[发明专利]应对大直径泥水盾构仓内积渣的施工方法

说明书

本发明公开了一种应对大直径泥水盾构仓内积渣的施工方法。本发明基于刀盘理论扭矩与刀盘实际扭矩的差值，以及刀盘挤压力的大小判断仓内积渣的依据，并通过对盾构掘进过程中渣土流动方式及易造成积渣的部位进行研究，以及对泥水循环方式进行反复尝试和试验验证，总结出了“三进三出”循环洗仓方法：泥浆管路↔后泥水仓↔前泥水仓。本发明解决了盾构机掘进过程中仓内积渣滞排的问题，提高了盾构机掘进效率，降低了刀盘结泥饼的风险，并能保证掘进过程中参数的稳定性及泥水仓内压力的平衡，同时进一步减少了盾构刀具磨损，保证了施工质量及安全。

技术领域

本发明新型涉及盾构施工技术领域，具体涉及一种应对大直径泥水盾构仓内积渣的施工方法。

背景技术

泥水式盾构机是通过加压泥水或泥浆（通常为膨润土悬浮液）来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水仓，里面充满了泥浆，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂，经分离后泥浆重复使用。

泥水盾构机在砂卵石地层、易结泥饼地层、断层破碎带地层、节理裂隙发育地层、软硬不均地层和孤石等复合地层中经常面临着仓内积渣的问题。此类问题谓之“滞排”,即盾构掘进下来的渣土，因为颗粒特性(比重、大小和形状)、盾构机排渣性能及其施工控制等原因造成渣土不能及时排出或滞后排出。如果处理不当,可能导致仓内积渣、刀盘结泥饼、刀盘扭矩升高、掘进速度降低、刀具温度升高加剧刀具磨损等后果。

发明内容

本发明旨在提供一种应对大直径泥水盾构仓内积渣的施工方法，以及时有效的应对当仓内积渣后导致掘进效率降低的问题，进一步避免因仓内积渣导致刀盘结泥饼、刀具温度升高加剧刀具磨损等后果。

为解决上述技术问题，本发明主要采用以下技术方案：

设计一种应对大直径泥水盾构仓内积渣的施工方法，包括如下步骤：

（1）监测盾构机刀盘实际扭矩，当（刀盘实际扭矩-刀盘理论扭矩）/刀盘理论扭矩*100%超出18%时，判定盾构机发生滞排，停止掘进或低速掘进；

根据刀盘扭矩组成，当刀盘挤压力一定时，实际扭矩与理论扭矩的差值主要体现在刀盘面板摩擦扭矩与刀盘圆环摩擦扭矩，这两个扭矩均与渣土松散系数有关，当仓内发生积渣现象时，渣土堆积，松散系数较小，导致其扭矩增大，对渣土做体积密度试验，当渣土堆积密实时，松散系数比渣土正常松散状态下小20%左右，并结合实际掘进过程中的情况验证总结出，当刀盘实际扭矩大于刀盘理论扭矩20%左右时，判断仓内发生积渣现象。

（2）基于刀盘实际挤压力判断积渣情况

结合正常情况下掘进地层时的刀盘挤压力情况以及波动范围，以刀盘刀具极限承载力（F_max=N*f，其中N为滚刀刃数，f为滚刀承载力）的80%～90%为刀盘实际挤压力安全值，超出时停止掘进或低速掘进。

刀盘挤压力主要是判断刀盘刀具与前方土体之间所受挤压力情况，刀盘面板与前方土体接触时，刀盘切削下来的渣土通过刀盘开口进入泥水仓内，当刀盘开口堵塞，渣土无法通过刀盘开口顺利进入泥水仓内，在刀盘与掌子面堆积，当发生此现象时，在盾构机推力不变的情况下，刀盘扭矩升高，刀盘挤压力增大，推进速度下降。

（3）进行三进三出循环洗仓

基于刀盘理论扭矩与刀盘实际扭矩的差值或/和刀盘挤压力的大小判断仓内积渣后，按如下方法实施泥水循环洗仓：

第一步：进入气垫仓循环出渣

开机前将泥浆由泥浆管路送入气垫仓循环洗仓，其中，控制进排浆流量≥其设计最大流量的70%，不转刀盘，泥水仓底部冲刷流量≥泵设计最大流量的70%；当泥浆循环至少一周后的进排浆密度差≤0.1t/m³时，结束该步骤。

第二步：进入“后泥水仓”循环出渣