專利名稱：土壓平衡/泥水加壓連續(xù)切換式盾構(gòu)施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種在復(fù)雜多變的地層中進行盾構(gòu)施工的土壓平衡/泥水加壓連續(xù)切換式盾構(gòu)施工方法，可有效應(yīng)用在隧道區(qū)間大部分段落(8(Γ90%)地層適合土壓平衡盾構(gòu)、局部段落(1(Γ20%)地層難以進行土壓平衡盾構(gòu)施工場合，屬于地鐵及地下工程施工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
不同型式的盾構(gòu)機適宜于不同的地層，采用單一形式的盾構(gòu)機很難滿足穿越復(fù)雜多變地層的施工要求。由于我國幅員廣闊，地質(zhì)條件復(fù)雜多變的地層已經(jīng)成為城市地鐵建設(shè)面臨的難題。目前，我國大部分城市地鐵建設(shè)采用土壓平衡盾構(gòu)施工，這種方法較為適宜于以細(xì)顆粒為主、透水性較小且擾動后易于形成塑性流動狀態(tài)的地層，與泥水加壓盾構(gòu)相比造價也可便宜30%左右。但當(dāng)盾構(gòu)區(qū)間大部分段落為細(xì)顆粒土地層而局部存在滲透性較大的粗砂及砂礫石地層時，土壓平衡盾構(gòu)的大透水性的段落不能很好的保持開挖面的穩(wěn)定，易于造成開挖面失穩(wěn)坍塌以及地表塌陷等事故。如果因為局部段落出現(xiàn)大透水性地層而全區(qū)間采用泥水加壓盾構(gòu)，則會造成工程造價大幅上升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種在盾構(gòu)區(qū)間以土壓平衡施工為主，在掘進過程中根據(jù)地層性質(zhì)的變化，可進行土壓平衡盾構(gòu)和泥水加壓盾構(gòu)兩種工作方式相互連續(xù)切換的土壓平衡/ 泥水加壓連續(xù)切換式盾構(gòu)施工方法，實現(xiàn)在復(fù)雜多變地層中安全、按期、經(jīng)濟掘進。本發(fā)明的技術(shù)解決方案盾構(gòu)選型階段采用土壓平衡/泥水加壓連續(xù)切換式盾構(gòu)，其結(jié)構(gòu)包括進漿管、壓力艙、進漿泵、攪拌翼、螺旋排土器，排泥管、壓力控制閥；其中進漿管的一端接入泥漿罐，進漿管的另一端接入壓力艙，進漿管上設(shè)有進漿泵，壓力艙內(nèi)設(shè)攪拌翼，壓力艙內(nèi)底部安裝螺旋排土器，螺旋排土器出口連接排泥管上的壓力控制閥的一端， 壓力控制閥的另一端與泥土車的入口對應(yīng)設(shè)置，壓力艙的一側(cè)設(shè)有隔板；
施工方法包括如下工藝步驟 (一)在土壓平衡盾構(gòu)的基礎(chǔ)上，
1)增加可向工作艙注入泥漿并可控制壓力的進漿系統(tǒng)；
2)增加配套的進泥系統(tǒng)、排泥系統(tǒng)以及相應(yīng)的泥漿制備、運輸和處理系統(tǒng)；
3)增加螺旋排土器與可控制壓力的排泥管切換系統(tǒng)；
(二)在盾構(gòu)選型時配備進泥系統(tǒng)和排泥系統(tǒng)，施工時大多數(shù)段落以土壓平衡的模式下掘進，當(dāng)遇到透水性強、含水量大的砂卵石地層，不宜采用土壓平衡模式來維持開挖面穩(wěn)定時，開啟進泥系統(tǒng)向工作艙內(nèi)注入膨潤土泥漿，待螺旋排土器排出的泥土流動性滿足管道運輸?shù)囊螅袚Q到可控制壓力的排泥系統(tǒng)，按泥水加壓盾構(gòu)的平衡原理施工；
(三)順利通過砂卵石地層后，逐一關(guān)閉進泥系統(tǒng)和排泥系統(tǒng)，同時切換到螺旋排土器， 再采用土壓平衡模式進行后續(xù)掘進。
本發(fā)明的優(yōu)點能夠在土壓平衡盾構(gòu)施工的基礎(chǔ)上，根據(jù)地層的變化，在掘進的過程中將盾構(gòu)開挖面的工作模式在土壓平衡和泥水加壓平衡之間自由的切換，最大程度的減少了工程風(fēng)險。切換工藝和設(shè)備簡單，不需要專門停機，減少了工期的延誤，節(jié)約了工程造價。而且本發(fā)明所涉及的工藝流程簡單易行，能夠集合兩種盾構(gòu)工法的優(yōu)點，符合我國在地質(zhì)條件復(fù)雜多變的情況下盾構(gòu)施工的迫切需求。


附圖1是土壓平衡/泥水加壓連續(xù)切換式盾構(gòu)示意圖
圖中的1是進漿管、2是進漿泵、3是壓力艙、4是攪拌翼、5是螺旋排土器、6是隔板、7 是排泥管、8是壓力控制閥、9是泥土車。
具體實施例方式對照附圖1，其結(jié)構(gòu)包括進漿管1、進漿泵2、壓力艙3、攪拌翼4、螺旋排土器5、隔板6、排泥管7、壓力控制閥8其中進漿管1的一端接入泥漿罐，進漿管1的另一端接入壓力艙3，進漿管1上設(shè)有進漿泵2，壓力艙3內(nèi)設(shè)攪拌翼4，壓力艙3內(nèi)底部安裝螺旋排土器5， 螺旋排土器5出口連接排泥管7上的壓力控制閥8的一端，壓力控制閥8的另一端與泥土車9的入口對應(yīng)設(shè)置，壓力艙3的一側(cè)設(shè)有隔板6。
實施例某一地鐵盾構(gòu)區(qū)間，90%區(qū)段地層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、粉土地層、全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖；剩下的區(qū)段地層為全斷面的砂礫石地層。采用盾構(gòu)進行隧道施工，必須確保最大限度保護周圍建筑物、管線等。工藝過程如下(1)盾構(gòu)選型階段考慮采用土壓平衡/泥水加壓連續(xù)切換式盾構(gòu)， 決定在土壓平衡盾構(gòu)基礎(chǔ)上之上，增加與盾構(gòu)機配套的泥漿制備、運輸、處理和進泥、排泥系統(tǒng)和螺旋排土器與可控制壓力的排泥管切換系統(tǒng)。在隧道內(nèi)，與盾構(gòu)機相連的有進泥管路系統(tǒng)、排泥管路系統(tǒng)。在進泥管路系統(tǒng)中連接泥漿泵，負(fù)責(zé)將泥漿輸送到壓力艙；排泥管路系統(tǒng)安裝可控制壓力閥門，當(dāng)管路壓力超過閥門設(shè)定的設(shè)定壓力時，排泥閥自動逐漸打開排泥，當(dāng)管路壓力低于閥門設(shè)定的設(shè)定壓力一定范圍時，排泥閥自動關(guān)閉，依次循環(huán)進行挖排泥掘進施工。地面上有泥漿制備、處理系統(tǒng)包括泥漿調(diào)漿箱、泥漿儲備箱、泥漿臨時儲存池(塘)，在泥漿臨時儲存池中存放的泥漿沉淀后，可通過泵輸入到調(diào)漿池經(jīng)過摻入新鮮膨潤土調(diào)整后可以再利用。(2)非砂礫石地層中盾構(gòu)施工采用土壓平衡方式施工，當(dāng)即將接近砂礫石地層時，可在儲漿池中制備膨潤土泥漿達到泥水盾構(gòu)施工所要求的密度和粘度等性能，然后向壓力艙內(nèi)通過進泥管逐步送入壓力艙，當(dāng)壓力艙的土體狀態(tài)達到較大流動度滿足管道輸送的要求，將螺旋排土器排土口切換到可控制壓力的泥漿管進行排泥，按泥水加壓平衡方式進行盾構(gòu)施工。(3)順利通過砂卵石地層后，先關(guān)閉進泥系統(tǒng)，然后根據(jù)出土狀態(tài)再關(guān)閉排泥系統(tǒng)，同時切換到螺旋排土器出土口進行排土，采用土壓平衡模式進行后續(xù)掘進。
權(quán)利要求
1. 土壓平衡/泥水加壓連續(xù)切換式盾構(gòu)施工方法，盾構(gòu)選型階段采用土壓平衡/泥水加壓連續(xù)切換式盾構(gòu)，該盾構(gòu)的結(jié)構(gòu)包括進漿管、壓力艙、進漿泵、攪拌翼、螺旋排土器，排泥管、壓力控制閥；其中進漿管的一端接入泥漿罐，進漿管的另一端接入壓力艙，進漿管上設(shè)有進漿泵，壓力艙內(nèi)設(shè)攪拌翼，壓力艙內(nèi)底部安裝螺旋排土器，螺旋排土器出口連接排泥管上的壓力控制閥的一端，壓力控制閥的另一端與泥土車的入口對應(yīng)設(shè)置，壓力艙的一側(cè)設(shè)有隔板；其施工方法包括如下工藝步驟 (一)在土壓平衡盾構(gòu)的基礎(chǔ)上，1)增加可向工作艙注入泥漿并可控制壓力的進漿系統(tǒng)；2)增加配套的進泥系統(tǒng)、排泥系統(tǒng)以及相應(yīng)的泥漿制備、運輸和處理系統(tǒng)；3)增加螺旋排土器與可控制壓力的排泥管切換系統(tǒng)；(二)在盾構(gòu)選型時配備進泥系統(tǒng)和排泥系統(tǒng)，施工時大多數(shù)段落以土壓平衡的模式下掘進，當(dāng)遇到透水性強、含水量大的砂卵石地層，不宜采用土壓平衡模式來維持開挖面穩(wěn)定時，開啟進泥系統(tǒng)向工作艙內(nèi)注入膨潤土泥漿，待螺旋排土器排出的泥土流動性滿足管道運輸?shù)囊螅袚Q到可控制壓力的排泥系統(tǒng)，按泥水加壓盾構(gòu)的平衡原理施工；(三)順利通過砂卵石地層后，逐一關(guān)閉進泥系統(tǒng)和排泥系統(tǒng)，同時切換到螺旋排土器， 再采用土壓平衡模式進行后續(xù)掘進。
全文摘要
本發(fā)明是土壓平衡/泥水加壓連續(xù)切換式盾構(gòu)施工方法，該方法在土壓平衡盾構(gòu)工作模式的基礎(chǔ)上，增加螺旋排土器向排泥管(可控制壓力)的切換的設(shè)計，以及配套的進泥排泥泵系統(tǒng)、泥漿制備、運輸和處理系統(tǒng)。在掘進過程中該工法可根據(jù)地層條件的變化進行工作方式的切換和調(diào)整，在不合適土壓平衡盾構(gòu)而需要泥水加壓盾構(gòu)施工時，將土壓平衡盾構(gòu)工作模式切換成泥水加壓盾構(gòu)工作模式。優(yōu)點該發(fā)明所涉及的工藝流程簡單易行，集合了兩種盾構(gòu)的施工方法，可以在不同的地層經(jīng)轉(zhuǎn)換后以不同的工作原理和方式運行，可以更好地保證開挖面的穩(wěn)定和施工順利進行，符合我國在地質(zhì)條件復(fù)雜多變的情況下盾構(gòu)施工的迫切需求。
文檔編號E21D11/10GK102230384SQ20111018372
公開日2011年11月2日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)明者史海嶺, 夏勝全, 左佳, 朱偉, 王睿, 鐘小春, 閔凡路, 魏代偉 申請人:河海大學(xué)