[发明专利]一种隧道施工用盾构机换刀施工方法

说明书

技术领域

本发明属于隧道盾构施工技术领域，尤其是涉及一种隧道施工用盾构机换刀施工方法。

背景技术

盾构法是现代隧道施工的一种全机械化施工方法，其主要使用的机械设备为盾构机，分为土压平衡盾构和泥水平衡盾构两种类型，其中以土压平衡盾构使用较多。盾构机在隧道掘进过程中通过刀具进行泥土切削和岩石破碎，并且盾构机长距离掘进后(尤其是硬岩地层或软硬不均地层)需要进行刀具更换，但如果盾构机停机位置地层较为松散、掌子面土体自稳能力差、刀盘正上方存在建构筑物等条件下，盾构机则无法采用目前国内常用的几种方式进行换刀。

目前，国内盾构机在掘进过程中所采用的换刀方式主要有以下四种：

第一、地层自稳能力好时，自然条件下的常压换刀；

第二、地层保气能力好时，自然条件下的气压换刀；

第三、地层自稳能力差，但有地面加固条件时，地层加固条件下的常压换刀；

第四、地层保气能力差，但有地面加固条件时，地层加固条件下的气压换刀。

综上，以上四种换刀技术都是基于相应的前提条件，但如若以上四种换刀方式的前提条件都不能满足时，就无法对盾构机刀具进行更换。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种隧道施工用盾构机换刀施工方法，其设计合理、操作简便、投入成本低且安全系数高、使用效果好，能有效解决在盾构机停机位置地层较为松散、掌子面土体自稳能力差、刀盘正上方存在建构筑物等换刀条件较为恶劣的情况下，现有常用换刀方式无法进行换刀的实际问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种隧道施工用盾构机换刀施工方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、土仓置换填充：采用螺旋出土机和与螺旋出土机同步工作的注浆系统进行土仓置换填充，所述螺旋出土机安装在盾构机内的土仓侧壁下部，所述注浆系统安装在土仓的侧壁上部，且所述土仓的侧壁上对应设置有供螺旋出土机和所述注浆系统安装的出土口和注浆口；且进行土仓置换填充时，通过螺旋出土机将土仓内部的所有泥土由下至上逐渐从土仓内排出，且在泥土由下至上逐渐从土仓内排出过程中，通过所述注浆系统由上至下同步对泥土排出后的土仓内部空腔进行填充，直至将土仓内的所有泥土全部替换为水泥砂浆，则完成由上至下将土仓内的泥土全部替换为水泥砂浆的土仓置换填充过程；土仓置换填充过程中，对土仓内部压力进行实时监控，并将土仓内部压力控制在1.5bar～3.0bar之间；

步骤二、机内超前注浆：步骤一中土仓置换填充结束后，立即进行机内超前注浆过程；且进行机内超前注浆之前，先在盾构机中部和/或上部所布设的所有超前地质探孔中选取多个超前地质探孔作为注浆孔，所选取的多个所述注浆孔沿圆周方向布设在盾构机中上部的外侧壁上；之后，再采用电动锤击设备且自盾构机内部由内至外将多根注浆管分别通过多个所述注浆孔打进盾构机上部的土体中，且所述注浆管打进盾构机上部土体中的深度为4m～6m；随后，再采用注浆设备且通过打进盾构机上部土体中的多根注浆管，同步向盾构机上部的土体内注入水泥浆直至不能再注入水泥浆为止，则完成机内超前注浆过程，待注入盾构机上部土体内的水泥浆凝固后则完成对盾构机上部土体进行整体加固的加固过程；且进行机内超前注浆过程中，将各注浆管的注浆压力均控制在0.3Mpa～0.4Mpa；

步骤三、清仓及同步换刀：待步骤一中注入土仓内的水泥砂浆与步骤二中注入盾构机上部土体内的水泥浆均凝固后，采用打凿工具对凝固在土仓内的水泥砂浆块进行人工清理，且水泥砂浆块清理过程中，同步对安装在盾构机上的更换；水泥砂浆块清理过程中，一边对凝固在土仓内的水泥砂浆块进行凿除，一边对凿出的刀具进行更换，且每凿出一把刀具，立即对所凿出的该把刀具进行更换，直至将盾构机上需更换的所有刀具都更换完为止，则完成盾构机的换刀过程；且每更换完一把刀具，需采用纱布对更换后刀具周侧的空隙进行封堵；

步骤四、盾构机脱困及恢复推进：按照常规盾构机脱困方法，对步骤三中完成换刀后的盾构机进行脱困；且盾构机脱困后，先采用增压设备在土仓内建立气压，并使得土仓内所加气压能够支撑掌子面的土体，之后按照常规盾构机推进方法，对土仓内加压后的盾构机进行推进。