1.本发明涉及盾构施工领域，具体的说，是土压平衡和泥水平衡双模式盾构掘进转换方法及土压平衡和泥水平衡双模式盾构掘进方法。
背景技术：
2.地铁区间隧道沿线地层条件经常差别较大，土压平衡和泥水平衡盾构掘进模式适应于不同的地层条件。富水黏土地层或砂层的地铁隧道可采用泥水平衡掘进模式，但是若土体中细颗粒含量高，则泥浆中的土壤颗粒分离时间长，泥水分离效率低，导致掘进效率低，影响工期，在细颗粒含量高的黏土地层中，应切换到土压掘进模式。
3.目前在土压平衡和泥水平衡盾构掘进模式之间的相互转换过程中都需要拆除或安装相关部件、设备，施工强度大时间长，无法保证盾构掘进效率、控制地层沉降，对地层条件变化的适应能力较差。
4.目前在地铁隧道施工中绝大多数所采用的盾构法都是单模式的盾构施工，当隧道地质条件发生变化时，如果不改变掘进模式，可能会影响盾构掘进效率，或者造成地层沉降过大，因此，确有必要在盾构隧道掘进过程中，根据地层条件变化，变更掘进模式，以提高盾构掘进效率，有效控制地层沉降。
技术实现要素：
5.本发明的目的在于设计出一种土压平衡和泥水平衡双模式盾构掘进转换方法及一种土压平衡和泥水平衡双模式盾构掘进方法，使得施工过程中不需要将任何的设备进行拆除就可以完成泥水平衡模式—土压平衡模式的相互转换，因此在地铁隧道施工中采用土压平衡和泥水平衡双模式盾构掘进转换方法的一种掘进方法具备了较强的地层适应能力，能够根据地层条件变化变更掘进模式，提高盾构掘进效率，可有效控制地层沉降。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.本发明提供了一种土压平衡和泥水平衡双模式盾构掘进转换方法，包括从土压平衡模式向泥水平衡模式转换的方法，其转换过程包括步骤：
8.a1、启动刀盘和螺旋输送机，同时向土压仓注入膨润土泥浆，向前掘进20cm后停止掘进并停止刀盘和螺旋输送机，过程中统计螺旋输送机的出渣口处出渣量；
9.a2、启动刀盘和螺旋输送机，使螺旋输送机的出渣口处缓慢出渣，当刀盘前端上土压低于0.6bar或出渣量达到6m3时停止螺旋输送机并关闭出渣口闸门以停止出渣，过程中统计螺旋输送机的出渣口处出渣量；
10.a3、向土压仓内注入膨润土泥浆并使注入的膨润土泥浆量与步骤a1和a2中的总出渣量达到平衡，其间维持刀盘前端上土压不低于0.6bar；
11.a4、向土压仓内持续定流量注入膨润土泥浆，使螺旋输送机的出渣口处缓慢出渣；在螺旋输送机的出渣口刚出现喷涌现象时停止出渣，之后调节螺旋输送机反转再继续出渣，如果出渣口还存在喷涌现象则逐渐减少出渣口闸门开度并持续出渣，直到出渣口喷涌
情况连续后停止出渣，同时停止刀盘；过程中统计螺旋输送机的出渣口处出渣量；
12.a5、连接泥水接料斗，将螺旋输送机的出渣口与排泥管路通过软管连接；
13.a6、启动逆洗模式，冲洗螺旋输送机；
14.a7、启动循环模式，对刀盘及土压仓进行循环冲洗；
15.a8、启动刀盘和螺旋输送机，打开出渣口闸门，在不掘进的情况下采取正常泥水模式运行；过程中统计螺旋输送机的出渣口处出渣量；
16.还包括从泥水平衡模式向土压平衡模式转换的方法，其转换过程包括步骤：
17.b1、启动刀盘，向土压仓内注入清水，开始掘进，待刀盘前端上土压达到0.16mpa，部分打开螺旋输送机的出渣口闸门进行排泥；当刀盘前端上土压数值低于0.06mpa时，关闭出渣口闸门，并继续向前掘进，维持土压仓压力为0.16mpa时部分打开螺旋输送机的出渣口闸门继续排泥；过程中详细记录排泥体积、排泥密度、注入清水体积、掘进长度数据，防止超挖，持续排泥；
18.b2、随着泥水中土块增加逐渐增加螺旋输送机的出渣口闸门开度，并启动螺旋输送机，直到排出的泥渣大块变多且泥渣通过皮带就可以运输时关闭螺旋输送机的出渣口闸门，并拆除泥水接料斗和软管，安装皮带输送机的皮带；
19.b3、当土压仓压力稳定在0.1mpa时，部分打开螺旋输送机的出渣口闸门，通过皮带输送机持续出渣，过程中向土压仓内注入泡沫，并通过膨润土泥浆注入口向土压仓内注入清水。
20.进一步的：步骤a1中，待刀盘扭矩稳定后再向前掘进并出渣。
21.进一步的：步骤a3中，在盾尾处注入油脂进行密封。
22.进一步的：步骤a2中，使刀盘在0-0.5r/min运转，使螺旋输送机转速维持在1.5r/min；
23.步骤a4中，向土压仓内以400l/min的流量注入膨润土泥浆；
24.步骤a6中，冲洗螺旋输送机的时间为40s，逆洗时出渣口处的排泥压力为1.9bar；
25.步骤a7中，循环过程中通过调整冲洗阀门开度对前端压力进行调整并保证排泥浓度。
26.进一步的，步骤a4中，膨润土泥浆从两路注入土压仓内，每路流量200l/min。
27.进一步的：步骤a8中，使刀盘在0-0.5r/min运转，使螺旋输送机在1.5r/min运转。
28.进一步的：步骤b1中，启动刀盘后待刀盘扭矩稳定后，使刀盘在1.2-1.5r/min的转速下持续运转30s以上后再开始掘进；
29.步骤b1中，掘进速度控制在20mm/min。
30.进一步的：步骤b1中，向土压仓内注入的清水中提前加入碳酸钠，注入清水的流量为30-50l/min；
31.步骤b1中，部分打开螺旋输送机的出渣口闸门的开度控制在20％左右(根据实际情况调整)。
32.进一步的，步骤b1中，排泥过程中留意上土压与泥水接料斗中泥水体积，泥水接料斗快要满时提前关闭螺旋输送机的出渣口闸门，等倒完泥水接料斗中泥水后继续排泥。
33.进一步的：步骤b3中，掘进速度控制在20-30mm/min；
34.步骤b3中，部分打开的螺旋输送机的出渣口闸门开度控制在40％左右；
35.步骤b3中，泡沫的注入流量为30-50l/min，防止出渣口堵塞，并对渣土改良；
36.步骤b3中，向土压仓内注入的清水中提前加入碳酸钠，注入清水的流量为30-50l/min，防止堵塞。
37.进一步的：从土压平衡模式向泥水平衡模式转换的方法还包括步骤：a9、当土压仓内渣土累积排出80％或排泥比重达到正常泥水平衡模式施工要求时，完成从土压平衡模式向泥水平衡模式的转换；
38.从泥水平衡模式向土压平衡模式转换的方法还包括步骤：b4、当螺旋输送机的出渣口处出渣连贯时，土压仓内渣土置换泥浆的转换已完成，后续按照土压平衡模式正常施工。
39.本发明还提供了一种土压平衡和泥水平衡双模式盾构掘进方法，在盾构掘进中采用上述的土压平衡和泥水平衡双模式盾构掘进转换方法在土压平衡和泥水平衡之间进行掘进模式的转换。在掘进模式转换完成后采用相应的掘进模式继续掘进。
40.本发明具有以下优点及有益效果：
41.(1)本发明中，土压平衡和泥水平衡双模式盾构掘进转换方法能够较好地解决土压平衡模式—泥水平衡模式的模式切换问题，转换过程无需拆卸任何设备，能够快速、安全实现模式转换，能提高施工效率。
42.(2)本发明中，土压平衡和泥水平衡双模式盾构掘进方法采用了土压平衡和泥水平衡双模式盾构掘进转换方法，通过螺旋输送机输送转换过程中的土渣、泥浆，完成土压仓内渣土和泥浆的置换，在施工过程中不需要拆除任何设备就可以完成土压平衡模式—泥水平衡模式的相互转换，因此这种土压平衡和泥水平衡双模式盾构掘进方法具备了较强的地层适应能力。
43.(3)本发明可根据地层条件的变化来变更掘进模式，以提高盾构掘进效率，有效控制地层沉降。
具体实施方式
44.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
45.实施例1：
46.土压平衡和泥水平衡双模式盾构掘进转换方法，使得施工过程中不需要将任何的设备进行拆除就可以完成泥水平衡模式—土压平衡模式的相互转换，能够快速、安全实现模式转换，能提高施工效率：
47.该种土压平衡和泥水平衡双模式盾构掘进转换方法包括从土压平衡模式向泥水平衡模式转换的方法，其转换过程包括步骤：
48.a1、启动刀盘和螺旋输送机，同时向土压仓注入膨润土泥浆，向前掘进20cm后停止掘进并停止刀盘和螺旋输送机，过程中统计螺旋输送机的出渣口处出渣量；
49.a2、启动刀盘和螺旋输送机，使螺旋输送机的出渣口处缓慢出渣，当刀盘前端上土压低于0.6bar或出渣量达到6m3时停止螺旋输送机并关闭出渣口闸门以停止出渣，过程中
统计螺旋输送机的出渣口处出渣量；
50.a3、向土压仓内注入膨润土泥浆并使注入的膨润土泥浆量与步骤a1和a2中的总出渣量达到平衡，其间维持刀盘前端上土压不低于0.6bar；
51.a4、向土压仓内持续定流量注入膨润土泥浆，使螺旋输送机的出渣口处缓慢出渣；在螺旋输送机的出渣口刚出现喷涌现象时停止出渣，之后调节螺旋输送机反转再继续出渣，如果出渣口还存在喷涌现象则逐渐减少出渣口闸门开度并持续出渣，直到出渣口喷涌情况连续后停止出渣，同时停止刀盘；过程中统计螺旋输送机的出渣口处出渣量；
52.a5、连接泥水接料斗，将螺旋输送机的出渣口与排泥管路通过软管连接；
53.a6、启动逆洗模式，冲洗螺旋输送机；
54.a7、启动循环模式，对刀盘及土压仓进行循环冲洗；
55.a8、启动刀盘和螺旋输送机，打开出渣口闸门，在不掘进的情况下采取正常泥水模式运行；过程中统计螺旋输送机的出渣口处出渣量；
56.还包括从泥水平衡模式向土压平衡模式转换的方法，其转换过程包括步骤：
57.b1、启动刀盘，向土压仓内注入清水，开始掘进，待刀盘前端上土压达到0.16mpa，部分打开螺旋输送机的出渣口闸门进行排泥；当刀盘前端上土压数值低于0.06mpa时，关闭出渣口闸门，并继续向前掘进，维持土压仓压力为0.16mpa时部分打开螺旋输送机的出渣口闸门继续排泥；过程中详细记录排泥体积、排泥密度、注入清水体积、掘进长度数据，防止超挖，持续排泥；
58.b2、随着泥水中土块增加逐渐增加螺旋输送机的出渣口闸门开度，并启动螺旋输送机，直到排出的泥渣大块变多且泥渣通过皮带就可以运输时关闭螺旋输送机的出渣口闸门，并拆除泥水接料斗和软管，安装皮带输送机的皮带；
59.b3、当土压仓压力稳定在0.1mpa时，部分打开螺旋输送机的出渣口闸门，通过皮带输送机持续出渣，过程中向土压仓内注入泡沫，并通过膨润土泥浆注入口向土压仓内注入清水。
60.本实施例中，土压平衡和泥水平衡双模式盾构掘进转换方法能够较好地解决土压平衡模式—泥水平衡模式的模式切换问题，转换过程无需拆卸任何设备，能够快速、安全实现模式转换，能提高施工效率。
61.实施例2：
62.本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化：
63.本实施例中，步骤a1中，待刀盘扭矩稳定后再向前掘进并出渣。
64.步骤a2中，使刀盘在0-0.5r/min运转，使螺旋输送机转速维持在1.5r/min。
65.步骤a3中，在盾尾处注入油脂进行密封。
66.步骤a4中，向土压仓内以400l/min的流量注入膨润土泥浆，具体的，膨润土泥浆从两路注入土压仓内，每路流量200l/min。
67.步骤a6中，冲洗螺旋输送机的时间为40s，逆洗时出渣口处的排泥压力为1.9bar。
68.步骤a7中，循环过程中通过调整冲洗阀门开度对前端压力进行调整并保证排泥浓度。
69.步骤a8中，使刀盘在0-0.5r/min运转，使螺旋输送机在1.5r/min运转。
70.步骤b1中，启动刀盘后待刀盘扭矩稳定后，使刀盘在1.2-1.5r/min的转速下持续
运转30s以上后再开始掘进。
71.步骤b1中，掘进速度控制在20mm/min。
72.步骤b1中，向土压仓内注入的清水中提前加入碳酸钠，注入清水的流量为30-50l/min。
73.步骤b1中，部分打开螺旋输送机的出渣口闸门的开度控制在20％左右，具体开度可根据现场实际情况调整。
74.步骤b1中，排泥过程中留意上土压与泥水接料斗中泥水体积，泥水接料斗快要满时提前关闭螺旋输送机的出渣口闸门，等倒完泥水接料斗中泥水后继续排泥。
75.步骤b3中，掘进速度控制在20-30mm/min。
76.步骤b3中，部分打开的螺旋输送机的出渣口闸门开度控制在40％左右，具体开度可根据现场实际情况调整。
77.步骤b3中，泡沫的注入流量为30-50l/min，以防止出渣口堵塞，并对渣土改良。
78.步骤b3中，向土压仓内注入的清水中提前加入碳酸钠，注入清水的流量为30-50l/min，以防止出渣口堵塞。
79.实施例3：
80.本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化：
81.本实施例中，从土压平衡模式向泥水平衡模式转换的方法还包括步骤：a9、当土压仓内渣土累积排出80％或排泥比重达到正常泥水平衡模式施工要求时，完成从土压平衡模式向泥水平衡模式的转换。
82.从泥水平衡模式向土压平衡模式转换的方法还包括步骤：b4、当螺旋输送机的出渣口处出渣连贯时，土压仓内渣土置换泥浆的转换已完成，后续按照土压平衡模式正常施工。
83.通过步骤a9和b4用以判断较佳的模式转换完成时机。
84.实施例4：
85.本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化：
86.本实施例还提供了一种土压平衡和泥水平衡双模式盾构掘进方法，在盾构掘进中采用上述实施例的土压平衡和泥水平衡双模式盾构掘进转换方法在土压平衡和泥水平衡之间进行掘进模式的转换。
87.具体的，本实施例在实施例3的基础上提供了一种较佳的土压平衡和泥水平衡双模式盾构掘进方法，在地层条件变换需要变更掘进模式时按相应方法进行施工。
88.土压平衡模式—泥水平衡模式的相互转换包括了从土压平衡模式向泥水平衡模式转换的方法和从泥水平衡模式向土压平衡模式转换的方法，其中：
89.从土压平衡模式向泥水平衡模式转换的方法，其转换过程包括步骤：
90.a1、启动刀盘和螺旋输送机，同时向土压仓注入膨润土泥浆，待刀盘扭矩稳定后向前掘进，向前掘进20cm后停止掘进并停止刀盘和螺旋输送机，过程中统计螺旋输送机的出渣口处出渣量。
91.a2、启动刀盘和螺旋输送机，使刀盘在0-0.5r/min运转，使螺旋输送机转速维持在1.5r/min以使螺旋输送机的出渣口处缓慢出渣，当刀盘前端上土压低于0.6bar或出渣量达到6m3时停止螺旋输送机并关闭出渣口闸门以停止出渣，过程中统计螺旋输送机的出渣口
处出渣量。
92.a3、通过隔板向土压仓内注入膨润土泥浆并使注入的膨润土泥浆量与步骤a1和a2中的总出渣量达到平衡，其间维持刀盘前端上土压不低于0.6bar，同时在盾尾处注入油脂进行密封。
93.a4、使刀盘维持在0-0.5r/min运转，向土压仓内持续注入膨润土泥浆，膨润土泥浆从两路注入土压仓内，每路流量200l/min，使螺旋输送机转速维持在1.5r/min运转以使螺旋输送机的出渣口处缓慢持续出渣；在螺旋输送机的出渣口刚出现喷涌现象时停止出渣，之后调节螺旋输送机反转再继续出渣，如果出渣口还存在喷涌现象则逐渐减少出渣口闸门开度并持续出渣，直到出渣口喷涌情况连续后停止出渣，同时停止刀盘；过程中统计螺旋输送机的出渣口处出渣量。
94.a5、连接泥水接料斗，将螺旋输送机的出渣口与排泥管路通过软管连接。
95.a6、启动逆洗模式，冲洗螺旋输送机，冲洗螺旋输送机的时间为40s，逆洗时出渣口处的排泥压力为1.9bar。
96.a7、启动循环模式，对刀盘及土压仓进行循环冲洗，循环过程中通过调整冲洗阀门开度对前端压力进行调整并保证排泥浓度。
97.a8、启动刀盘和螺旋输送机，打开出渣口闸门，使刀盘在0-0.5r/min运转，使螺旋输送机在1.5r/min运转，在不掘进的情况下采取正常泥水模式运行，以将土压仓内剩余渣土通过排泥管路排放出来；过程中统计螺旋输送机的出渣口处出渣量。
98.a9、当土压仓内渣土累积排出80％或排泥比重达到正常泥水平衡模式施工要求时，完成从土压平衡模式向泥水平衡模式的转换，后续按照土压平衡模式正常施工掘进。
99.从土压平衡模式向泥水平衡模式转换施工过程中，需要严格统计出渣量，指派专人测算并做详细记录。渣土置换过程中盾构机所处地面位置需要加强沉降监测及安全巡视。
100.从泥水平衡模式向土压平衡模式转换的方法，其转换过程包括步骤：
101.b1、启动刀盘，待刀盘扭矩稳定后，使刀盘在1.2-1.5r/min的转速下持续运转30s以上后再开始掘进，其间向土压仓内注入清水(清水中提前加入碳酸钠，注入清水的流量为30-50l/min)，开始掘进，掘进速度控制在20mm/min，待刀盘前端上土压达到0.16mpa，打开螺旋输送机的出渣口闸门并将其开度控制在20％左右进行排泥(具体开度可根据现场实际情况调整)；当刀盘前端上土压数值低于0.06mpa时，关闭出渣口闸门，并继续向前掘进，维持土压仓压力为0.16mpa时部分打开螺旋输送机的出渣口闸门继续排泥；过程中详细记录排泥体积、排泥密度、注入清水体积、掘进长度数据，防止超挖，持续排泥；排泥过程中留意上土压与泥水接料斗中泥水体积，泥水接料斗快要满时提前关闭螺旋输送机的出渣口闸门，等倒完泥水接料斗中泥水后继续排泥。
102.b2、随着泥水中土块增加逐渐增加螺旋输送机的出渣口闸门开度，并启动螺旋输送机，直到排出的泥渣大块变多且泥渣通过皮带就可以运输时关闭螺旋输送机的出渣口闸门，并拆除泥水接料斗和软管，安装皮带输送机的皮带。
103.b3、继续维持刀盘和螺旋输送机的运转进而掘进，使刀盘在1.2-1.5r/min的转速，掘进速度控制在20-30mm/min，当土压仓压力稳定在0.1mpa时，打开螺旋输送机的出渣口闸门并将其开度控制在40％左右(具体开度可根据现场实际情况调整)，通过皮带输送机持续
出渣，过程中向土压仓内注入流量为30-50l/min的泡沫以防止出渣口堵塞并对渣土改良，并通过膨润土泥浆注入口向土压仓内注入清水以防止出渣口堵塞(清水中提前加入碳酸钠，注入清水的流量为30-50l/min)。
104.b4、当螺旋输送机的出渣口处出渣连贯时，土压仓内渣土置换泥浆的转换已完成，后续按照土压平衡模式正常施工掘进。
105.土压平衡和泥水平衡双模式盾构掘进方法采用了土压平衡和泥水平衡双模式盾构掘进转换方法，通过螺旋输送机输送转换过程中的土渣、泥浆，完成土压仓内渣土和泥浆的置换，在施工过程中不需要拆除任何设备就可以完成土压平衡模式—泥水平衡模式的相互转换，因此这种土压平衡和泥水平衡双模式盾构掘进方法具备了较强的地层适应能力。本发明可根据地层条件的变化来变更掘进模式，以提高盾构掘进效率，有效控制地层沉降。
106.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。