[發(fā)明專利]上軟下硬地層中土壓盾構掘進保持開挖面穩(wěn)定的控制方法

在審

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• 申請日: 2018-01-11
• 公開（公告）號: CN108086987A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發(fā)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(fā)明涉及一種上軟下硬地層中土壓盾構掘進保持開挖面穩(wěn)定的控制方法，在刀盤腹腔內(nèi)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(nèi)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(tài).優(yōu)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(wěn)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(fā)生閉塞；3）根據(jù)實際情況調節(jié)盾構刀盤上的泥漿噴嘴閥，最大限度發(fā)揮泥漿在開挖面形成泥膜的作用。

技術領域

本發(fā)明是一種上軟下硬地層中土壓盾構掘進保持開挖面穩(wěn)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(fā)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(nèi)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(fā)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(jīng)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(fā)明內(nèi)容

本發(fā)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(wěn)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(wěn)定，使得盾構機能夠安全穿越復合地層的問題。

本發(fā)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(wěn)定的控制方法，在刀盤腹腔內(nèi)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(wěn)定；同時，向壓力艙內(nèi)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(tài)，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(fā)生噴涌。

本發(fā)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(wěn)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(fā)生閉塞。

3）根據(jù)上部砂土地層所占開挖面的比例，開啟一定范圍內(nèi)盾構刀盤上的泥漿噴嘴閥，最大限度發(fā)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(wěn)定的控制方法，在刀盤腹腔內(nèi)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(wěn)定；同時，向壓力艙內(nèi)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(tài)，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(fā)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。