[發明專利]一種氣土聯合平衡盾構機及其掌子面平衡控制方法

在審

• 申請號: 201711027285.8
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN108425681A
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 劉訓華;周順華;李繼宏;趙煜;辛慶坤;王國平;胡哲鋒;王世沖;吳偉;盧彤;潘淡濃;許文明
• 申請（專利權）人: 宏潤建設集團股份有限公司
• 主分類號: E21D9/08
• 分類號: E21D9/08;E21D9/093;E21D9/12;E21D9/06
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 喻學兵

本發明的目的在于提供一種氣土聯合平衡盾構機及其掌子面平衡控制方法，以使提升氣土聯合平衡盾構施工的效率。其中，氣土聯合平衡盾構機，包括刀盤、供氣組件、土倉、螺旋輸送機，所述供氣組件包括：氣體管路為土倉供氣，包括進氣管和出氣管，進氣管上配置開關閥和減壓閥，出氣管上配置開關閥和泄壓閥，進氣管與出氣管在前端相連并連接土倉隔板氣孔，進氣管尾端與空壓機相連，用于加壓，出氣管尾端與大氣相連，用于泄壓；以及泡沫管路，為切削土體提供泡沫，包括泡沫泵、泡沫劑箱、泡沫發生器、水箱，泡沫泵將來自水箱的水和泡沫劑壓入泡沫發生器，在泡沫發生器內與所述空壓機壓入的氣體混合。

技術領域

本發明屬于巖土工程領域，涉及一種氣土聯合平衡盾構掘進控制方法與掘進設備。

背景技術

隨著科學技術的不斷發展，盾構法已經成為軌道交通隧道與公路隧道施工的主流方法，尤其是在城市軌道交通建設中，由于對地面環境擾動小，其應用更加廣泛。按照掘進面平衡模式可以將盾構機分為土壓平衡盾構和泥水平衡盾構，其分別適用于不同的地層與環境條件。其中土壓平衡盾構因成本較低，設施相對簡單等優點應用更為廣泛。但當遇到富水的軟硬巖復合地層，常規的全土壓掘進模式會造成盾構負荷增大，刀具磨損加快，還常常發生噴涌事故，大大降低施工效率，降低工程質量。

針對這一問題，氣土聯合平衡盾構掘進技術逐漸發展起來，以廣州地鐵建設最為典型。廣州地鐵1號線烈士陵園站-農講所站-公園前站兩區間是國內首次(1996年)嘗試使用氣土聯合平衡盾構施工，取得了較好的效果。該技術使用氣壓輔助掘進，利用氣體管路或泡沫管路對土倉上部壓入自然空氣，下部仍然保持渣土，實現了刀盤扭矩降低、施工進度加快的目標。之后的二十年間該技術有了長足的進步與發展，給類似地層的實踐帶來了良好的工程效益。但目前的氣土聯合平衡盾構仍存在以下問題：

(1)氣體管路無法泄壓，土倉內氣壓難以準確控制，僅能通過減小進氣壓調節；在泄壓時渣土易回流堵塞管路；

(2)泡沫管路為單泵多管，會存在壓力不足以將泡沫注入刀盤的問題；

(3)未明確區分土倉內的氣壓和土壓，仍以傳統土壓控制方法控制氣壓和土壓。當倉內壓力過大時，易造成土倉壓力判斷失誤，若加快出土，空倉率增大，掌子面風險提高；若減小進氣壓，耗時長，效果還可能不顯著，會引起地表隆起，甚至擊穿。

這些問題的存在給氣土聯合平衡盾構施工帶來很大不便，一方面低了施工效率與質量，更重要的是增大了事故風險。因而，客觀上有必要發明一種能有效控制土倉壓力的掌子面平衡方法，解決上述難題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種氣土聯合平衡盾構機及其掌子面平衡控制方法，以使提升氣土聯合平衡盾構施工的效率。

一種氣土聯合平衡盾構機，包括刀盤、供氣組件、土倉、螺旋輸送機，所述供氣組件包括氣體管路、泡沫管路，其中，氣體管路為土倉供氣，包括進氣管和出氣管，進氣管上配置開關閥和減壓閥，出氣管上配置開關閥和泄壓閥，進氣管與出氣管在前端相連并連接土倉隔板氣孔，進氣管尾端與空壓機相連，用于加壓，出氣管尾端與大氣相連，用于泄壓；以及泡沫管路為切削土體提供泡沫，包括泡沫泵、泡沫劑箱、泡沫發生器、水箱，泡沫泵將來自水箱的水和泡沫劑壓入泡沫發生器，在泡沫發生器內與所述空壓機壓入的氣體混合。

在一個實施例中，包括土倉隔板上布置的6道壓力傳感器，其中，在氣體與渣土交界面上、水平中軸線上、在所述交界面上方、以及所述交界面與所述水平中軸線之間分別設置1道壓力傳感器，所述水平中軸線下方布置2道壓力傳感器，其中，后4道壓力傳感器設置位置可調整。

在一個實施例中，在土倉隔板連接所述氣體管路的氣孔處增設防堵塞多孔材料。

在一個實施例中，1道氣體管路對應土倉隔板上的1個氣體注入孔，氣體注入孔設置在土倉隔板的氣土分界面附近，1道泡沫管路對應2個泡沫注入孔，泡沫注入孔沿刀盤均勻布置。