一种泥水盾构带压进仓施工方法

1.本发明涉及地下空间工程施工技术领域，尤其涉及一种泥水盾构带压进仓施工方法。


背景技术：

2.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.大直径泥水盾构在软硬不均的复杂地层施工期间，盾构机时常会遇到刀盘结泥饼、刀具异常磨损、碎石机故障和冲刷管路堵塞等情况，严重影响施工进度和设备安全。需要组织施工人员带压进入开挖仓内，清除刀盘上的泥饼、检查和更换部分刮刀(即螺栓固定的刮刀，需要带压进仓更换)以及检修机械故障。
4.在目前的实际操作中发现，使用原有的泥浆形成泥膜后，开仓后开挖仓压力持续降低，无法保压，并且有时掌子面会产生裂缝。只能撤离人员，无法留有充裕的时间完成带压作业。基于这种情况现有技术中提出了一种泥膜修补方法，即采用高压喷枪喷射高粘度膨润土于掌子面泥膜裂缝处，使高粘度膨润土渗入裂缝，对裂缝填充封闭。这种方法虽然可以解决泥膜漏气、裂缝的问题，但比较被动，只能等到产生问题后去修补，并且在实际操作过程中也存在难点，即泥膜的直径较大，在如此大面积的泥膜上查找裂缝非常困难，并且在带压环境下狭窄的仓内进行喷射修补，可能危及施工人员的安全。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的是提供一种泥水盾构带压进仓施工方法，降低了施工难度，保证了施工人员的安全。
6.为了实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
7.一种泥水盾构带压进仓施工方法，包括：
8.配制膨润土泥浆，并运输到盾构机尾部；
9.将所述膨润土泥浆从盾构机尾部泵送到开挖仓和气泡仓，在掌子面处形成新的掌子面泥膜，利用所述掌子面泥膜替换正常开挖时的泥膜，所述掌子面泥膜的密度大于正常开挖时的泥膜密度；
10.监测压力波动并观察所述掌子面泥膜，若仓内压力保持稳定并且泥膜无明显裂缝，即可组织施工人员带压进仓作业。
11.优选的，所述膨润土泥浆由外加剂、膨润土和水进行配制，所述膨润土泥浆的马氏漏斗粘度不低于130s。
12.优选的，所述外加剂：膨润土：水的比例为1：20～22：30。
13.优选的，所述外加剂：膨润土：水的比例为1：20：30。
14.优选的，所述膨润土泥浆在地表调浆池调制，使用罐车直接运输到盾构机尾部。
15.优选的，使用位于盾构机尾部的砂浆转运泵将所述膨润土泥浆泵送到固定砂浆罐内，所述固定砂浆罐位于盾构机的后配套台车。
16.优选的，使用同步注浆砂浆泵向开挖仓和气泡仓泵送所述膨润土泥浆，泵送的量大于理论上盾构机开挖仓和气泡仓能容纳的方量。
17.优选的，在泵送过程中，保持盾构机进浆管阀门关闭，排浆管阀门打开，使所述膨润土泥浆逐渐置换原有泥浆。
18.优选的，泵送所述膨润土泥浆后打开连接开挖仓顶部的管路，放出部分泥浆，检测泥浆的粘度指标，在粘度不低于130s后暂停泵送。
19.优选的，泵送完成后，开仓并实时监测仓内压力波动和掌子面泥膜。
20.本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
21.1、相比于现有的对原有泥膜进行被动修补的施工方法，本发明提出一种新的解决构思，即主动重构一个新的强度更高、密封性更好的高密度泥膜来替换原有泥膜，大大提高了泥膜的气密性与强度，保证了带压进仓作业的安全性。无需对原有泥膜的裂缝进行修补，不用查找原有泥膜上的裂缝，操作流程简单，降低了施工难度；而且无需施工人员在带压环境下进入狭窄的仓内进行喷射修补，节约了人力与时间成本，保证了施工人员的安全。
22.2、本发明采用地面调制-运输到盾尾-注入到开挖仓的施工流程，避免了使用泥水盾构的泥浆循环系统，直接用罐车运输到盾构机尾部，节省了大量的用料成本和时间成本。采用改造后的同步注浆管道向开挖仓泵送泥浆，改造部位较少，只需将通向外壳的管路调整到通向开挖仓，其他部分不做调整，工艺简单。
23.本发明附加方面的优点将在下面的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
24.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
25.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
26.图1是本发明提供的施工方法示意图；
具体实施方式
27.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
28.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
29.带压开仓是利用泥浆在掌子面上形成封闭的泥膜，然后通过开挖仓内气压平衡地层的水土压力。具体操作就是降低开挖仓和气泡仓内的液位，使开挖仓内的泥浆液位达到
盾构机的轴心附近，把盾构机轴心以上的空间暴露在压缩空气中，然后向气泡仓施加与掌子面相等的气压。关闭气泡仓和开挖仓的闸门，使开挖仓和泥膜形成一个密闭系统，通过泥膜和掌子面与外部水土压力达到平衡。但如果泥膜的气密性不好或者强度不高产生裂缝，在高压强渗透的大埋深地层中可能会导致掌子面被击穿甚至掌子面坍塌等工程灾害，引发一系列严重的后果。因此，在掌子面形成致密良好的泥膜至关重要。
30.正如背景技术所介绍的，现有技术中在带压进仓施工时采用对泥膜被动修补的方式，一方面查找泥膜上的裂缝困难，增加了施工难度；另一方面，在狭窄的仓内进行喷射修补可能危及施工人员的安全。
31.为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种泥水盾构带压进仓施工方法，包括：配制膨润土泥浆，并运输到盾构机尾部；将所述膨润土泥浆从盾构机尾部泵送到开挖仓和气泡仓，在掌子面处形成新的掌子面泥膜，利用所述掌子面泥膜替换正常开挖时的泥膜，所述掌子面泥膜的密度大于正常开挖时的泥膜密度；监测压力波动并观察所述掌子面泥膜，若仓内压力保持稳定并且泥膜无明显裂缝，即可组织施工人员带压进仓作业。
32.本发明在带压进仓前，将高浓度的膨润土泥浆泵送到开挖仓和气泡仓，在掌子面处形成强度更高、密封性更好的高密度泥膜，替换正常开挖时的密度较小的泥膜，防止压缩空气从掌子面漏出，保证开挖仓内的压力维持在设定值，确保潜水员安全、顺利进行带压进仓作业。相比于现有的对原有泥膜进行被动修补的施工方法，本发明提出一种新的解决构思，即主动重构一个新的强度更高、密封性更好的高密度泥膜来替换原有泥膜，大大提高了泥膜的气密性与强度，保证了带压进仓作业的安全性。无需对原有泥膜的裂缝进行修补，不用查找原有泥膜上的裂缝，操作流程简单，降低了施工难度；而且无需施工人员在带压环境下进入狭窄的仓内进行喷射修补，节约了人力与时间成本，保证了施工人员的安全。
33.高浓度膨润土泥浆由外加剂、膨润土、水按照1：20～22：30的质量比例配制，粘度为130s。优选的，外加剂：膨润土：水的比例为1：20：30。
34.外加剂为现有技术中使用的高性能塑化剂、表面活性剂、硅钙微膨胀剂、水化热抑制剂、迁移型阻锈剂、纳米级矿物硅铝钙铁粉、稳定剂精制而成的压浆剂，或上述压浆剂与低碱低热硅酸盐水泥等精制复合而成的压浆料。
35.高浓度泥浆在地表调浆池调制，为了节约时间与工序，不采用泥浆循环系统直接泵入，而是采用罐车直接运输到盾构机尾部。
36.为了便于管道输送，使用位于盾构机尾部的砂浆转运泵将泥浆从罐车泵送到固定砂浆罐内，固定砂浆罐位于盾构机的后配套台车。
37.为了把泥浆输送到开挖仓内，需要将原有的同步注浆管道改造为通向开挖仓的预留管道。
38.使用同步注浆砂浆泵向开挖仓泵送高浓度泥浆，泵送的量略大于理论上盾构机开挖仓和气泡仓最大能容纳的方量。在泵送过程中，应保持盾构机进浆管阀门关闭，排浆管阀门打开，使高浓度泥浆逐渐置换原有泥浆。
39.泵送理论需求方量后打开连接开挖仓顶部的管路，放出部分泥浆，检测泥浆的粘度指标，在粘度不低于130s后才可暂停泵送，以保证形成的泥膜具有预期的密度。
40.泵送完成后，需要关闭排浆管的阀门，使掌子面形成稳定致密的高密度泥膜，营造密闭空间，为后续降低液位、增加气压等操作营造条件。
41.泵送完成后，开仓实时监测仓内压力与掌子面泥膜形态，若压力保持稳定且掌子面泥膜不产生裂缝，则说明高密度泥膜正常工作，人员可以准备带压进仓作业。高密度泥膜良好的气密性可以防止压缩空气从掌子面漏出，使开挖仓内能够保持稳定的压力；更高的密度会拥有更大的强度，可以在强大的压力下具备更好的安全性与稳定性，使掌子面不易被击穿或者倒塌。
42.本发明的有益效果在于：
43.本发明提供的大直径泥水盾构为带压进仓在掌子面形成高密度泥膜的施工方法，采用了外加剂、膨润土、水按比例调配混合而成的高浓度膨润土作为泥膜形成泥浆，具有稠度高、密度大、渗透成膜能力强的特点；形成的高密度泥膜具有优良的气密性和强度，能够很好地起到保压作用，为带压进仓人员提供一个稳定安全的工作环境。
44.本发明形成高密度泥膜后，即可保证带压开仓作业的压力环境稳定，无需对泥膜进行额外处理，方便安全高效。
45.由于随着盾构隧道的掘进，泥浆循环管道也会越来越长，带压进仓用的高浓度膨润土泥浆走循环管道需要充满运输管道，这会额外产生大量浪费，并且所费时间长，还有引起堵塞的风险。本发明采用地面调制-运输到盾尾-注入到开挖仓的施工流程，避免了使用泥水盾构的泥浆循环系统，直接用罐车运输到盾构机尾部，节省了大量的用料成本和时间成本。采用改造后的同步注浆管道向开挖仓泵送泥浆，改造部位较少，只需将通向外壳的管路调整到通向开挖仓，其他部分不做调整，工艺简单。
46.实施例1
47.本发明的大直径泥水盾构为带压进仓在掌子面形成高密度泥膜的施工方法，具体包括如下步骤：
48.(1)在地面调浆池中按照外加剂、膨润土、水的质量比例1：20：30配制高浓度的膨润土泥浆，使膨润土混合物泥浆的马氏粘度达到130s。并用罐车运输到盾构机尾部。
49.(2)使用位于盾构机尾部的砂浆转运泵将高浓度膨润土泥浆从罐车中泵送到后配套台车的固定砂浆罐内，便于泵送。
50.(3)将原有的同步注浆输浆管道改造为通向开挖仓的预留管道，大部分管路不变，仅把出口从通向盾构机外壳改到通向开挖仓。
51.(4)使用同步注浆砂浆泵向开挖仓泵送高浓度泥浆，泵送理论需求方量后打开连接开挖仓顶部的管路，放出部分泥浆，检测泥浆的粘度指标，在粘度不低于130s后停止泵送并关闭排浆阀门。
52.(5)开仓监测压力波动并观察掌子面泥膜，若仓内压力保持稳定并且泥膜无明显裂缝，说明高密度泥膜已形成并且正常工作，可以组织施工人员带压进仓作业。
53.通过实施例1的配比形成的膨润土泥浆，既有较高的密度和稠度，又具有相当的流动性能够顺利渗透成膜，能够很好地起到保压作用，为带压进仓人员提供一个稳定安全的工作环境。
54.实施例2
55.本发明的大直径泥水盾构为带压进仓在掌子面形成高密度泥膜的施工方法，具体包括如下步骤：
56.(1)在地面调浆池中按照外加剂、膨润土、水的质量比例1：22：30配制高浓度的膨
润土泥浆，使膨润土混合物泥浆的马氏粘度达到140s。并用罐车运输到盾构机尾部。
57.(2)使用位于盾构机尾部的砂浆转运泵将高浓度膨润土泥浆从罐车中泵送到后配套台车的固定砂浆罐内，便于泵送。
58.(3)将原有的同步注浆输浆管道改造为通向开挖仓的预留管道，大部分管路不变，仅把出口从通向盾构机外壳改到通向开挖仓。
59.(4)使用同步注浆砂浆泵向开挖仓泵送高浓度泥浆，泵送理论需求方量后打开连接开挖仓顶部的管路，放出部分泥浆，检测泥浆的粘度指标，在粘度不低于140s后停止泵送并关闭排浆阀门。
60.(5)开仓监测压力波动并观察掌子面泥膜，若仓内压力保持稳定并且泥膜无明显裂缝，说明高密度泥膜已形成并且正常工作，可以组织施工人员带压进仓作业。
61.通过实施例2的配比形成的膨润土泥浆，具有较高的密度和稠度，虽然流动性略差，但也能顺利渗透成膜，能够很好地起到保压作用，为带压进仓人员提供一个稳定安全的工作环境。
62.对比例1
63.本发明的大直径泥水盾构为带压进仓在掌子面形成高密度泥膜的施工方法，具体包括如下步骤：
64.(1)在地面调浆池中按照外加剂、膨润土、水的质量比例1：15：30配制高浓度的膨润土泥浆，使膨润土混合物泥浆的马氏粘度达到90s。并用罐车运输到盾构机尾部。
65.(2)使用位于盾构机尾部的砂浆转运泵将高浓度膨润土泥浆从罐车中泵送到后配套台车的固定砂浆罐内，便于泵送。
66.(3)将原有的同步注浆输浆管道改造为通向开挖仓的预留管道，大部分管路不变，仅把出口从通向盾构机外壳改到通向开挖仓。
67.(4)使用同步注浆砂浆泵向开挖仓泵送高浓度泥浆，泵送理论需求方量后打开连接开挖仓顶部的管路，放出部分泥浆，检测泥浆的粘度指标，在粘度不低于90s后停止泵送并关闭排浆阀门。
68.(5)开仓监测压力波动并观察掌子面泥膜，若仓内压力保持稳定并且泥膜无明显裂缝，说明高密度泥膜已形成并且正常工作，可以组织施工人员带压进仓作业。
69.通过对比例1的配比形成的膨润土泥浆，虽然流动性较好但密度和稠度较低，不能起到很好的保压作用。
70.通过上述对比可知，采用高浓度的膨润土泥浆形成泥膜，高浓度膨润土泥浆相对于开挖时的循环用泥浆来说，具有更好的气密性和更高的强度：膨润土浓度越高，泥浆的密度和稠度也越大。更高的稠度具有更好的气密性，可以防止压缩空气从掌子面漏出，使开挖仓内能够保持稳定的压力；更高的密度会拥有更大的强度，可以在强大的压力下具备更好的安全性与稳定性，使掌子面不易被击穿或者倒塌。但还要保持泥浆的流动性以便于能够渗透成膜，因此泥浆的密度与稠度也不是越大越好，通过试配试验得出马氏漏斗粘度在130s左右时泥浆既有较高的密度和稠度，又具有相当的流动性能够顺利渗透成膜，因此选用粘度不低于130s的高浓度膨润土泥浆作为形成泥膜的材料。
71.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不
需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

技术特征：
1.一种泥水盾构带压进仓施工方法，其特征在于，包括：配制膨润土泥浆，并运输到盾构机尾部；将所述膨润土泥浆从盾构机尾部泵送到开挖仓和气泡仓，在掌子面处形成新的掌子面泥膜，利用所述掌子面泥膜替换正常开挖时的泥膜，所述掌子面泥膜的密度大于正常开挖时的泥膜密度；监测压力波动并观察所述掌子面泥膜，若仓内压力保持稳定并且泥膜无明显裂缝，即可组织施工人员带压进仓作业。2.如权利要求1所述的泥水盾构带压进仓施工方法，其特征在于，所述膨润土泥浆由外加剂、膨润土和水进行配制，所述膨润土泥浆的马氏漏斗粘度不低于130s。3.如权利要求2所述的泥水盾构带压进仓施工方法，其特征在于，所述外加剂：膨润土：水的比例为1：20～22：30。4.如权利要求3所述的泥水盾构带压进仓施工方法，其特征在于，所述外加剂：膨润土：水的比例为1：20：30。5.如权利要求1所述的泥水盾构带压进仓施工方法，其特征在于，所述膨润土泥浆在地表调浆池调制，使用罐车直接运输到盾构机尾部。6.如权利要求5所述的泥水盾构带压进仓施工方法，其特征在于，使用位于盾构机尾部的砂浆转运泵将所述膨润土泥浆泵送到固定砂浆罐内，所述固定砂浆罐位于盾构机的后配套台车。7.如权利要求6所述的泥水盾构带压进仓施工方法，其特征在于，使用同步注浆砂浆泵向开挖仓和气泡仓泵送所述膨润土泥浆，泵送的量大于理论上盾构机开挖仓和气泡仓能容纳的方量。8.如权利要求1所述的泥水盾构带压进仓施工方法，其特征在于，在泵送过程中，保持盾构机进浆管阀门关闭，排浆管阀门打开，使所述膨润土泥浆逐渐置换原有泥浆。9.如权利要求1所述的泥水盾构带压进仓施工方法，其特征在于，泵送所述膨润土泥浆后打开连接开挖仓顶部的管路，放出部分泥浆，检测泥浆的粘度指标，在粘度不低于130s后暂停泵送。10.如权利要求1所述的泥水盾构带压进仓施工方法，其特征在于，泵送完成后，开仓并实时监测仓内压力波动和掌子面泥膜。

技术总结
本发明涉及地下空间工程施工技术领域，尤其涉及一种泥水盾构带压进仓施工方法，包括：配制膨润土泥浆，并运输到盾构机尾部；将所述膨润土泥浆从盾构机尾部泵送到开挖仓和气泡仓，在掌子面处形成新的掌子面泥膜，利用所述掌子面泥膜替换正常开挖时的泥膜，所述掌子面泥膜的密度大于正常开挖时的泥膜密度；监测压力波动并观察所述掌子面泥膜，若仓内压力保持稳定并且泥膜无明显裂缝，即可组织施工人员带压进仓作业。通过本发明的施工方法降低了施工难度，保证了施工人员的安全。保证了施工人员的安全。保证了施工人员的安全。


技术研发人员：王承震 王志成 于文端 孙腾云 王涵 秦旺 丁万涛
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/7/18