盾构机由土压掘进模式切换成泥水掘进模式的方法.pdf

本发明公开了盾构机由土压掘进模式切换成泥水掘进模式的方法，其包括以下步骤，关闭螺旋机出土闸门，正转螺旋机，使螺旋机内部形成有效土塞；启动泥水处理机，打开调节阀组，启动机内旁路环流；开启自动保压模式，逐步打开相应的阀门，往土仓内加注泥浆；启动刀盘、利用土仓搅拌棒、刀盘对仓内土体进行搅拌；切换至机内旁路环流，慢速转动刀盘，使搅拌充分；待机内旁路环流正常后切换至逆送环流洗仓，对土仓以及管路进行清洗；待土仓和管路正常后，切换成正送环流洗仓，加大泥浆循环，开启自动保压模式；切换至环流正送掘削环流，本发明方法无需拆装任何部件，就方便、快速、安全完成土压掘进模式切换成泥水掘进模式的切换。

1.  盾构机由土压掘进模式切换成泥水掘进模式的方法，其特征在于：包括以下步骤，
1）关闭螺旋机出土闸门，正转螺旋机，使螺旋机内部形成有效土塞；
2）启动泥水处理机，打开调节阀组，启动机内旁路环流；
3）恢复联锁，打开排泥浆阀前面的手动闸阀，开启自动保压模式，逐步打开相应的阀门，往土仓内加注泥浆；
4）启动刀盘、利用土仓搅拌棒、刀盘对仓内土体进行搅拌；
5）切换至机内旁路环流，慢速转动刀盘，使搅拌充分；
6）待机内旁路环流正常后切换至逆送环流洗仓，对土仓以及管路进行清洗；
7）待土仓和管路正常后，切换成正送环流洗仓，加大泥浆循环，开启自动保压模式；
8）切换至环流正送掘削环流，完成土压掘进模式切换成泥水掘进模式的切换。

2.  根据权利要求1所述的盾构机由土压掘进模式切换成泥水掘进模式的方法，其特征在于：在步骤2）中，所述机内旁路环流分为循环一机内旁路、循环二机内旁路、循环三机内旁路和循环四机内旁路；所述循环一机内旁路的流向为地面优质浆液→AV10阀→送泥管路→AV3阀→排泥管路→地面处理，所述循环二机内旁路的流向为地面优质浆液→AV10阀→送泥管路→AV1阀→AV5阀→排泥管→地面处理，所述循环三机内旁路的流向为地面优质浆液→AV10阀→送泥管路→AV4阀→AV2阀→排泥管路→地面处理，所述循环四机内旁路的流向为地面优质浆液→AV10阀→送泥管路→AV1阀→MV3阀→AV2阀→排泥管路→地面处理。

3.  根据权利要求1所述的盾构机由土压掘进模式切换成泥水掘进模式的方法，其特征在于：在步骤3）中，往土仓灌注的所述泥浆的粘度不小于22S，其比重为1.13~1.16g/cm3。

4.  根据权利要求1所述的盾构机由土压掘进模式切换成泥水掘进模式的方法，其特征在于：在步骤3）中，所述泥浆的灌注流向为地面优质浆液→AV10阀→送泥管路→CV1阀→MV1阀→土仓。

5.  根据权利要求1所述的盾构机由土压掘进模式切换成泥水掘进模式的方法，其特征在于：在步骤5）中所述机内旁路环流为地面优质浆液→AV10阀→送泥管路→AV1阀→MV3阀→AV2阀→排泥管路→地面处理。

6.  根据权利要求1所述的盾构机由土压掘进模式切换成泥水掘进模式的方法，其特征在于：在步骤6）中，所述逆送环流洗仓的流向为地面优质浆液→AV10阀→送泥管路→AV4阀→MV2阀→土仓→MV1阀→AV5阀→排泥管路→地面处理。

7.  根据权利要求1所述的盾构机由土压掘进模式切换成泥水掘进模式的方法，其特征在于：在步骤6）中，启动螺旋机，通过螺旋机将土仓中的大颗粒石块排出。

8.  根据权利要求1所述的盾构机由土压掘进模式切换成泥水掘进模式的方法，其特征在于：在步骤7）中，所述自动保压模式的泥浆流向为地面优质浆液→AV10阀→送泥管路→CV1阀→MV1阀→土仓。

9.  根据权利要求1所述的盾构机由土压掘进模式切换成泥水掘进模式的方法，其特征在于：在步骤8）中，所述环流正送掘削环流的流向为地面优质浆液→AV10阀→送泥管路→AV1阀→MV1阀→土仓→MV2阀→AV2阀→排泥管路→地面处理。

盾构机由土压掘进模式切换成泥水掘进模式的方法
技术领域
本发明涉及一种地下工程盾构施工方法，特别是一种双模式盾构机由土压掘进模式切换成泥水掘进模式的方法。
背景技术
盾构法施工技术已成为隧道建设的重要技术之一。一般来说盾构设备的种类与地质条件是相对应的，目前采用的基本都是单模式盾构机，无法进行模式切换利用。掘进方式只能为土压平衡式掘进或者泥水平衡式掘进的其中一种，因此盾构机适应地层环境、地表环境和长距离的工作能力受到极大限制。
特别是在穿越行进地区的地质情况变化较大，较为复杂的地段，地表建构筑物、江河流域、管线等复杂环境。单一掘进模式的盾构机容易出现掘进困难等问题。
传统的单一模式的盾构机是通过选型比选、适应性评估，一是选定土压平衡式盾构机或泥水平衡式盾构机中的一种；二是同时选定两种盾构机，分别应用到工程中，致使增加设备投入费用或增加始发工作井等高额的费用。由于盾构机单一模式的局限性，这种方法一旦选定，应用在隧道施工中就无法更改，倘若必须要变更盾构机则需花费非常大的经济代价和工期代价。影响施工工期，增加工程成本，对施工建设造成不利影响。
针对在复合地层中丰富的泥水盾构、土压盾构施工经验的基础上，结合泥水、土压双模式盾构机使用的实际经验，率先提出的新概念模式切换功能。然而现在行业内并没有由泥水掘进模式切换成土压掘进模式的施工方法或者实现了由土压掘进模式切换成泥水掘进模式的施工方法。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种盾构机由土压掘进模式切换成泥水掘进模式的方法，其不需在特定条件下进行装拆任何部件，能根据需要随时实现安全、快速的切换。
本发明解决其技术问题的解决方案是：盾构机由土压掘进模式切换成泥水掘进模式的方法，包括以下步骤，
1）          关闭螺旋机出土闸门，正转螺旋机，使螺旋机内部形成有效土塞；
2）          启动泥水处理机，打开调节阀组，启动机内旁路环流；
3）          恢复联锁，打开排泥浆阀前面的手动闸阀，开启自动保压模式，逐步打开相应的阀门，往土仓内加注泥浆；
4）          启动刀盘、利用土仓搅拌棒、刀盘对仓内土体进行搅拌；
5）          切换至机内旁路环流，慢速转动刀盘，使搅拌充分；
6）          待机内旁路环流正常后切换至逆送环流洗仓，对土仓以及管路进行清洗；
7）          待土仓和管路正常后，切换成正送环流洗仓，加大泥浆循环，开启自动保压模式；
8）          切换至环流正送掘削环流，完成土压掘进模式切换成泥水掘进模式的切换。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤2）中，所述机内旁路环流分为循环一机内旁路、循环二机内旁路、循环三机内旁路和循环四机内旁路；所述循环一机内旁路的流向为地面优质浆液→AV10阀→送泥管路→AV3阀→排泥管路→地面处理，所述循环二机内旁路的流向为地面优质浆液→AV10阀→送泥管路→AV1阀→AV5阀→排泥管→地面处理，所述循环三机内旁路的流向为地面优质浆液→AV10阀→送泥管路→AV4阀→AV2阀→排泥管路→地面处理，所述循环四机内旁路的流向为地面优质浆液→AV10阀→送泥管路→AV1阀→MV3阀→AV2阀→排泥管路→地面处理。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤3）中，往土仓灌注的所述泥浆的粘度不小于22S，其比重为1.13~1.16g/cm3。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤3）中，所述泥浆的灌注流向为地面优质浆液→AV10阀→送泥管路→CV1阀→MV1阀→土仓。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤5）中所述机内旁路环流为地面优质浆液→AV10阀→送泥管路→AV1阀→MV3阀→AV2阀→排泥管路→地面处理。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤6）中，所述逆送环流洗仓的流向为地面优质浆液→AV10阀→送泥管路→AV4阀→MV2阀→土仓→MV1阀→AV5阀→排泥管路→地面处理。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤6）中，启动螺旋机，通过螺旋机将土仓中的大颗粒石块排出。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤7）中，所述自动保压模式的泥浆流向为地面优质浆液→AV10阀→送泥管路→CV1阀→MV1阀→土仓。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤8）中，所述环流正送掘削环流的流向为地面优质浆液→AV10阀→送泥管路→AV1阀→MV1阀→土仓→MV2阀→AV2→排泥管路→地面处理。
本发明的有益效果是：
（1）无需拆装任何部件，方便、快速、安全。
（2）切换成泥水掘进模式后，盾构机自身配置的螺旋输送机可用作排除大颗粒碎石，和传统泥水模式盾构机配置的采石箱相比，不用破碎大颗粒，不会造成泥浆管路的堵塞。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本发明中循环一机内旁路的示意图；
图2是本发明中循环二机内旁路的示意图；
图3是本发明中循环三机内旁路的示意图；
图4是本发明中循环四机内旁路的示意图；
图5是本发明中自动保压模式时泥浆的流向图；
图6是本发明中逆送环流洗仓的示意图；
图7是本发明中环流正送掘削环流的示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。
参照图1～图7， 盾构机由土压掘进模式切换成泥水掘进模式的方法，包括以下步骤，
1）          关闭螺旋机出土闸门，正转螺旋机，使螺旋机内部形成有效土塞；
2）          启动泥水处理机，打开调节阀组，启动机内旁路环流；
3）          恢复联锁，打开排泥浆阀前面的手动闸阀，开启自动保压模式，手动逐步打开相应的阀门，往土仓12内加注泥浆；
4）          启动刀盘、利用土仓搅拌棒、刀盘对仓内土体进行搅拌；
5）          切换至机内旁路环流，慢速转动刀盘，使搅拌充分；
6）          待机内旁路环流正常后切换至逆送环流洗仓，对土仓12以及管路进行清洗；
7）          待土仓12和管路正常后，切换成正送环流洗仓，加大泥浆循环，开启自动保压模式；
8）          切换至环流正送掘削环流，完成土压掘进模式切换成泥水掘进模式的切换。
进一步作为优选的实施方式，在步骤2）中，所述机内旁路环流分为循环一机内旁路、循环二机内旁路、循环三机内旁路和循环四机内旁路；所述循环一机内旁路的流向为地面优质浆液1→AV10阀2→送泥管路→AV3阀3→排泥管路→地面处理，所述循环二机内旁路的流向为地面优质浆液1→AV10阀2→送泥管路→AV1阀4→AV5阀7→排泥管→地面处理，所述循环三机内旁路的流向为地面优质浆液1→AV10阀2→送泥管路→AV4阀5→AV2阀6→排泥管路→地面处理，所述循环四机内旁路的流向为地面优质浆液1→AV10阀2→送泥管路→AV1阀4→MV3阀→AV2阀6→排泥管路→地面处理。
进一步作为优选的实施方式，在步骤3）中，往土仓12灌注的所述泥浆的粘度不小于22S，其比重为1.13~1.16g/cm3。
进一步作为优选的实施方式，在步骤3）中，所述泥浆的灌注流向为地面优质浆液1→AV10阀2→送泥管路→CV1阀8→MV1阀10→土仓12。
进一步作为优选的实施方式，在步骤5）中所述机内旁路环流为地面优质浆液1→AV10阀2→送泥管路→AV1阀4→MV3阀9→AV2阀6→排泥管路→地面处理。
进一步作为优选的实施方式，在步骤6）中，所述逆送洗仓环流的流向为地面优质浆液1→AV10阀2→送泥管路→AV4阀5→MV2阀11→土仓12→MV1阀10→AV5阀7→排泥管路→地面处理。
进一步作为优选的实施方式，在步骤6）中，启动螺旋机，通过螺旋机将土仓12中的大颗粒石块排出。
进一步作为优选的实施方式，在步骤7）中，所述自动保压模式的泥浆流向为地面优质浆液1→AV10阀2→送泥管路→CV1阀8→MV1阀10→土仓12 
进一步作为优选的实施方式，在步骤8）中，所述环流正送掘削环流的流向为地面优质浆液1→AV10阀2→送泥管路→AV1阀4→MV1阀10→土仓12→MV2阀11→AV2阀6→排泥管路→地面处理。
以下是本发明的一个优选的实施例。
（1）选定用于模式切换的位置，切换前准备工作。
准备工作包括：①设置调整阀组、配套设备准备；从地面、隧道、盾构机上所有的泥浆管路和元件通畅正常。②解除螺旋机联锁；③泥浆调制，满足使用要求。
（2）关闭螺旋机出土闸门，正转螺旋机，制作土塞。
先将仓内渣土适当外排，解除联锁在关闭螺旋机出土闸门的情况下正转螺旋机，使螺旋机内部形成有效土塞，保持土仓12内压力P±10KPa（P为当前土仓压力值）。螺旋机转速1.2rpm，螺旋机土压（前）压力P+40KPa，螺旋机土压（后）压力P+30KPa。
（3）启动环流，进行旁路运行，确保管路及泥浆处理系统的正常工作，见附图1~4。送泥、排泥、旁路阀的开闭状态在触摸屏上显示。
具体操作方法：启动泥水处理机，打开调节阀组，启动泥水循环系统。泥浆流向： 
循环一机内旁路：地面优质浆液1→AV10阀2→送泥管路→AV3阀3→排泥管路→地面处理；其余管路阀组闭合状态。
循环二机内旁路：地面优质浆液1→AV10阀2→送泥管路→AV1阀4→AV5阀7→排泥管→地面处理；其余管路阀组闭合状态。
循环三机内旁路：地面优质浆液1→AV10阀2→送泥管路→AV4阀5→AV2阀6→排泥管路→地面处理；其余管路阀组闭合状态。
循环四机内旁路：地面优质浆液1→AV10阀2→送泥管路→AV1阀4→MV3阀9→AV2阀6→排泥管路→地面处理；其余管路阀组闭合状态。
（4）恢复联锁，打开排泥浆阀前的手动闸阀，开启自动保压模式。手动逐步打开CV1阀8，往土仓12加注泥浆。见附图5，泥浆流向：地面优质浆液1→AV10阀2→送泥管路→CV1阀8→MV1阀10→土仓12；
泥浆要求指标：粘度不小于22S（200ML漏斗），比重约1.15g/cm3。控制土仓12内压力P±10KPa，可通过螺旋机适当排土调节。
（5）启动刀盘、利用土仓搅拌棒、刀盘对仓内土体进行搅拌。刀盘慢速转动，0.5rpm。通过CV1阀8调整切口水压至稳定压力，及通过螺旋机适当排土调节。
要点：因土体状态的变化、螺旋机排土效率和仓内渣土充填状态的变化而引起开挖面的土压发生变化时，应通过增、减螺旋机转速来保持开挖面土压的稳定。仅靠增、减螺旋机转速不能应对开挖面的土压变化时，通过自动保压模式稳定仓内土压。
（6）关MV1阀10、MV2阀11，打开MV3阀9，切换至循环四机内旁路，慢速转动刀盘，使搅拌充分。环流开启形式：地面优质浆液1→AV10阀2→送泥管路→AV1阀4→MV3阀9→AV2阀6→排泥管路→地面处理；其余管路阀组闭合状态。见附图4。
（7）待机内旁路正常，打开MV1、MV2阀11，关MV3阀9。选择进行逆送洗仓环流，环流开启形式：地面优质浆液1→AV10阀2→送泥管路→AV4阀5→MV2阀11→土仓12→MV1阀10→AV5阀7→排泥管路→地面处理；见附图6。
逆送洗仓环流要点：
①环流系统还具有逆循环状态，当机内旁路与机内旁路之间的管路出现堵塞或机内排泥管口出现堵塞时，通过正常的旁通无法洗通时，可以通过旁通管实现逆循环状态，反向冲洗管路清除堵塞。选择逆送洗仓环流就是为了洗通土压掘进模式下被渣土堵塞的管口或被块石堵塞的管路。
②刀盘转速0.5rpm，逆送洗仓环流，当排泥浆泵P2泵出现负压预警值，仓内压力上升。此时，VE阀13自动泄压，退回机内旁路。见附图1。
③待机内旁路正常，切换到上述（6）、（7），恢复逆送洗仓环流。直至逆送进仓、排泥流量达到正常掘进流量值。
③若颗粒较大的块石，无法通过管路外排，可采用螺旋机和设置在双模式盾构机上的P0泵，通过螺旋机排出。
螺旋机排石的原理一：采用P0泵，管路从主轴承附近的中心孔穿过，增大了土仓12内循环流量，循环流量越大，堆积在土仓12底部（排土口）土渣就会越快被带出土仓12，帮助顺利排出渣土，有效的防止堵塞。
螺旋机排石的原理二：螺旋机起到类似采石箱的作用。利用伸缩螺旋机，关闭前砸门，进行排大颗粒渣土。
（8）逆送环流洗仓正常后，切换成正送环流洗仓，加大泥浆循环，见附图1。若此时P2泵出现负压预警值，退回机内旁路。此时可能为排浆口堵塞或管路堵塞：首先检查判断堵塞位置，若是堆积在土仓12底部的土渣（或块石）造成堵塞，则可采取（7）。再次进行旁路洗管，尽量将管路中的渣石外排，直至正送掘削模式正常。
（9）关闭MV2阀11，开启自动保压模式，切换泥水掘进模式完成。见附图5，泥浆流向：地面优质浆液1→AV10阀2→送泥管路→CV1阀8→MV1阀10→土仓12。
（10）环流正送掘削环流，见附图7，泥浆流向：地面优质浆液1→AV10阀2→送泥管路→AV1阀4→MV1阀10→土仓12→MV2阀11→AV2阀6→排泥管路→地面处理。
（11）正常泥水掘进模式
为保证切换作业的连续性和缩短切换过程，可采用在一环管片有效进尺（以1.5米或1.2米宽幅的管片为例）内完成，避免管片拼装带来的作业中断，还有，通过控制系统调节和管理手段，有效控制地表沉降。
以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。