一种盾构机压气平衡条件下冷冻刀盘开仓的施工方法

技术领域

本发明涉及隧道盾构施工技术领域，特别涉及一种盾构机压气平衡条件下冷冻刀盘开仓的施工方法。

背景技术

在盾构施工中，盾构机开仓换刀施工是盾构施工要求较高的施工工序，通常在开仓换刀前都会进行土体加固作业及清理土仓。在冷冻法开仓施工过程中，盾构机土仓内充满刀盘切削下来的渣土和泥浆的混合浆液，在冷冻法实施过程中对土仓内的浆液进行冻结，在开仓时就需要清理这部分冻土。清理渣土会耗费大量的费用和时间，开仓效率低下。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明实施例提供一种盾构机压气平衡条件下冷冻刀盘开仓的施工方法，提高刀盘开仓效率，节省人力物力。

根据本发明实施例的盾构机压气平衡条件下冷冻刀盘开仓的施工方法，包括如下步骤：

S1、将膨润土浆注入刀盘土仓内，以将所述刀盘土仓内的渣土和泥浆置换出来；

S2、对刀盘本体和刀盘切口环进行冷冻；

S3、所述刀盘本体周边形成的冻土帷幕与所述刀盘切口环周边形成的冻土帷幕交圈后，将所述刀盘土仓内的所述膨润土浆置换成空气；

S4、冻土帷幕的厚度到达设计值后，继续冷冻直至常压开启刀盘土仓作业完成。

作为上述方案的进一步改进，所述步骤S1中，所述膨润土浆注满所述刀盘土仓的三分之一后，转动所述刀盘本体以对所述膨润土浆进行二次拌制。

作为上述方案的进一步改进，二次拌制后的所述膨润土浆的浆液渗出刀盘本体外形成一层隔膜。

作为上述方案的进一步改进，所述步骤S3中，冷冻过程中，采用空压机向所述刀盘土仓充入空气，通过所述空压机的补气频率以实时监测冻土帷幕的交圈情况。

作为上述方案的进一步改进，所述步骤S3中，边用空气置换所述刀盘土仓内的所述膨润土浆，边保持所述刀盘土仓内的压力稳定。

作为上述方案的进一步改进，所述刀盘本体上设有冷冻系统，所述冷冻系统包括冷冻腔以及用于循环输送冷冻盐水的输送管，所述输送管接通所述冷冻腔，通过所述冷冻腔对所述刀盘本体和所述刀盘切口环进行冷冻。

作为上述方案的进一步改进，所述刀盘本体还设有注浆系统，所述注浆系统连通所述刀盘土仓，所述注浆系统包括第一浇注管和第二浇注管，所述第一浇注管位于所述刀盘土仓的上端，所述第二浇注管位于所述刀盘土仓的下端。

基于上述技术方案，本发明实施例至少具有以下有益效果：上述技术方案中，开仓作业前，先将膨润土浆注入刀盘土仓内，通过注入的膨润土浆将刀盘土仓内的渣土和泥浆置换出来，注入的膨润土浆能有效防止压力损失，使得刀盘土仓内浆液与外界的水土压力维持平衡，接着对刀盘本体以及刀盘切口环进行冷冻，使刀盘本体外侧以及刀盘切口环附近的水土冷冻形成冻土帷幕，随着冻土帷幕的覆盖范围逐渐变大，刀盘本体周边形成的冻土帷幕与刀盘切口环周边形成的冻土帷幕胶圈后，土仓内外的压力逐渐趋于平衡，此时可将刀盘土仓内的膨润土浆置换成空气，通过充入一定压力的压缩空气将膨润土浆置换出来，确保开仓前，刀盘土仓内无冻结的泥浆块并能有效维持刀盘土仓内的压力稳定，待冻土帷幕的厚度到达设计值后，继续保持冷冻直至常压开启刀盘土仓，确保冻土帷幕足以长时间支撑开仓作业，保证开仓人员的人身安全。采用这种施工方法进行开仓作业，能有效减少冷冻开仓过程中清理刀盘土仓的时间，提高开仓效率，有效保证了工程的进度以及施工的安全。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；

图1是本发明实施例中盾构机刀盘的结构示意图一；

图2是本发明实施例中盾构机刀盘的结构示意图二；

图3是本发明实施例中盾构机刀盘的结构示意图三；

图4是本发明实施例中盾构机刀盘的结构示意图四。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1，盾构机的头部转动安装有刀盘，刀盘包括刀盘本体100，刀盘本体100上设有刀盘切口环140以及刀盘土仓110。

本实施例中，盾构机压气平衡条件下冷冻刀盘开仓作业的施工方法包括如下步骤：

S1、将膨润土浆300注入刀盘土仓110内，以将刀盘土仓110内的渣土和泥浆置换出来，如图2所示，图2为刀盘土仓110内填满膨润土浆300的状态示意图，其中，制作膨润土浆300所采用的调浆材料为易于混合、高粘性、高造浆率，膨润土浆300的拌制都是在浆桶里调制完成。膨润土浆300的浓度在保证其可注性条件下越浓越好，待调浆料完全溶解后，利用设置在刀盘本体100上的注浆系统注入刀盘土仓110内，注浆系统连通刀盘土仓110，注浆系统包括第一浇注管120和第二浇注管130，第一浇注管120位于刀盘土仓110的上端，第二浇注管130位于刀盘土仓110的下端，膨润土浆300从第二浇注管注入，从而将刀盘土仓110内的土渣和泥浆从第一浇注管120排出，需说明的是，当膨润土浆300注满刀盘土仓110的三分之一后，转动刀盘本体100以对膨润土浆300进行二次拌制，刀盘本体100转动过程中，使得膨润土浆300与刀盘土仓110内原有的土渣和泥浆充分搅拌均匀，膨润土浆300进行了二次拌制，从而改变刀盘土仓110的泥浆特性，增加刀盘土仓110内泥浆的比重以及粘度，从而在刀盘土仓110内形成优质的膨润土浆300，二次拌制后的膨润土浆300的浆液渗出刀盘本体100外形成一层隔膜，具体是在开挖面形成，可使膨润土浆300与外界的土体隔离开来，有效防止刀盘土仓110内的压力损失，使刀盘土仓110内的膨润土浆300与外加的水土压力维持平衡，确保施工的安全。

S2、步骤S1完成后，对刀盘本体100和刀盘切口环140进行冷冻，使刀盘本体100周围与刀盘切口环140周边逐渐形成冻土帷幕400，具体可结合图2进行理解。其中，刀盘本体100上设有冷冻系统，冷冻系统包括冷冻腔220以及用于循环输送冷冻盐水的输送管210，输送管210接通冷冻腔220，通过冷冻腔220对刀盘本体100和刀盘切口环140进行冷冻，随着时间的进行，冻土帷幕400会逐渐变多变大直至完全包裹刀盘。

S3、刀盘本体100周边形成的冻土帷幕400与刀盘切口环140周边形成的冻土帷幕400交圈后，将刀盘土仓110内的膨润土浆300置换成空气。其中，冷冻过程中，采用空压机向刀盘土仓110充入空气，通过空压机的补气频率以实时监测冻土帷幕400的交圈情况。具体的，实时监控冷冻过程中刀盘土仓110内的压力变化，将刀盘土仓110的压力值范围设定好，向刀盘土仓110内加气以将压力值提高，当刀盘土仓110内的压力值低于设定值时，空压机会启动并向刀盘土仓110加气到设定好的压力值至上，记录空压机补气的频率次数以及每次加气的时长变化，并将其绘制成频率-时间的变化曲线，当观测到空压机的补气频率突然急剧下降时也就是冻土帷幕400交圈完成时。此外需说明的是，当刀盘土仓110内的压力设定好后，随着冻土帷幕400的发展，冻土帷幕400的体积逐渐增大至交圈包裹刀盘，刀盘土仓110外的泄压通道逐渐减少，随着泄压通道的减少，刀盘土仓110内的压力流失速度降低，而在刀盘本体100周边的冻土帷幕400与刀盘切口环140周边的冻土帷幕400交圈后，刀盘土仓110没有了泄压通道，空压机的补气频率急剧降低，此时即可将刀盘土仓110内的膨润土浆300置换成空气，置换过程中，边用空气置换刀盘土仓110内的膨润土浆300，边保持刀盘土仓110内的压力稳定，确保刀盘土仓内压力平衡，有效避免安全事故的发生。如图3所示，空气从第一浇注管120注入刀盘土仓，从而将膨润土浆300从第二浇注管130处置换出来，能有效减少刀盘土仓110内的泥浆残留，避免形成大量的冰冻泥浆块。置换完成后，持续往刀盘土仓110内加注空气，保持刀盘土仓110内的压力稳定直至冻土帷幕400的厚度达到设定值。

S4、如图4所示，冻土帷幕400的厚度到达设计值后，继续冷冻直至常压开启刀盘土仓110作业完成。冻土帷幕400的厚度到达设定值后，关闭空气的加注，进行常压开启刀盘土仓110，常压开仓过程中，继续保持冷冻直至开仓作业完成，确保冻土帷幕400足以长时间支撑常压开仓的作业，保证开舱人员的施工安全。通过冷冻刀盘及压气平衡综合运用，能有效减少冷冻开仓过程中土仓清理时间，增加了社会效益和经济效益，并能有效保证工程的进度和安全。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。