[發明專利]上軟下硬地層中土壓盾構掘進保持開挖面穩定的控制方法

在審

• 申請號: 201810028195.9
• 申請日: 2018-01-11
• 公開（公告）號: CN108086987A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 鐘小春;韓月旺;閔凡路;朱東元
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: E21D9/08
• 分類號: E21D9/08;E21D9/12
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 沈根水

本發明涉及一種上軟下硬地層中土壓盾構掘進保持開挖面穩定的控制方法，在刀盤腹腔內安裝漿管，接入噴灑裝置，在刀盤切削過程中，向開挖面噴灑泥漿，泥漿在壓縮空氣的作用下向開挖面滲透，從而在開挖面上快速形成泥膜，在開挖面上建立起有效的支護壓力。同時，向壓力艙內注入泥漿或者高分子聚合物溶液，攪拌渣土達到塑性流動狀態.優點：1）泥漿在壓縮空氣作用下在開挖面形成泥膜，能夠阻止壓縮空氣的逃逸，在開挖面上建立起所有效的支護壓力，維持開挖面的穩定。2）壓縮空氣的擠壓作用，有利于擠壓渣土的排出，防止渣土在壓力艙中發生閉塞；3）根據實際情況調節盾構刀盤上的泥漿噴嘴閥，最大限度發揮泥漿在開挖面形成泥膜的作用。

技術領域

本發明是一種上軟下硬地層中土壓盾構掘進保持開挖面穩定的控制方法，屬于地下工程施工新工藝技術領域。

背景技術

在上軟下硬的復合地層、特別是上部是砂層、下部是巖層的復合地層中進行盾構施工，是目前盾構工程界一大難題，非常容易發生塌方。主要是由于刀盤切削巖層時，為了保證切削效率和減少對刀盤、刀具的磨損，通常選用半艙開挖模式，即盾構封閉的壓力艙內的開挖下來的渣土只保留半艙，開挖下來的渣土快速排出，有利于提高施工效率，也有利于防止刀盤結泥餅發生。同時在壓力艙的上半部分注入壓縮空氣，由于開挖面前方上半部分是砂土，其滲透性較大，壓縮空氣容易排出，壓縮空氣壓力無法保證，導致開挖面支護壓力很低甚至接近0，于是開挖面上半部分的軟弱砂土地層不可避免地形成了臨空面，塌方將不可避免。這種復合地層在我國很多城市均有分布，特別是我國的珠三角的城市，如廣州、深圳、東莞等，已經成為了地鐵盾構施工的重大難題。隨著我國大量越江海隧道的建設，隧道的埋深也是逐漸加大，將逐漸進入風化巖石層，不得不面對上軟下硬的地層。

發明內容

本發明提出的是一種上軟下硬地層土壓盾構掘進保持開挖面穩定的控制方法，其目的在于解決土壓平衡式盾構在遇到堅硬地層、特別是上軟下硬地層時采取半艙開挖的方法時，如何減少壓力艙上半部分中的壓縮空氣的逃逸，確保盾構開挖面的穩定，使得盾構機能夠安全穿越復合地層的問題。

本發明的技術解決方案：上軟下硬地層中土壓盾構掘進保持開挖面穩定的控制方法，在刀盤腹腔內安裝漿管，接入噴灑裝置，在刀盤切削過程中，向開挖面噴灑泥漿，泥漿的壓力不低于該位置地層水平土水壓力；泥漿在壓縮空氣的作用下向開挖面滲透，從而在開挖面上快速形成泥膜，在開挖面上建立起有效的支護壓力，維持開挖面的穩定；同時，向壓力艙內注入泥漿或者高分子聚合物溶液，攪拌渣土達到塑性流動狀態，便于螺旋排土器順利排出渣土，也防止渣土在壓縮空氣作用下發生噴涌。

本發明的有益效果：

1）在滲透性地層中盾構半艙開挖時，向開挖面噴射泥漿，這種泥漿在壓縮空氣作用下在開挖面形成泥膜，從而能夠阻止壓縮空氣的逃逸，在開挖面上建立起所有效的支護壓力，維持開挖面的穩定。

2）由于壓縮空氣的擠壓作用，將更好地擠壓渣土的排出，防止渣土在壓力艙中發生閉塞。

3）根據上部砂土地層所占開挖面的比例，開啟一定范圍內盾構刀盤上的泥漿噴嘴閥，最大限度發揮泥漿在開挖面形成泥膜的作用，減少不必要的浪費。

具體實施方式

上軟下硬地層中土壓盾構掘進保持開挖面穩定的控制方法，在刀盤腹腔內安裝漿管，接入噴灑裝置，在刀盤切削過程中，向開挖面噴灑泥漿，泥漿的壓力不低于該位置地層水平土水壓力；泥漿在壓縮空氣的作用下向開挖面滲透，從而在開挖面上快速形成泥膜，在開挖面上建立起有效的支護壓力，維持開挖面的穩定；同時，向壓力艙內注入泥漿或者高分子聚合物溶液，攪拌渣土達到塑性流動狀態，便于螺旋排土器順利排出渣土，也防止渣土在壓縮空氣作用下發生噴涌。

所述噴灑的泥漿，泥漿中顆粒大小應大于等于0.5倍地層平均孔徑，泥漿的蘇氏漏斗粘度為17-20s，以確保快速形成泥膜，建立開挖面支護壓力。

所述的高分子聚合物溶液為聚丙烯酰胺溶液。