[發(fā)明專利]土壓平衡/泥水加壓連續(xù)切換式盾構(gòu)施工方法

有效

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• 申請日: 2011-07-01
• 公開（公告）號: CN102230384A
• 公開（公告）日: 2011-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱偉;鐘小春;閔凡路;王睿;左佳;魏代偉;夏勝全;史海嶺
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: E21D11/10
• 分類號: E21D11/10
• 代理公司: 南京君陶專利商標(biāo)代理有限公司 32215
• 代理人: 沈根水

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(80~90%)地層適合土壓平衡盾構(gòu)、局部段落(10~20%)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。

附圖說明

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。