一種盾構(gòu)機(jī)倉(cāng)內(nèi)加固的填倉(cāng)換刀施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種隧道工程技術(shù)領(lǐng)域的施工方法，具體地，涉及一種盾構(gòu)機(jī)倉(cāng)內(nèi)加固的填倉(cāng)換刀施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國(guó)內(nèi)外地鐵隧道建設(shè)快速發(fā)展，這些地鐵隧道需要用盾構(gòu)法來(lái)建造。盾構(gòu)隧道由于其安全、高效及機(jī)械化程度高等優(yōu)點(diǎn)而在許多城市迅速發(fā)展。土壓平衡盾構(gòu)法是盾構(gòu)法施工中常用的一種全機(jī)械施工方法，它采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，通過(guò)盾構(gòu)機(jī)前方的刀盤(pán)切削土體，并將碴土通過(guò)螺旋輸送機(jī)輸送出隧道外，盾構(gòu)機(jī)在外殼和管片的支護(hù)下推進(jìn)。在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中，需要不斷地切割巖土，當(dāng)切割的為堅(jiān)硬巖層時(shí)，刀具會(huì)產(chǎn)生過(guò)度磨損、炸裂和卡死等破壞刀盤(pán)結(jié)構(gòu)，影響正常施工作業(yè)，需及時(shí)更換刀具。由于各城市所處的地質(zhì)條件和周?chē)h(huán)境的不同，需要在各種地質(zhì)條件下進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)刀具更換。傳統(tǒng)的常壓換刀法、帶壓換刀法和地面加固后換刀法已在盾構(gòu)法施工過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用。但當(dāng)盾構(gòu)機(jī)處于砂層，盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖面上部地面無(wú)法進(jìn)行加固施工作業(yè)，且砂層自穩(wěn)能力差、漏氣嚴(yán)重時(shí)，盾構(gòu)機(jī)刀具更換施工仍存在多方面的技術(shù)困難和嚴(yán)重的安全隱患。傳統(tǒng)的盾構(gòu)機(jī)刀具更換施工方法難于在砂層中無(wú)地面加固條件采用，產(chǎn)生盾構(gòu)機(jī)換刀困難，施工效率低、工期長(zhǎng)的不利局面。
[0003]經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，發(fā)明專(zhuān)利“[申請(qǐng)?zhí)枮?01210268682.5]，發(fā)明名稱(chēng):鐵路股道下富水粉土粉砂地層盾構(gòu)帶壓換刀的施工方法”，上述專(zhuān)利盾構(gòu)機(jī)換刀施工需要采用高壓旋噴粧對(duì)換刀處土體進(jìn)行加固，在無(wú)地面加固條件下應(yīng)用受到限制。發(fā)明專(zhuān)利“[申請(qǐng)?zhí)枮?01010554969.5]，發(fā)明名稱(chēng):一種隧道施工用盾構(gòu)機(jī)換刀施工方法”，該專(zhuān)利雖然提出了在土倉(cāng)上壁注漿口利用盾構(gòu)機(jī)的注漿系統(tǒng)進(jìn)行土倉(cāng)置換填充，但未提及具體的置換填充方式和具體的置換填充施工操作方法。該專(zhuān)利在土倉(cāng)內(nèi)注水泥砂漿與輸出渣土同步進(jìn)行，采用水泥砂漿置換土倉(cāng)內(nèi)渣土過(guò)程中，無(wú)法防止螺旋輸送機(jī)內(nèi)的水泥砂漿硬化，造成設(shè)備破壞。該專(zhuān)利清倉(cāng)步驟中，土倉(cāng)內(nèi)硬化后的水泥砂漿的破除難度大，耗時(shí)長(zhǎng)。該專(zhuān)利采用超前注漿加固盾構(gòu)機(jī)上部土體，沒(méi)有考慮超前注漿施工困難，注漿口極易堵塞，施工速度緩慢等缺點(diǎn)。因此亟需一種無(wú)地面加固條件下砂層中快速、安全的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)換刀施工方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種盾構(gòu)機(jī)倉(cāng)內(nèi)加固的填倉(cāng)換刀施工方法，該方法克服了現(xiàn)有技術(shù)中地面無(wú)法加固、砂層保氣能力差、注漿口易堵塞、注漿施工作業(yè)方式不明確、清倉(cāng)過(guò)程中破除硬化水泥砂漿難度大并且耗時(shí)長(zhǎng)、超前注漿加固施工困難且工作量大等缺點(diǎn)和不足，實(shí)現(xiàn)砂層中無(wú)地面加固條件下土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的安全換刀施工。
[0005]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種盾構(gòu)機(jī)倉(cāng)內(nèi)加固的填倉(cāng)換刀施工方法，所述施工方法包括如下步驟:
[0006]第一步、向土倉(cāng)內(nèi)注膨潤(rùn)土泥楽:
[0007]通過(guò)土倉(cāng)內(nèi)位于3點(diǎn)位和12點(diǎn)位的球閥向土倉(cāng)內(nèi)注入膨潤(rùn)土泥漿，膨潤(rùn)土泥漿注入量為土倉(cāng)體積的10%?15% ;
[0008]第二步、空氣置換土倉(cāng)內(nèi)的渣土泥漿:
[0009]轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋輸送機(jī)輸出土倉(cāng)內(nèi)的渣土泥漿，直至渣土泥漿完全排出；輸出渣土泥漿過(guò)程中，保持土倉(cāng)內(nèi)壓力穩(wěn)定在0.06MPa ;
[0010]第三步、帶壓充填空隙:
[0011]土倉(cāng)內(nèi)壓力保持在0.06MPa，用棉絮將刀盤(pán)切口環(huán)處前盾與土體之間的縫隙塞緊，并采用堵漏靈進(jìn)行封堵；
[0012]第四步、連接袖閥管:
[0013]將9點(diǎn)位球閥、2點(diǎn)位球閥、3點(diǎn)位球閥和人閘泄壓孔接袖閥管，分別連接至土倉(cāng)內(nèi)刀盤(pán)后壁9點(diǎn)位、12點(diǎn)位、3點(diǎn)位和6點(diǎn)位吊耳處；
[0014]第五步、注水泥砂漿回填土倉(cāng):
[0015]將水泥砂漿從12點(diǎn)位球閥向土倉(cāng)內(nèi)加注；同時(shí)打開(kāi)3點(diǎn)位和9點(diǎn)位球閥緩慢釋放空氣，直至排出水泥砂漿；關(guān)閉3點(diǎn)位和9點(diǎn)位球閥，繼續(xù)加注水泥砂漿，采用1點(diǎn)位球閥緩慢釋放空氣；用水泥砂漿置換空氣過(guò)程中，將土倉(cāng)內(nèi)壓力保持在0.06?0.07MPa，水泥砂漿填滿(mǎn)土倉(cāng)后，停止注水泥砂漿，關(guān)閉1點(diǎn)位球閥；填水泥砂漿過(guò)程中間隔一段時(shí)間反轉(zhuǎn)螺旋輸送機(jī)，防止螺旋輸送機(jī)卡死；
[0016]第六步、向土倉(cāng)前部水泥砂漿注速凝劑，向土倉(cāng)后部水泥砂漿注緩凝劑:
[0017]通過(guò)9點(diǎn)位球閥、2點(diǎn)位球閥、3點(diǎn)位球閥和人閘泄壓孔同時(shí)向土倉(cāng)前部的水泥砂漿注速凝劑漿液，速凝劑漿液的總注入量為土倉(cāng)內(nèi)水泥砂漿中水泥用量的2.7%?4%，拔出袖閥管；
[0018]通過(guò)9點(diǎn)位球閥、12點(diǎn)位球閥、3點(diǎn)位球閥和人閘泄壓孔向土倉(cāng)后部水泥砂漿注緩凝劑漿液，緩凝劑漿液的總注入量為土倉(cāng)為水泥砂漿中水泥用量的0.13%?0.4% ;
[0019]第七步、清倉(cāng)換刀:
[0020]12小時(shí)后，待土倉(cāng)前部水泥砂漿完全硬化、土倉(cāng)后部水泥砂漿尚未硬化時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋輸送機(jī)輸出土倉(cāng)內(nèi)的未硬化的水泥砂漿，直至不再輸出水泥砂漿，用風(fēng)鎬由下往上鑿除凝固的水泥砂漿，把土倉(cāng)清理干凈，此時(shí)不鑿刀盤(pán)開(kāi)口 ；保證刀盤(pán)面完整性并從下往上進(jìn)行刀具更換，換刀時(shí)穩(wěn)固安裝臺(tái)面，拆開(kāi)螺栓和自鎖螺母，移除舊刀，更換新刀，上緊螺栓；換刀過(guò)程中如有漏水，采用棉絮和堵漏靈進(jìn)行封堵；
[0021]第八步、恢復(fù)掘進(jìn):
[0022]待盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)上全部刀具更換完成后，盾構(gòu)機(jī)恢復(fù)掘進(jìn)。
[0023]優(yōu)選地，第一步中，所述膨潤(rùn)土泥漿為化學(xué)泥漿，配漿材料為鈣基膨潤(rùn)土和水，鈣基膨潤(rùn)土與水的體積比為1:3。
[0024]優(yōu)選地，第一步中，所述點(diǎn)位為時(shí)鐘表盤(pán)刻度上時(shí)針指向的方位。
[0025]優(yōu)選地，第一步中，所述球閥為球體啟閉件由閥桿帶動(dòng)，并繞球閥軸線(xiàn)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的閥門(mén)。
[0026]優(yōu)選地，第三步中，所述前盾位于盾構(gòu)前部，為圓筒形鋼結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部安裝有用于支撐刀盤(pán)主驅(qū)動(dòng)裝置和螺旋輸送機(jī)。
[0027]優(yōu)選地，第三步中，所述刀盤(pán)切口環(huán)為位于盾構(gòu)機(jī)最前段部分帶有刃口的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，起開(kāi)挖和擋土作用。
[0028]優(yōu)選地，第四步中，所述袖閥管為一種只能向管外出漿、不能向管內(nèi)返漿的單向閉合裝置，其由PVC外管、6分鍍鋅注漿內(nèi)管、橡皮套、密封圈組成。
[0029]優(yōu)選地，第四步中，所述堵漏靈為一種快速堵漏的水泥混合物，具有速凝、早強(qiáng)、抗?jié)B、微膨脹、無(wú)毒無(wú)害的特點(diǎn)。
[0030]優(yōu)選地，第五步中，所述水泥砂漿的質(zhì)量配合比為水泥:砂:水=1:a:b，其中:0.5彡a彡1.5，1彡b彡2ο
[0031 ] 優(yōu)選地，第六步中，所述速凝劑為能加速水泥水化硬化時(shí)間、使水泥漿在很短時(shí)間內(nèi)形成足夠強(qiáng)度的外加劑，加入速凝劑的水泥漿通常在12分鐘內(nèi)終凝；速凝劑采用高嶺土、高爐礦渣粉及純堿進(jìn)行配比，其礦物組成質(zhì)量配合比為氧化鋁:碳酸鈉:氧化鈣=3:2:
Ιο
[0032]更優(yōu)選地，所述速凝劑與水泥的質(zhì)量之比為y，根據(jù)已有室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定的關(guān)于終凝時(shí)間的試驗(yàn)曲線(xiàn)進(jìn)行選取:
[0033]終凝時(shí)間為8.5?12分鐘之間時(shí)，速凝劑與水泥的質(zhì)量之比4%彡y彡5% ;
[0034]終凝時(shí)間為8?8.5分鐘之間時(shí)，速凝劑與水泥的質(zhì)量之比5%彡y彡6% ;
[0035]終凝時(shí)間為7.5?8分鐘之間時(shí)，速凝劑與水泥的質(zhì)量之比6%彡y彡8%。
[0036]優(yōu)選地，第六步中，所述速凝劑漿液的質(zhì)量配合比為速凝劑:水=1:1。
[0037]優(yōu)選地，第六步中，所述緩凝劑為能延長(zhǎng)水泥水化硬化時(shí)間、使水泥漿能在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持流塑狀態(tài)的外加劑，加入適當(dāng)緩凝劑的水泥砂漿的緩凝時(shí)間可達(dá)48小時(shí)；緩凝劑采用檸檬酸、酒石酸與硼砂進(jìn)行配比，其成分質(zhì)量配合比為檸檬酸:酒石酸:硼砂=5:1:1。
[0038]更優(yōu)選地，所述緩凝劑的緩凝時(shí)間t根據(jù)如下公式計(jì)算:
[0039]t = kx
[0040]式中:k為緩凝劑的緩凝時(shí)間性能參數(shù)，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定取值為21000h ；x為緩凝劑與水泥用量的質(zhì)量比。
[0041]優(yōu)選地，第六步中，所述緩凝劑漿液的質(zhì)量配合比為緩凝劑:水=1:1。
[0042]優(yōu)選地，第七步中，所述刀盤(pán)開(kāi)口為刀盤(pán)上的空口，用于實(shí)現(xiàn)切削渣土排肩；所述自鎖螺母為一種靠摩擦力自鎖防松、防振的螺母。
[0043]優(yōu)選地，第二步和第三步中:所述保持土倉(cāng)內(nèi)壓力穩(wěn)定在第一設(shè)定值，第一設(shè)定值是 0.06MPa。
[0044]優(yōu)選地，第五步中:所述將土倉(cāng)內(nèi)壓力保持在第二設(shè)定值，第二設(shè)定值是0.06?0.07MPao
[0045]優(yōu)選地，第六步中，所述速凝劑楽液的總注入量為土倉(cāng)內(nèi)水泥砂楽中水泥用量的2.7%?
[0046]優(yōu)選地，第六步中，所述緩凝劑楽液的總注入量為土倉(cāng)為水泥砂楽中水泥用量的
0.13%?0.
[0047]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0048]本發(fā)明針對(duì)上覆砂土下臥石灰?guī)r地層中無(wú)地面加固條件下土壓平衡盾構(gòu)機(jī)填倉(cāng)換刀問(wèn)題，提供一種適用于上覆砂土下臥石灰?guī)r地層中進(jìn)行無(wú)地面加固條件下的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)倉(cāng)內(nèi)加固的填倉(cāng)換刀施工方法，相比現(xiàn)有專(zhuān)利技術(shù)，避免了困難的超前注漿施工作業(yè)，防止了螺旋輸送機(jī)內(nèi)的水泥砂漿硬化造成設(shè)備破壞，明確了注漿施工作業(yè)方式，降低了土倉(cāng)內(nèi)硬化體的破除難度，有效地減少了清倉(cāng)作業(yè)量；本發(fā)明施工時(shí)間短，效率高，安全性強(qiáng)。
【附圖說(shuō)明】
[0049]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0050]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的輸出渣土泥漿過(guò)程中的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)示意圖；
[0051]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的球閥位置示意圖；
[0052]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的連接袖閥管步驟中的袖閥管布置示意圖；
[0053]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中的清倉(cāng)換刀步驟中土倉(cāng)內(nèi)水泥砂漿硬化后示意圖；
[0054]圖5為本發(fā)明實(shí)施例中的刀盤(pán)開(kāi)口位置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0055]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0056]如圖1-5所示，本實(shí)施例提供一種盾構(gòu)機(jī)倉(cāng)內(nèi)加固的填倉(cāng)換刀施工方法(具體是一種上覆砂土下臥石灰?guī)r地層中土壓平衡盾構(gòu)機(jī)倉(cāng)內(nèi)加固的填倉(cāng)換刀施工方法)，用于廣州某隧道，盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)底部深度為地下14m，停機(jī)位置上部地面為交叉路口，為防止因刀具的過(guò)度磨損、炸裂和卡死等破壞刀盤(pán)結(jié)構(gòu)，影響正常施工作業(yè)，需采用填倉(cāng)換刀的施工方法，保證換刀施工安全有效地進(jìn)行，具體施工步驟簡(jiǎn)述如下: