一种盾构机刀盘在隧道内高压环境下的修复方法.pdf

一种盾构机刀盘在隧道内高压环境下的修复方法，修复方法包括盾构机掘进出事地施工面的地层加固(3)处理、修复工作空间(4)的建立以及修复工作空间建立后应立即对磨损刀盘(2)进行修复，修复工作空间的压力与掘进出事地的压力相等，而掘进出事地的压力与盾构机(1)掘进时给定的压力相等，盾构机的后部和环状泥浆层构成一道屏障用于阻止外部空气和暗河流水进入盾构机前部，利用工作空间来对盾构机磨损刀盘进行修复，修复方法对城市地铁、铁路、公路以及水利设施使用的各类盾构机刀盘修复具有借鉴作用，能够产生良好的社会效益、经济效益和环境效益。

权利要求书

一种盾构机刀盘在隧道内高压环境下的修复方法
技术领域
本发明属于盾构机修复技术领域，尤其是一种盾构机刀盘在隧道内高压环境下的修复方法。
 
背景技术
对于深山野岭或是地面没有障碍物的地质环境，隧道施工用盾构机刀盘的修复，可以从掘进出事地的上方垂直开挖一比盾构机刀盘直径大的竖井，开挖竖井不但需要时间增加施工成本，而且施工面极易产生崩塌导致竖井重挖，修复完后还要及时回填竖井，这种修复难度和修复成本是不言而喻的。
或是在盾构机刀盘掘进出事地的上方向下打进数排混凝土桩，一排混凝土桩的设置数目要大于盾构刀盘的直径，在数排混凝土桩之间浇筑水泥浆经凝固后形成屏障墙，屏障墙的强度足以抵抗施工面产生的巨大压力以及暗河流水，然后在屏障墙和盾构机刀盘之间再掘出修复通道，通过修复通道来修复盾构机刀盘，这种修复难度和修复成本也是不言而喻的。
由于城市建筑物密集以及江河上不能开挖竖井或建立所述屏障墙，使盾构机刀盘的修复产生了难题，因为盾构机根本不可能从掘进出事地拖到隧道外来进行修复，只能放弃盾构机掘进并在掘进出事地构筑屏障墙后再拆除盾构机，而后改用人工掘进，这样不但影响施工工期，而且增加施工成本。
能否在隧道内掘进出事地建立一个修复工作空间，这个修复工作空间与掘进出事地的压力相等，从而对盾构机磨损刀盘进行修复，是隧道施工中盾构机修复要面临的主要问题。
通常在隧道施工中：将掘进出事地大于1大气压的施工环境自定义为高压环境，而等于1大气压的施工环境则称为常压环境。
 
发明内容
为解决城市建筑物密集以及江河上不能开挖竖井或建立所述屏障墙对盾构机刀盘的修复难题，本发明提供了一种盾构机刀盘在隧道内高压环境下的修复方法，该修复方法解决了盾构机刀盘的磨损部位在隧道内高压环境下的修复问题，可以实现在不影响地面交通和建筑物等周边环境的条件下进行盾构机刀盘在隧道内高压环境下的修复作业，产生了良好的社会效益、环境效益和经济效益。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种盾构机刀盘在隧道内高压环境下的修复方法，该修复方法包括盾构机掘进出事地施工面的地层加固区处理、修复工作空间的建立以及修复工作空间建立后应立即对磨损刀盘进行修复三项内容，三项内容分述如下：
一、盾构机掘进出事地施工面的地层加固区处理
当盾构机在隧道内施工遇到刀盘因磨损而不能工作时的地方称其为掘进出事地，此时通过盾构机超前注浆装置对掘进出事地掌子面周围进行地层加固形成地层加固区，沿所述掌子面上半面的扇形区域通过盾构机超前注浆装置对所述扇形区域进行间隔钻孔注浆直至完成所述扇形区域的全部钻孔注浆，待所述钻孔注浆全部凝固后即形成地层加固区； 
二、修复工作空间的建立
将盾构机盾尾随机配置的同步注浆管伸到盾构机后部与隧道外围自然形成的环状空隙中，并对所述环状空隙注入高浓度泥浆形成环状泥浆层，所述环状泥浆层和盾构机后部构成一道屏障，所述屏障能够阻止外部空气和暗河流水进入盾构机前部；
同时通过盾构机的进浆管向刀盘舱内注入高粘度泥浆并通过盾构机的排浆管排出刀盘舱内的施工泥浆，直到刀盘舱内全部充满高粘度泥浆，在刀盘转动20～30转下使刀盘舱内的高粘度泥浆得到充分混合，并将刀盘磨损区域停在所述扇形区域内，充分混合后高粘度泥浆保压3～5小时，所述保压的压力要比盾构机掘进时给定的压力高出0.3～0.5bar，以保证一部分高粘度泥浆充分渗透到掘进出事地掌子面周围，保证掘进出事地掌子面周围形成泥膜层；
在所述屏障和所述泥膜层建立后，通过盾构机上配置的排浆泵站和排浆管将掘进出事地掌子面的剩余高粘度泥浆排出至刀盘中心线以下为止，在排浆的同时盾构机所配置的保压装置须向刀盘中心线以上的空出区域和气垫舱提供压缩空气，该压缩空气的压力与盾构机掘进时给定的压力相等可以保证排浆的实施，所述空出区域逐渐形成待修复工作空间，此时施工人员处于盾构机人舱中，向盾构机人舱加压使其与盾构机掘进时给定的压力相等，然后分别打开气垫舱舱门和刀盘舱舱门，施工人员通过气垫舱和刀盘舱到达所述待修复工作空间并对所述待修复工作空间进行修正，当修正所述待修复工作空间能满足磨损刀盘修复所需要的空间时修复工作空间得到建立；
三、修复工作空间建立后应立即对磨损刀盘进行修复
进入修复工作空间前施工人员须做好如下检查工作：
①是否携带了带有减压装置的焊接呼吸面罩；
②是否携带了焊材、高压灭火器、应急照明灯、便携式多功能气体监测仪、对讲机、角磨机；
③是否携带了修复磨损刀盘所需要的替换件；
④电焊钳或气刨枪是否处于工作状态；
⑤水管、气管、废气排放管是否处于工作状态；
在工作空间内修复过程中须做好如下检查工作：
⑥随时检查修复工作空间是否存在安全隐患；
⑦随时观察便携式多功能气体监测仪是否报警；
⑧施工人员是否呼吸通畅，不通畅时检查焊接呼吸面罩是否被堵塞；
⑨电焊钳或气刨枪不工作时通过对讲机告知舱外人员及时关闭电源；
⑩施工人员须经常与舱外人员保持通信联络；
在保证上述各项检查工作的前提下，按照盾构机刀盘的维修程序对磨损刀盘进行修复工作，当完成一个班次时施工人员在退回盾构机人舱时必须携带氧气呼吸面罩后才能对盾构机人舱实施减压，实施减压前必须关闭气垫舱舱门和刀盘舱舱门，然后再通过盾构机的进浆管向修复工作空间内注入高粘度泥浆，通过盾构机的排气管排出修复工作空间内的剩余空气，直到修复工作空间内全部充满高粘度泥浆为止，在关闭盾构机的排气管后对修复工作空间实施保压2～3小时，所述保压的压力要比盾构机掘进时给定的压力高出0.3～0.5bar；
当需要再次进入修复工作空间时，通过盾构机上配置的排浆泵站和排浆管将修复工作空间内的高粘度泥浆排出至刀盘中心线以下为止，在排浆的同时盾构机所配置的保压装置须向刀盘中心线以上的空出区域和气垫舱提供压缩空气，该压缩空气的压力与盾构机掘进时给定的压力相等可以保证排浆的实施，所述空出区域逐渐恢复到修复工作空间，此时施工人员处于盾构机人舱中，向盾构机人舱加压使其与盾构机掘进时给定的压力相等，然后分别打开气垫舱舱门和刀盘舱舱门，施工人员通过气垫舱和刀盘舱到达修复工作空间，修复前施工人员须做好上述①~⑩检查工作，按照盾构机刀盘的维修程序继续对磨损刀盘进行修复工作，当再完成一个班次时施工人员在退回盾构机人舱时必须携带氧气呼吸面罩后才能对盾构机人舱实施减压，实施减压前必须关闭气垫舱舱门和刀盘舱舱门，然后再通过盾构机的进浆管向修复工作空间内注入高粘度泥浆，通过盾构机的排气管排出修复工作空间内的剩余空气，直到修复工作空间内全部充满高粘度泥浆为止，在关闭盾构机的排气管后对修复工作空间实施保压2～3小时，所述保压的压力要比盾构机掘进时给定的压力高出0.3～0.5bar，重复上述过程直至刀盘被完全修复为止，如果刀盘的磨损部位不相同，只需在实施保压过程中将刀盘磨损部位转至修复工作空间即可。
上述高浓度泥浆由制浆剂2型和膨润土拌制而成。
上述高粘度泥浆由制浆剂1型、制浆剂2型、制浆剂3型和膨润土拌制而成。
由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下积极效果：
1、本发明的修复方法就是要在隧道内掘进出事地建立一个修复工作空间，修复工作空间的压力与掘进出事地的压力相等，而掘进出事地的压力与盾构机掘进时给定的压力相等，从而利用修复工作空间来对盾构机磨损刀盘进行修复。
2、本发明解决了盾构机刀盘的磨损部位在隧道内高压环境下的修复问题，可应用各类盾构机刀盘在隧道内高压环境下的修复作业，节省了修复时间，降低了修复成本，产生的经济效益是非常明显的。
3、本发明不仅能用于隧道内高压环境下的盾构机刀盘修复，而且对城市地铁、铁路、公路以及水利设施使用的各类盾构机刀盘修复具有借鉴作用，能够产生良好的社会效益、经济效益和环境效益。
4、本发明在修复过程中，采用了废气排放管路进行废气和烟尘排放，废气排放管路能够有效收集和排放修复过程中产生的废气和烟尘，保障了施工人员的人身健康和安全。
5、本发明在修复过程中采用了带有减压装置的焊接呼吸面罩，施工人员所呼吸的气体是经过盾构机净化装置净化以后的压缩空气，保证了施工人员作业过程中的人员健康。
6、使用的便携式多功能气体监测仪能对修复工作空间内的气体成分进行动态监测，便携式多功能气体监测仪配置有可燃气体传感器、氧气传感器、CO₂传感器、CO传感器和水蒸气传感器，通过便携式多功能气体检测仪器可以检测修复工作空间内的可燃气体、氧气、CO₂、CO和水蒸气的含量，降低修复工作空间内施工人员的中毒风险，保障了施工人员的人身健康和安全。
7、本发明可以实现在不影响地面交通和建筑物等周边环境的条件下进行盾构机刀盘在隧道内高压环境下的修复作业，产生了良好的社会效益、环境效益和经济效益。 
 
附图说明
     图1是本发明修复方法的布局示意简图。
     图1中：1‑盾构机；2‑刀盘；3‑地层加固区；4‑工作空间；5‑刀盘舱；6‑刀盘舱舱门；7‑气垫舱；8‑气垫舱舱门；9‑人舱；10‑废气排放管。
 
具体实施方式
本发明是一种盾构机刀盘在隧道内高压环境下的修复方法，该修复方法就是要在隧道内掘进出事地建立一个修复工作空间，所述修复工作空间的压力与掘进出事地的压力相等，而掘进出事地的压力与盾构机掘进时给定的压力相等，从而利用所述修复工作空间来对盾构机磨损刀盘进行修复。
结合图1，通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进。
本发明的修复方法包括盾构机1掘进出事地施工面的地层加固区3处理、修复工作空间4的建立以及修复工作空间4建立后应立即对磨损刀盘进行修复三项内容，三项内容分述如下：
一、盾构机1掘进出事地施工面的地层加固区3处理
当盾构机1在隧道内施工遇到刀盘因磨损而不能工作时的地方称其为掘进出事地，此时通过盾构机1超前注浆装置对所述掘进出事地掌子面周围进行地层加固形成地层加固区3，沿所述掌子面上半面的扇形区域通过盾构机1超前注浆装置对所述扇形区域进行间隔钻孔注浆直至完成所述扇形区域的全部钻孔注浆，盾构机1的掘进直径不同则超前注浆装置对所述扇形区域的钻孔间距是不相同的，比如掘进直径是12米的盾构机1其钻孔间距是0.5米左右，待所述钻孔注浆全部凝固后即形成地层加固区3，同时通过地面垂直注浆作业在所述扇形区域周边进行注浆加固，使得所述扇形区域周边形成一道屏障，所述屏障能够阻止周边地层中的空气和暗河流水所述扇形区域。
二、修复工作空间4的建立
将盾构机1盾尾随机配置的同步注浆管伸到盾构机1后部与隧道外围自然形成的环状空隙中，并对所述环状空隙注入高浓度泥浆形成环状泥浆层，所述环状泥浆层和盾构机1后部构成所述的一道屏障，所述屏障能够阻止外部空气和暗河流水进入盾构机1前部。
高浓度泥浆由制浆剂2型和膨润土拌制而成，其作用是可以对地层中的空隙进行封堵，使其形成所述的一道屏障。
同时通过盾构机1的进浆管向刀盘舱5内注入高粘度泥浆并通过盾构机1的排浆管排出刀盘舱5内的施工泥浆，直到刀盘舱5内全部充满所述高粘度泥浆，在刀盘转动20～30转下使刀盘舱5内的高粘度泥浆得到充分混合，并将刀盘磨损区域停在所述扇形区域内，充分混合后高粘度泥浆保压3～5小时，所述保压的压力要比盾构机1掘进时给定的压力高出0.3～0.5bar，以保证一部分高粘度泥浆充分渗透到所述掘进出事地掌子面周围，保证所述掘进出事地掌子面周围形成泥膜层。
高粘度泥浆由制浆剂1型、制浆剂2型、制浆剂3型和膨润土拌制而成，其作用是可以渗透到所述掌子面并在所述掌子面表面形成泥膜层，为修复工作空间4的建立提供安全保障。制浆剂1型、制浆剂2型和制浆剂3型可以从市场购得。
在所述屏障和所述泥膜层建立后，通过盾构机1上配置的排浆泵站和排浆管将所述掘进出事地掌子面的剩余高粘度泥浆排出至刀盘中心线以下为止，在排浆的同时盾构机1所配置的保压装置须向刀盘中心线以上的空出区域和气垫舱7提供压缩空气，该压缩空气的压力与盾构机1掘进时给定的压力相等可以保证排浆的实施，所述空出区域逐渐形成待修复工作空间4，此时施工人员处于盾构机1人舱9中，向盾构机1人舱9加压使其与盾构机1掘进时给定的压力相等，然后分别打开气垫舱舱门8和刀盘舱舱门6，施工人员通过气垫舱7和刀盘舱5到达所述待修复工作空间4并对所述待修复工作空间4进行修正，当修正所述待修复工作空间4能满足磨损刀盘修复所需要的空间时修复工作空间4得到建立。
保压装置通常安装在盾构机1上，保压装置是在盾构机1掘进过程或停机时需要对刀盘舱5或气垫舱7的压力进行设定或调整时通过主控制电脑进行控制刀盘舱5或气垫舱7压力的装置，保压装置包含有压力控制传感器、自动控制进气阀门、自动控制排气阀门、对气垫舱7供应压缩空气的管路及阀门以及刀盘舱5与气垫舱7联通的管路和压力平衡阀。
三、修复工作空间4建立后应立即对磨损刀盘进行修复
进入修复工作空间前施工人员须做好如下检查工作：
①是否携带了带有减压装置的焊接呼吸面罩；
②是否携带了焊材、高压灭火器、应急照明灯、便携式多功能气体监测仪、对讲机、角磨机；
③是否携带了修复磨损刀盘所需要的替换件；
④电焊钳或气刨枪是否处于工作状态；
⑤水管、气管、废气排放管是否处于工作状态；
在工作空间内修复过程中须做好如下检查工作：
⑥随时检查修复工作空间4是否存在安全隐患；
⑦随时观察便携式多功能气体监测仪是否报警；
⑧施工人员是否呼吸通畅，不通畅时检查焊接呼吸面罩是否被堵塞；
⑨电焊钳或气刨枪不工作时通过对讲机告知舱外人员及时关闭电源；
⑩施工人员须经常与舱外人员保持通信联络；
在保证上述各项检查工作的前提下，按照盾构机刀盘2的维修程序对磨损刀盘进行修复工作，当完成一个班次时施工人员在退回盾构机1人舱9时必须携带氧气呼吸面罩后才能对盾构机1人舱9实施减压，实施减压前必须关闭气垫舱舱门8和刀盘舱舱门6，然后再通过盾构机1的进浆管向修复工作空间4内注入高粘度泥浆，通过盾构机1的排气管排出修复工作空间4内的剩余空气，直到修复工作空间4内全部充满高粘度泥浆为止，在关闭盾构机1的排气管后对修复工作空间4实施保压2～3小时，所述保压的压力要比盾构机1掘进时给定的压力高出0.3～0.5bar；
盾构机1上的气垫舱7舱体上安装有多功能法兰盘，多功能法兰盘上配置有电缆接口、数个水管接口和阀门、数个压缩空气接口和阀门、废气排放接口和阀门、通信电缆接口、照明电缆快速接头、排气管及阀门。
当需要再次进入修复工作空间4时，通过盾构机1上配置的排浆泵站和排浆管将修复工作空间4内的高粘度泥浆排出至刀盘中心线以下为止，在排浆的同时盾构机1所配置的保压装置须向刀盘中心线以上的空出区域和气垫舱7提供压缩空气，该压缩空气的压力与盾构机1掘进时给定的压力相等可以保证排浆的实施，所述空出区域逐渐恢复到修复工作空间4，此时施工人员处于盾构机1人舱9中，向盾构机1人舱9加压使其与盾构机1掘进时给定的压力相等，然后分别打开气垫舱舱门8和刀盘舱舱门6，施工人员通过气垫舱7和刀盘舱5到达修复工作空间4，修复前施工人员须做好上述①~⑩检查工作，按照盾构机刀盘2的维修程序继续对磨损刀盘进行修复工作，当再完成一个班次时施工人员在退回盾构机1人舱9时必须携带氧气呼吸面罩后才能对盾构机1人舱9实施减压，实施减压前必须关闭气垫舱舱门8和刀盘舱舱门6，然后再通过盾构机1的进浆管向修复工作空间4内注入高粘度泥浆，通过盾构机1的排气管排出修复工作空间4内的剩余空气，直到修复工作空间4内全部充满高粘度泥浆为止，在关闭盾构机1的排气管后对修复工作空间4实施保压2～3小时，所述保压的压力要比盾构机1掘进时给定的压力高出0.3～0.5bar，重复上述过程直至刀盘被完全修复为止，如果刀盘的磨损部位不相同，只需在实施保压过程中将刀盘磨损部位转至修复工作空间4即可。
压缩空气由盾构机1上安装的二台空压机产生并储存在盾构机1的储气罐中，由储气罐通过空气净化装置分别联接在人舱9、气垫舱7、刀盘舱5。
使用的便携式多功能气体监测仪能对修复工作空间内的气体成分进行动态监测，便携式多功能气体监测仪配置有可燃气体传感器、氧气传感器、CO₂传感器、CO传感器和水蒸气传感器，通过便携式多功能气体检测仪器可以检测修复工作空间内的可燃气体、氧气、CO₂、CO和水蒸气的含量，降低修复工作空间内施工人员的中毒风险，保障了施工人员的人身健康和安全。
本发明在修复过程中，采用了废气排放管路进行废气和烟尘排放，废气排放管路能够有效收集和排放修复过程中产生的废气和烟尘，保障了施工人员的人身健康和安全。
当携带氧气呼吸面罩的施工人员在退回人舱9实施减压时，人舱9操作按照[我国空气潜水减压表]进行减压。 [我国空气潜水减压表]请参见潜水医学修订第七版、高等教育出版社第276~281页的相关内容。
本发明在修复过程中采用了带有减压装置的焊接呼吸面罩，施工人员所呼吸的气体是经过盾构机净化装置净化以后的压缩空气，保证了施工人员作业过程中的人员健康。
本发明不局限于盾构机刀盘掘进出事地进行盾构机刀盘的修复作业，同时也可以提前在有地面空间条件的前提下，提前对盾构机施工隧道区域进行地层加固处理，为盾构机到达此加固区后进行盾构机刀盘在隧道内高压环境下的修复作业。
为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和本发明范围内的实施例的所有变化和改进。