏气导致土仓内压力产生变化，向土仓内注入膨润土并置换出土仓内的渣土，将膨润土制成膨润土泥浆，利用膨润土泥浆制成护壁泥浆，采用护壁泥浆施做掌子面泥膜护壁以增强土体的气密性，利于掌子面稳定，确保土仓内压力保持恒定，进而确保工作人员在土仓内换刀时的人身安全；为了在换刀完成后盾构机能够轻松顺利的继续盾构施工，在盾构机的盾体外壁和停机位置处的围岩之间填充入膨润土，之后排出土仓内剩余的膨润土泥浆，并在土仓内进行气密性实验以判定土仓的气密性效果，检测土仓内排出的混合气体中多种指定气体的质量，根据土仓的气密性效果和土仓内混合气体的质量来判定是否能够开仓，在土仓开仓后，工作人员进入土仓进行换刀；本发明提供的方法，在工作人员进入土仓换刀之前，对盾构机停机位置处盾体周围的围岩进行加固，防止了在该停机位置处开仓换刀时因土仓压力失稳造成掌子面开裂或地面坍塌给进入土仓换刀的工作人员造成人身伤害，保证进入土仓换刀的工作人员的施工安全。

在一个实施例中，在施做掌子面泥膜护壁时，采用二级泥膜进行掌子面泥膜护壁(初级粘度30s，二级粘度70s)，拌制新鲜的高浓度泥浆，利用盾构机的注浆系统将拌制的高浓度泥浆输送至土仓内，同时盾构机的刀盘转动，让土仓内残留的渣土、制成的膨润土泥浆和高浓度泥浆充分搅拌形成护壁泥浆，在使用护壁泥浆施做掌子面泥膜护壁时，为了增大掌子面泥膜护壁的厚度，需要护壁泥浆渗入到掌子面围岩的土体中，在进行二级泥膜作业时，采用压力差的方式增加护壁泥浆的渗透量，控制盾构机内向掌子面上施做护壁泥浆时的施工压力大于理论土压值，保持施工压力始终大于理论土压值0.02mpa-0.04mpa，使护壁泥浆充分渗入到掌子面围岩的土体中形成较厚的泥膜，以确保土仓内良好的气密性。

在一个实施例中，为了加固盾构机预定停机位置处周围的围岩，增强预定停机位置处土体的自稳性，具体地，步骤s1)中，采用袖阀管对所述盾构机的预定停机位置处周围的围岩进行注浆加固。采用袖阀管注浆加固时，设定盾构机前进方向为加固范围的长度方向，加固范围长10米，垂直长度方向的宽度方向上的宽度为超出盾体两侧1.75m，注浆加固深度为地面以下6米，每一个袖阀管之间的间距设置为1.4米，袖阀管的注浆扩散半径为0.8米，采用袖阀管按照上述的方法能够有效的固结因爆破施工对地层扰动而形成的间隙，提高地层中土体的气密性，使盾构机停机位置处的围岩稳定性增强。

为了防止与盾构机前进方向相反的后方的围岩中的水进入到土仓内影响开仓换刀，优选地，步骤s3)中，所述指定盾构管片位置处为：所述盾构机的盾尾后的第五环盾构管片和第六环盾构管片位置处。在第五环盾构管片和第六环盾构管片位置处既可以止水又不会因为离盾构机的盾尾过近而与盾尾的盾尾刷固结造成盾尾密封损坏。

具体地，所述环箍注浆包括：通过所述第五环盾构管片上的管片吊装孔向所述第五环盾构管片的外壁与围岩之间的间隙注入注浆浆液，以及通过所述第六环盾构管片上的吊装孔向所述第六环盾构管片的外壁与围岩之间的间隙注入注浆浆液，以在所述第五环盾构管片和所述第六环盾构管片的外壁形成封闭止水环。在环箍注浆时，使用水泥、水玻璃双浆液注浆，注浆浆液配比为水：水泥：水玻璃比例为1:1:1。

具体地，步骤s7)中，在所述土仓内进行气密性实验，根据所述气密性实验结果判定所述土仓的气密性效果，包括：向所述土仓内加压到指定压力值，停止加压；停止加压后，检测所述土仓内的实际压力值，此后在给定时长内每间隔第二时间段检测一次所述土仓内的实际压力值；将每次检测到的实际压力值与前一次检测到的实际压力值进行比较，根据每一次比较得到的压力差值判定所述土仓的气密性效果。

具体地，所述给定时长为3小时，所述第二时间段为15分钟。

在一种实施方式中，在进行土仓内气密性实验时，向土仓内加压至换刀时的工作压力0.8bar，停止加压后检测此时的实际压力值，并以停止加压的时间点起算以在土仓内换刀所需的3小时为给定时长，在3小时内按照每间隔15分钟一次对土仓内的压力进行检测并记录，将检测的实际压力值与前一次的实际压力值进行比较得出压力差值，将每一次的压力差值与预设差值0.1bar进行比较，若每一次的压力差值都小于预设差值，则说明土仓的气密性较好，反之，则表示土仓气密性较差，不能达到开仓要求。

为了保证工作人员在进入土仓换刀时，土仓内的气体不会对工作人员身体造成伤害，具体地，步骤s8)中，排出所述土仓内的混合气体，并根据多种指定气体的含量判定所述混合气体的质量，包括：排出所述土仓内的混合气体；采用气体检测仪通过所述盾构机的前盾隔板上的排气孔检测排出的所述混合气体中多种指定气体的含量；根据每一种所述指定气体的含量是否在该种气体对应的预设含量范围内，判定所述混合气体质量。在检测土仓内排出的混合气体时，主要检测与人体相关的氧气、硫化氢、二氧化碳和一氧化碳在混合气体中的含量，检测到混合气体中氧气含量在18％-20％，硫化氢含量在10ppm以下，二氧化碳含量在0.03％-0.05％，一氧化碳含量35ppm以下，混合气体质量才能判定为达到开仓要求，在混合气体质量和土仓的气密性效果都达到要求后，开启土仓，工作人员进入土仓换刀。

本发明提供一种浅覆土上软下硬地层盾构机开仓换刀的方法，为了使工作人员在土仓内安全换刀，在盾构机预计停机位置处对该预定停机位置处周围的围岩进行注浆加固，可防止掌子面开裂或地面坍塌，之后盾构机按照设定在预计停机位置处停机并保压，在盾尾后的指定盾构管片位置处环箍注浆以形成封闭的止水环来阻止盾体上与盾构机前进方向相反的后方的围岩中的水流向土仓，环箍注浆之后，向土仓内注入膨润土并将土仓内的渣土置换出，利用注入到土仓内的膨润土制成膨润土泥浆，并利用膨润土泥浆制成护壁泥浆在掌子面上施做掌子面泥膜护壁以稳定掌子面，通过掌子面泥膜护壁和环箍注浆形成的封闭的止水环将盾体前后的土体进行了稳固，再向盾构机的盾体外壁和盾构机停机位置处的围岩之间填充膨润土，掌子面泥膜护壁制作完成后，排出土仓内剩余的膨润土泥浆后在土仓内进行气密性实验并判定土仓的气密性效果，检测从土仓内排出的混合气体中指定气体的含量并根据指定气体的含量判定混合气体的质量，从而确定土仓内的混合气体是否适合工作人员呼吸，根据土仓的气密性效果和混合气体的质量确定是否开启土仓，在土仓开启后进入土仓换刀。本发明提供的浅覆土上软下硬地层盾构机开仓换刀的方法，在工作人员进入土仓换刀前，先对盾构机停机位置处盾体周围的围岩进行加固，防止了浅覆土上软下硬地层盾构施工中开仓换刀时因土仓压力失稳造成掌子面开裂或地面坍塌给进入土仓换刀的工作人员造成人身伤害的危险，保证进入土仓换刀的工作人员的施工安全。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。