[发明专利]一种冷冻过程中盾构机土仓介质置换方法

说明书

本发明公开了一种冷冻过程中盾构机土仓介质置换方法，先使用膨润土浆液置换土仓内的渣土泥浆混合浆液，然后对外部土体进行冷冻施工，刀盘上的冷冻交圈初步形成时，再使用气体置换土仓内的膨润土浆液，膨润土浆液具有良好的流动性和压力传递的敏感性，可以保证气体置换更加彻底，完成置换后，在开仓换刀时只需清理小部分冻土，大大提高了施工效率，节省人力，且施工安全，此发明用于盾构机开仓换刀技术领域。

技术领域

本发明涉及盾构机开仓换刀技术领域，特别是涉及一种冷冻过程中盾构机土仓介质置换方法。

背景技术

盾构机是一种使用盾构法的隧道掘进机，盾构法施工的基本工作原理是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘，该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面，挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。

而在盾构掘进过程中，盾构机刀盘上的刀具达到一定程度的磨损或损坏时，需要进行停机检修或更换刀具。当施工人员进仓作业时需要对掌子面进行加固，避免掌子面塌方造成人员伤亡等重大事故，特别是在软弱地层中。当采用盾构机刀盘冷冻施工对土层进行加固时，在刀盘上设置冷冻管路并通入冷冻介质，使整个刀盘钢结构变成巨大的“冻结圆盘”(等温体)，通过冷冻刀盘对盾构机头前、后、上、下的土体进行土体冻结，使周边形成冻土帷幕，达到常压开仓换刀的要求，然后在冻土帷幕的保护下进行开仓换刀。

盾构机的土仓在刀盘的后方，土仓内充满刀盘掘进过程中切削下来的渣土和泥浆的混合浆液，采用冷冻法施工对外部土体进行冻结的过程中，也会冻结土仓内的浆液，在开仓时需要清理和排掉这部分冻土，由于土仓体积较大，达10立方米左右，清理这部分冻土会耗费大量的人力、物力和时间，且若冻土崩塌容易造成安全事故。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高施工效率和施工安全的冷冻过程中盾构机土仓介质置换方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种冷冻过程中盾构机土仓介质置换方法，包括以下步骤：

a、盾构机停机，往土仓内注入膨润土浆液，同时排出土仓内的渣土泥浆混合浆液；

b、对外部土体进行冷冻施工，并监测土仓内的压力变化；

c、刀盘上的冷冻交圈初步形成时，往土仓内通入气体，同时排出土仓内的膨润土浆液。

进一步作为本发明技术方案的改进，包括隔绝土仓的隔板，隔板的上部设有与土仓连通的上部进出口，隔板的下部设有与土仓连通的下部进出口。

进一步作为本发明技术方案的改进，步骤a中，从下部进出口往土仓内注入膨润土浆液，从上部进出口排出渣土泥浆混合浆液。

进一步作为本发明技术方案的改进，步骤c中，从上部进出口往土仓内通入空气，从下部进出口排出膨润土浆液。

进一步作为本发明技术方案的改进，隔板上设有泄压孔，步骤b中，土仓内的压力上升达到上限值时，开启泄压孔泄压，土仓内的压力降低到下限值时，关闭泄压孔。

进一步作为本发明技术方案的改进，步骤b中，在土仓内设置若干压力传感器，通过压力传感器检测土仓内的压力并绘制压力-时间变化曲线。

进一步作为本发明技术方案的改进，步骤c中，土仓内的压力急剧上升，压力-时间变化曲线的斜率增加且比前面时间点的斜率都要大时，往土仓内通入气体。

进一步作为本发明技术方案的改进，步骤a中的膨润土浆液为易钻膨润土，易钻膨润土中加入沙层降漏失剂，沙层降漏失剂为雷膨。

进一步作为本发明技术方案的改进，步骤a中，注入膨润土浆液时，保持顶部压力高于掘进平衡压力或理论切口水压。