砂層中土壓平衡盾構(gòu)機(jī)從土倉外面加固土體換刀施工方法
【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，涉及一種砂層中土壓平衡盾構(gòu)機(jī)從土倉外面加固土體換刀施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國城市化水平的提高，大量的城際鐵路、高速鐵道、城市軌道交通建設(shè)需要開展，其中有許多隧道工程。大量的隧道需要用盾構(gòu)法來建造。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)，通過盾構(gòu)機(jī)前方的刀盤切削土體，并將碴土通過螺旋輸送機(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)生過度磨損、炸裂和卡死等破壞刀盤結(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)條件和周圍環(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)開挖面上部地面無法進(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、工期長的不利局面。
[0003]對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)文獻(xiàn)進(jìn)行檢索后發(fā)現(xiàn)兩項(xiàng)相關(guān)專利的申請(qǐng)，發(fā)明專利“[申請(qǐng)?zhí)枮?01010105664.6]，發(fā)明名稱:砂卵石地層中盾構(gòu)刀具更換方法”，上述專利盾構(gòu)機(jī)換刀施工需要采取降水措施，在無地面鉆孔條件下應(yīng)用受到限制。發(fā)明專利“[申請(qǐng)?zhí)枮?01010554969.5]，發(fā)明名稱:一種隧道施工用盾構(gòu)機(jī)換刀施工方法”，該專利采用水泥砂漿置換土倉內(nèi)渣土后，無法防止螺旋輸送機(jī)內(nèi)的水泥砂漿硬化，造成設(shè)備破壞。該專利鑿除硬化后的水泥砂漿工作量大，采用超前注漿加固盾構(gòu)機(jī)上部土體，沒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砂層中土壓平衡盾構(gòu)機(jī)從土倉外面加固土體的換刀施工方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)中地面無法加固、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、硬化的水泥砂漿造成設(shè)備破壞、鑿除硬化后的水泥砂漿工作量大、超前注漿加固施工困難等缺點(diǎn)和不足，實(shí)現(xiàn)砂層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)明提供一種砂層中土壓平衡盾構(gòu)機(jī)從土倉外面加固土體換刀施工方法，所述施工方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0006]第一步、向刀盤前部注水泥漿，并向土倉注水泥砂漿置換渣土:
[0007]通過刀盤上的注漿口向刀盤前部注水泥漿，注漿壓力保持在一設(shè)定值;待刀盤前部注入的水泥漿體積達(dá)到0.1V后，同時(shí)通過土倉內(nèi)上部的注漿口向土倉內(nèi)注入已加入緩凝劑的水泥砂漿，保持注漿壓力在所述設(shè)定值;轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋輸送機(jī)，輸出土倉內(nèi)的渣土，直至水泥砂漿填滿土倉，即螺旋輸送機(jī)輸出水泥砂漿后，停止注水泥砂漿，關(guān)閉螺旋輸送機(jī);繼續(xù)向刀盤前部注水泥漿，直至注入水泥漿體積達(dá)到V;所述水泥漿體積V根據(jù)如下公式計(jì)算:
[0008]V = JiR2Cl
[0009]式中:R為刀盤的半徑;d為所注水泥漿的厚度參數(shù)，d通常取0.2m;
[0010]第二步、將速凝劑漿液注入土倉外面的水泥漿中:
[0011]通過刀盤前的注漿口將速凝劑漿液注入土倉外面的水泥漿中，速凝劑漿液注入量為刀盤前部所注水泥漿用量的4%?6% ；
[0012]第三步、清倉換刀:
[0013]待刀盤前部水泥漿硬化形成加固體，轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋輸送機(jī)將土倉內(nèi)未硬化的水泥砂漿輸出土倉;待水泥砂漿完全輸出土倉后，從下往上進(jìn)行刀具更換，換刀時(shí)穩(wěn)固安裝臺(tái)面，拆開螺栓和自鎖螺母，移除舊刀，更換新刀，上緊螺栓；
[0014]第四步、恢復(fù)掘進(jìn):
[0015]待盾構(gòu)機(jī)刀盤上全部刀具更換完成后，盾構(gòu)機(jī)恢復(fù)掘進(jìn)。
[0016]優(yōu)選地，第一步中，所述緩凝劑為能延長水泥水化硬化時(shí)間、使水泥漿能在較長時(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。
[0017]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:
[0018]t = kx
[0019]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。
[0020]優(yōu)選地，第一步中，所述加入緩凝劑的水泥砂漿的質(zhì)量配合比為水泥:砂:水:緩凝劑=1:&:13:叉，其中:0.5<&<1.5;1<1^2;0.001<叉<0.003。
[0021]優(yōu)選地，第二步中，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= 3:2:1。
[0022]更優(yōu)選地，所述速凝劑與水泥用量的質(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)曲線進(jìn)行選取:
[0023]終凝時(shí)間為8.5?12分鐘之間時(shí)，速凝劑與水泥用量的質(zhì)量之比4%<y<5%；
[0024]終凝時(shí)間為8?8.5分鐘之間時(shí)，速凝劑與水泥用量的質(zhì)量之比5%<y<6%；
[0025]終凝時(shí)間為7.5?8分鐘之間時(shí)，速凝劑與水泥用量的質(zhì)量之比6%<y<8%0
[0026]優(yōu)選地，第二步中，所述速凝劑漿液的質(zhì)量配合比為速凝劑:水=1:1。
[0027]優(yōu)選地，第三步中，在換刀過程中如有漏水，采用棉絮和堵漏靈進(jìn)行封堵。
[0028]更優(yōu)選地，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、無毒無害的特點(diǎn)。
[0029]優(yōu)選地，第三步中，所述自鎖螺母為一種靠摩擦力自鎖防松、防振的螺母。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0031]本發(fā)明針對(duì)砂層條件下土壓平衡盾構(gòu)機(jī)填倉換刀問題，提供一種適用于砂層中進(jìn)行無地面加固條件下的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)從土倉外面加固土體的填倉換刀施工方法，相比現(xiàn)有專利技術(shù)，該方法避免了困難的超前注漿施工作業(yè)和鑿除硬化后水泥砂漿的施工作業(yè)，消除了硬化后的水泥砂漿對(duì)設(shè)備造成的破壞，明確了注漿施工作業(yè)方式，有效地減少了施工作業(yè)量;本發(fā)明施工時(shí)間短，效率高，安全性強(qiáng)。
【附圖說明】
[0032]通過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:
[0033]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)示意圖；
[0034]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中的刀盤注漿口位置示意圖；
[0035]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例中的土倉注漿口位置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。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)人員來說，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。
[0037]如圖1-圖3所示，本實(shí)施例提供一種砂層中土壓平衡盾構(gòu)機(jī)從土倉外面加固土體填倉換刀施工方法，即刀盤前加固，用于廣州某隧道;盾構(gòu)機(jī)刀盤底部深度為地下14m，停機(jī)位置上部地面為交叉路口，為防止因刀具的過度磨損、炸裂和卡死等破壞刀盤結(jié)構(gòu)，影響正常施工作業(yè)，需采用填倉換刀的施工方法，保證換刀施工安全有效地進(jìn)行。
[0038]本實(shí)施例所述施工方法具體施工步驟簡(jiǎn)述如下:
[0039]第一步、施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查:
[0040]通過查閱地質(zhì)勘查報(bào)告確定盾構(gòu)機(jī)刀盤底部所處位置以下6m至上部地面的地層分布情況、各土層的滲透系數(shù)；調(diào)查盾構(gòu)機(jī)刀盤上部地面狀況(即從盾構(gòu)機(jī)刀盤底面45°斜線傳到地表范圍上部已有建筑物或構(gòu)筑物條件狀況)，確定是否有地面加固條件。
[0041 ]本實(shí)施例盾構(gòu)機(jī)刀盤底部所處位置以下6m至上部地面的地層分布為:厚度為5m的石灰?guī)r地層、厚度為10.5m的砂層和厚度為