本发明属于泥水盾构施工，特别涉及一种抑制泥浆逸散加速泥水盾构成膜的装置与工作方法。
背景技术：
1、近十年来，由于我国经济的迅速发展，盾构技术在我国软土地层隧道建设中得到极其迅速的发展。目前运用较广泛的盾构机类型主要有半机械式盾构、机械式盾构、挤压式盾构、土压平衡盾构、泥水加压平衡盾等。其中，泥水加压平衡盾构机具有土层适应性强、对周围土体影响小、施工机械化程度高等突出特点，尤其是对于不稳定的软弱地层或地下水位高，含水砂层，粘土以及冲积层以及洪积层等流动性高的土质使用效果较好，是目前较为常用的盾构机类型之一。目前遇到的问题泥水盾构机长距离掘进过程中经常遇到条件复杂、局部透水性高的地层，泥水盾构机在此地层挖掘的过程中的泥浆向盾构机周围快速逸散，泥水盾构难以快速形成有效泥膜、危及开挖面稳定，造成了盾构机泥浆使用量增加，施工进度缓慢，安全风险和工程造价增加。
2、检索发现，申请号为201410159979.7《一种盾构机带压开舱开挖面的支护方法》提供了一种盾构带压开舱时采用泥浆先形成渗透带、后形成泥皮的开挖面支护方法，包括先配制稀泥浆向地层中渗透，形成稳定的渗透带，降低地层的渗透性；再以较稠的高密度泥浆置换稀泥浆，使其在地层表面形成致密的泥皮型泥膜。由于该方法采用的是先在地层中压入稀泥浆来降低地层的渗透性，必然会产生大量的泥浆逸散；另外，不同地层对于稀泥浆的要求不同，地层适应性有待提高；由于前方地层条件的不确定性和盾构施工参数的复杂性，目前的技术手段很难实现泥浆逸散方向及泥膜形成范围的主动控制，亟需提出一种对泥浆逸散区域形成屏障并减少泥浆用量的施工方法。
3、综上所述，现有技术存在以下缺点：因土层条件复杂、局部透水性较大，泥水盾构机长距离掘进过程中经常遇到条件复杂、局部透水性高的地层，泥水盾构机在此地层挖掘的过程中的泥浆向盾构机周围快速逸散，泥水盾构难以快速形成有效泥膜、危及开挖面稳定，造成了盾构机泥浆使用量增加，施工进度缓慢，安全风险和工程造价增加。
4、因此，现有技术难以克服泥水盾构泥浆逸散，盾构机刀盘前无法快速形成泥膜，造成大量的泥浆浪费，施工进度缓慢，工程造价增高。
技术实现思路
1、本发明的目的在于解决现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种抑制泥浆逸散加速泥水盾构成膜的装置与工作方法，通过压气钢管喷射高压气体可以在盾构机推进地层中形成阻碍，从盾构机压出的泥浆向地面方向和推进前方流动的趋势被减缓或完全屏蔽，泥浆将在盾构机开挖面前方较小的区域快速形成泥膜，解决了因土层条件复杂、局部透水性较大，泥水盾构机挖掘的过程中的泥浆向盾构机周围快速逸散，泥水盾构难以快速形成有效泥膜、危及开挖面稳定的问题。
2、一种抑制泥浆逸散加速泥水盾构成膜的装置与工作方法，其特征在于，包括空气压缩机1、总阀门2、输气软管3、分阀门4、调压阀5、气压计6、压气钢管7、水泥密封8、盾构机9；
3、所述总阀门2安装于空气压缩机1上，用于开关全部压气钢管7进气；
4、所述分阀门4安装于输气软管3上，用于开关单根压气钢管7进气；
5、所述调压阀5安装于输气软管3上，用于控制单根压气钢管7进气压力和气压屏蔽范围；
6、所述气压计6安装于压气钢管7上，用于测量单根压气钢管7进气压力；
7、所述压气钢管7为空心管体，压气钢管7上端与输气软管3相连；
8、压气钢管上部分位于钻孔中，钻孔与压气钢管的间隙通过注入水泥浆形成水泥密封8，避免高压气体顺着压气钢管7与钻孔的间隙泄露出来；
9、压气钢管下端穿过钻孔并压入下方土中，管端与盾构机顶面对应的水平面距离1m～4m，根据地层条件进行调整。
10、一种抑制泥浆逸散加速泥水盾构成膜的工作方法，采用上述的一种抑制泥浆逸散加速泥水盾构成膜的装置的连接，具体步骤如下：
11、①以盾构机刀盘中点向地面做投影点o，在地面上确定一个矩形区域为压气钢管的目标布置区域，该矩形区域为投影点o向盾构机轴线后方延伸3m～5m，轴线前方延伸5m～10m，轴线左右各延伸3m～8m；
12、②在压气钢管的目标布置区域内，按1m～3m间隔钻孔，将压气钢管7放入钻孔中，并将压气钢管下端向下压入下方土中5cm～30cm，在钻孔与压气钢管的间隙通过注入水泥浆形成水泥密封8；
13、③将压气钢管7和输气软管3进行组装，并将气压计6固定在压气钢管7上端，将输气软管3一端与空气压缩机1的出气孔相连；
14、打开空气压缩机1的总阀门2，并向输气软管3输送高压气体；
15、打开输气软管3上的分阀门4，并通过调节调压阀5对压气钢管7的进气压力和气压屏蔽范围进行控制；
16、由于压气钢管7输出的高压气体可以在盾构机推进地层中形成阻碍，从盾构机压出的泥浆向地面方向和推进前方流动的趋势被减缓或完全屏蔽，泥浆将在盾构机开挖面前方较小的区域快速形成泥膜；
17、④当盾构机9挖掘进度将要超出压气钢管7的有效屏蔽范围时，按照步骤①重新确定压气钢管的目标布置区域，并重复②～③的操作；并将盾构机后方已丧失屏蔽效果的压气钢管7逐步拔出回收，将对应的钻孔填实密封；
18、当盾构机9进入不需要气压屏蔽的区域，将后方所有压气钢管拔出回收，并将对应的钻孔填实密封。
19、进一步地，通过多根压气钢管7同时喷射高压气体，形成气体屏蔽，减少盾构机9加压泥浆向盾构机9上方和前方逸散，加速了泥水盾构成膜，解决了因土层条件复杂、局部透水性较大，导致盾构机9所产生的泥浆向周围快速逸散，无法快速形成有效的泥膜的问题，为减少泥浆的消耗和保证开挖面稳定的同时提升泥水平衡盾构施工进度提供了新的思路。
20、进一步地，该装置能够适应不同土层情况，通过单独调节各压气钢管7入土深度、进气压力和气压屏蔽范围，促使高压气体形成有效的屏蔽，减少泥浆向前方和上方逸散，加速泥水盾构成膜。
21、进一步地，若气压屏蔽区域存在黏性土层，该装置能够改变黏性土层的饱和度，导致土层基质吸力增大，降低该黏性地层的透水性，从而也降低了泥浆逸散的速率。
22、有益效果
23、本发明提供了一种抑制泥浆逸散加速泥水盾构成膜的装置与工作方法，该装置包括一种抑制泥浆逸散加速泥水盾构成膜的装置，其特征在于，包括空气压缩机1、总阀门2、输气软管3、分阀门4、调压阀5、气压计6、压气钢管7、水泥密封8、盾构机9；该装置能够适应不同土层情况，通过调节压气钢管7入土深度、进气压力和气压屏蔽范围，促使高压气体形成有效的屏蔽，减少泥水向上方逸散，加速泥水盾构成膜；若气压屏蔽区域存在黏性土层，该装置能够改变黏性土层的饱和度，导致土层基质吸力增大，降低该黏性地层的透水性，从而也降低了泥浆逸散的速率。
24、本发明的优点如下：
25、a.抑制泥水盾构机挖掘的过程中的泥浆向盾构机周围快速逸散，泥水盾构快速形成有效泥膜，减少盾构机泥浆使用量，加快施工进度，降低工程造价；
26、b.能够适应不同土层情况所导致的高压气体屏蔽无法达到抑制泥浆逸散加速泥水盾构成膜的情况，通过调节压气钢管入土深度、进气压力和气压屏蔽范围，促使高压气体形成有效的屏蔽，减少泥水向上方逸散，加速泥水盾构成膜。
27、c.该装置能够改变气压屏蔽区域土层的饱和度，降低该区域地层的透水性，从而也降低了泥浆逸散。