盾构机由泥水掘进模式切换成土压掘进模式的方法.pdf

本发明公开盾构机由泥水掘进模式切换成土压掘进模式的方法，包括以下步骤，在正常泥水掘进模式中，将泥水的环流切换至机内旁路环流；土仓内压力稳定后，启动盾构机刀盘开始挖掘；关闭排泥浆阀切换至环流正送模式；随着盾构机挖掘，刀盘切削下来的土渣在土仓内堆积，控制土仓的内压力；打开螺旋机顶部预留的排浆阀进行排浆；当盾构机掘进扭矩明显增大时，降低控制掘进速度，使渣土堆积在土仓内，直至螺旋机顶部排浆阀出现堵塞现象；打开盾构机前体中隔板上部的排浆孔后排浆，当排浆孔出现堵塞现象后，疏通再排，直至完全堵塞；启动螺旋机，通过闸门开闭控制出渣，不需要停机直接完成泥水掘进模式切换成土压掘进模式。

1.  盾构机由泥水掘进模式切换成土压掘进模式的方法，其特征在于：包括以下步骤，
1）在正常泥水掘进模式中，将泥水的环流切换至机内旁路环流；
2）土仓内压力稳定后，启动盾构机刀盘，开始挖掘；
3）关闭排泥浆阀，切换至环流正送模式；
4）随着盾构机挖掘，刀盘切削下来的土渣在土仓内堆积，通过环流正送模式的泥浆经过土仓后通过排泥管排出控制土仓的内压力；
5）打开螺旋机顶部预留的排浆阀进行排浆；
6）当盾构机掘进扭矩明显增大时，控制掘进速度，使渣土堆积在土仓内，直至螺旋机顶部排浆阀出现堵塞现象；
7）打开盾构机前体中隔板上部的排浆孔后排浆，当排浆孔出现堵塞现象后，疏通再排，直至完全堵塞；
8）启动螺旋机，通过闸门开闭控制出渣，完成泥水掘进模式切换成土压掘进模式。

2.  根据权利要求1所述的盾构机由泥水掘进模式切换成土压掘进模式的方法，其特征在于：在步骤1）后，关闭排泥浆阀，开启自动保压模式，往土仓内灌浆，稳定土仓内的压力后开启环流正送模式。

3.  根据权利要求2所述的盾构机由泥水掘进模式切换成土压掘进模式的方法，其特征在于：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；环流正送模式的泥浆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。

4.  根据权利要求1所述的盾构机由泥水掘进模式切换成土压掘进模式的方法，其特征在于：在步骤2）中，盾构机的刀盘的转速0.6rpm-0.8rpm，盾构机掘进速度15mm/min-25mm/min。

5.  根据权利要求1所述的盾构机由泥水掘进模式切换成土压掘进模式的方法，其特征在于：在步骤6）中，盾构机的挖掘速度降到8mm/min-11mm/min。

6.  根据权利要求1所述的盾构机由泥水掘进模式切换成土压掘进模式的方法，其特征在于：在步骤7）中，刀盘转速为0.6rpm，推进速度控制在10mm/min，切换过程中有效推进进尺控制在500mm-700mm。

7.  根据权利要求1所述的盾构机由泥水掘进模式切换成土压掘进模式的方法，其特征在于：在步骤7）中，关闭MV1阀，停止泥浆环流，打开螺旋机闸门，螺旋机闸门的开度保持15%以内，转为螺旋机出渣,直至满足土压模式出渣为止。

8.  根据权利要求1所述的盾构机由泥水掘进模式切换成土压掘进模式的方法，其特征在于：在步骤7）中，所述排浆孔的数量为8、10或12个，所有排浆孔梅花相间分布或沿圆周均匀分布。

盾构机由泥水掘进模式切换成土压掘进模式的方法
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泥水掘进模式切换成土压掘进模式的方法。
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泥水掘进模式切换成土压掘进模式的方法。
本发明解决其技术问题的解决方案是：盾构机由泥水掘进模式切换成土压掘进模式的方法，包括以下步骤，
1）          在正常泥水掘进模式中，将泥水的环流切换至机内旁路环流；
2）          土仓内压力稳定后，启动盾构机刀盘，开始挖掘；
3）          关闭排泥浆阀，切换至环流正送模式；
4）          随着盾构机挖掘，刀盘切削下来的土渣在土仓内堆积，通过环流正送模式的泥浆经过土仓后通过排泥管排出控制土仓的内压力；
5）          打开螺旋机顶部预留的排浆阀进行排浆；
6）          当盾构机掘进扭矩明显增大时，控制掘进速度，使渣土堆积在土仓内，直至螺旋机顶部排浆阀出现堵塞现象；
7）          打开盾构机前体中隔板上部的排浆孔后排浆，当排浆孔出现堵塞现象后，疏通再排，直至完全堵塞；
8）          启动螺旋机，通过闸门开闭控制出渣，完成泥水掘进模式切换成土压掘进模式。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤1）后，关闭排泥浆阀，开启自动保压模式，往土仓内灌浆，稳定土仓内的压力后开启环流正送模式。
作为上述技术方案的进一步改进，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；环流正送模式的泥浆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。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤2）中，盾构机的刀盘的转速0.6rpm-0.8rpm，盾构机掘进速度15mm/min-25mm/min。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤6）中，盾构机的挖掘速度降到8mm/min-11mm/min。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤7）中，刀盘转速为0.6rpm，推进速度控制在10mm/min，切换过程中有效推进进尺控制在500mm-700mm。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤7）中，关闭MV1阀，停止泥浆环流，打开螺旋机闸门，螺旋机闸门的开度保持15%以内，转为螺旋机出渣,直至满足土压模式出渣为止。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤7）中，所述排浆孔的数量为8、10或12个，所有排浆孔梅花相间分布或沿圆周均匀分布。
本发明的有益效果是：此发明方法使得盾构机在隧道内可以直接完成掘进模式切换，无需拆装任何部件。整个切换流程在盾构机推进过程中完成，通过螺旋机和泥浆环流实现土仓介质置换，方便、快速、安全；切换成土压模式掘进后，泥水功能系统可用作土压模式下渣土改良的大容量膨润土（泥浆）注入系统；环流系统可用作停机保压及气压开仓制作泥膜。
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是本发明中机内旁路环流的环流示意图；
图2是本发明中自动保压模式的环流示意图；
图3是本发明中环流正送模式的环流示意图；
图4是本发明中土压模式的螺旋机出渣示意图。
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4， 盾构机由泥水掘进模式切换成土压掘进模式的方法，包括以下步骤，
1）          在正常泥水掘进模式中，将泥水的环流切换至机内旁路环流；
2）          土仓内压力稳定后，启动盾构机刀盘，开始挖掘；
3）          关闭排泥浆阀，切换至环流正送模式；
4）          随着盾构机挖掘，刀盘切削下来的土渣在土仓内堆积，通过环流正送模式的泥浆经过土仓后通过排泥管排出控制土仓的内压力；
5）          打开螺旋机顶部预留的排浆阀进行排浆；
6）          当盾构机掘进扭矩明显增大时，控制掘进速度，使渣土堆积在土仓内，直至螺旋机顶部排浆阀出现堵塞现象；
7）          打开盾构机前体中隔板上部的排浆孔后排浆，当排浆孔出现堵塞现象后，疏通再排，直至完全堵塞；
8）          启动螺旋机8，通过闸门开闭控制出渣，完成泥水掘进模式切换成土压掘进模式。
上述方法使得盾构机在掘进状况下不排浆继续挖掘，在送泥浆管打开状态下停止送浆，通过安全阀和螺旋机8确保仓内压力稳定，实现转换，直至满足土压模式出土掘进的标准。这样，盾构机在隧道内可以直接完成掘进模式切换，无需拆装任何部件。整个切换流程在盾构机推进过程中完成，通过螺旋机8和泥浆环流实现土仓介质置换，方便、快速、安全；切换成土压模式掘进后，泥水功能系统可用作土压模式下渣土改良的大容量膨润土（泥浆）注入系统；环流系统可用作停机保压及气压开仓制作泥膜。
进一步作为优选的实施方式，在步骤1）后，关闭排泥浆阀，开启自动保压模式，往土仓内灌浆，稳定土仓内的压力后开启环流正送模式。
进一步作为优选的实施方式，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3→MV1阀4→土仓；环流正送模式的泥浆流向为地面优质浆液1→AV10阀2→送泥管路→AV1阀5→MV1阀4→土仓→MV2阀6→AV2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2）中，盾构机的刀盘的转速0.6rpm-0.8rpm，盾构机掘进速度15mm/min-25mm/min。
进一步作为优选的实施方式，在步骤6）中，盾构机的挖掘速度降到8mm/min-11mm/min，优选地，盾构机的挖掘速度控制在11mm/min。
进一步作为优选的实施方式，在步骤7）中，刀盘转速为0.6rpm，推进速度控制在10mm/min，切换过程中有效推进进尺控制在500mm-700mm。
进一步作为优选的实施方式，在步骤7）中，关闭MV1阀4，停止泥浆环流，打开螺旋机闸门，螺旋机闸门的开度保持15%以内，转为螺旋机8出渣,直至满足土压模式出渣为止。
进一步作为优选的实施方式，在步骤7）中，所述排浆孔的数量为8、10或12个，所有排浆孔梅花相间分布或沿圆周均匀分布。
以下是本发明优选的一个实施例。
（1）确定用于模式切换的位置，作切换前准备工作。
准备工作包括：设置调整阀组、配套设备电瓶车机组、龙门吊准备；从地面、隧道、盾构机上所有的土压模式元件通畅正常。
在当前正常泥水掘进模式中：环流可切换至机内旁路环流，环流浆液流向：地面优质浆液1→AV10阀2→送泥管路→AV1阀5→MV3阀→AV2阀7→排泥管路→地面处理设备。见附图1；
（2）关闭排泥浆阀MV2阀6，开启自动保压模式，见附图2，通过CV1阀3调整切口水压至稳定压力，环流浆液流向：地面优质浆液1→AV10阀2→送泥管路→CV1阀3→MV1阀4→土仓；其余管路阀组闭合状态。
（3）打开送泥浆MV1阀4、MV3阀9，环流正送到土仓。见附图3；
环流正送模式（通过程序设置，此时MV2阀6关闭，MV1阀4、MV3阀9打开，偏差流量为正，泥浆流向：地面优质浆液1→AV10阀2→送泥管路→AV1阀5→MV1阀4→土仓→MV2阀6→AV2阀7→排泥管路→地面处理。其余管路阀组闭合状态。
（4）调节环流顺畅，土仓内压力稳定后，启动盾构机刀盘（转速0.6rpm-0.8rpm），掘进速度15mm/min-20mm/min，开启泥水掘进模式运行。以上述速度进行推进或根据实际施工许可条件运行，稳定切口水压。此时要核对机械压力表与仓内压力（切口水压）波动情况变化一致。
若盾构机正处泥水模式下掘进中，相关准备工作均已到位，则无需待机、停机，调整设定参数即可。上述（2）、（3）步序可以省略，直接进行步序（4）。
（5）关闭MV2阀6，环流正送（在送泥浆管打开状态下停止送浆)，密切关注仓内压力（切口水压）变化。
（6）刀盘将切削下来的土渣，慢慢由下往上堆积在土仓，上部的泥浆此时通过环流“土仓→MV1阀4→MV3阀9→排泥管→地面处理”排出。通过管路排浆控制压力差，盾构掘进速度满足切口水压变化，波动控制在P（仓内压力）±10kpa。
（5）打开螺旋机顶部预留排浆阀进行排浆，观察：①排出的浆液情况；②CV1阀3排浆情况；③P2泵吸口压力情况；
（6）盾构机以上述速度继续往前推进，掘进扭矩明显增大时，控制掘进速度降到10mm/min；直至螺旋机顶部排浆阀出现堵塞现象。
（7）刀盘转速0.6rpm，推进速度控制在10mm/min，保持掘进模式向前推进，切换有效推进进尺控制在500mm-700mm；打开盾构机前体中隔板上部12点位排浆孔，排浆；当排浆孔出现堵塞现象后，疏通再排，直至完全堵塞；关闭MV1阀4，停止环流，打开螺旋机闸门，开度保持15%以内，转为螺旋机8出渣,皮带传送渣土，见附图4。注意出渣渣样情况，直至满足土压模式出渣为止。
（8）启动螺旋机8，通过闸门开闭控制出渣。
①略微开启闸门，从最低转速启动螺旋机8。为减少喷涌，螺旋机闸门间隙性打开，转速控制在1rpm；通常的排土方向为正转方向。因卡入砾石等而导致旋转停止时，可交替进行“逆转”、“正转”，以排除大颗粒物。
②调整螺旋机8转速时，要根据仓内压力进行控制。
③土仓压力通过采取调整掘进速度和螺旋机8转速来控制，并应维持切削土量与排土量的平衡，避免超挖。
④为更好的减少喷涌情况：一是可以通过渣土改良实现。可采用浓泥浆液、惰性浆液和高分子聚合物等配合使用作为渣土改良剂。以出渣稠度和喷涌频率为依据，适时调整改良剂注入量。二是螺旋机8出渣闸门开度、螺旋机8转速适中，不宜过大，在喷涌来临时，受出渣门流量影响，泥浆会在出渣口积累而不会瞬间全喷，延长操作人员的反应时间，以便采取措施降低喷涌风险。
（9）切换作业完成，正常土压掘进模式，附图4。
2、为保证切换作业的连续性和有效性，整个切换过程，可采用在一环管片有效进尺内完成，优选1.5米或1.2米宽幅的管片，避免管片拼装带来的作业中断。
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。