[发明专利]一种粗粒土地层中盾构机的带压开舱方法

说明书

技术领域

该发明属于地下工程施工的技术领域，具体而言涉及一种粗粒土地层中盾构机带压开舱方法。

背景技术

由于我国地质条件复杂多变，经常出现盾构机刀盘刀具磨损严重、刀盘结饼、刀盘前方障碍物、刀具与地层不匹配需要更换等情况，而不得不需要停机进行开舱清理或维修等作业，造成盾构掘进效率低。目前，频繁停机开舱已经成为我国盾构技术的一个明显的特点，也极大的制约了我国盾构技术的发展。随着我国多条大型水下隧道的开建，尤其是长距离穿越埋深大、高水压的强透水粗粒土地层时，如何安全的进行开舱作业，已成为中国盾构施工企业极为关注的技术问题。由于受到隧道上部有河流、湖泊等水域、构筑物或者其他原因的影响，从地表加固地层-常压开舱的方法被限制，以压气工法为基础的带压开舱方法越来越得被使用。然而，常规的压气工法一般适用于渗透系数小于10^-2cm/s的土层，对于渗透系数大于10^-2cm/s的粗粒土地层，如何降低地层的透气性、增强开挖面的稳定性、提高舱内作业时间，成为带压开舱成功的关键。现有的针对强透水（渗透系数大于10^-2cm/s）的粗粒土地层的盾构机带压开舱方法中存在一些耗时长、工程量大的辅助工艺，在高水压、强透水的粗粒土地层中进行盾构机的带压开舱存在难度大、耗时长、工程造价高的问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种在高水压、强透水的粗粒土地层中利用泥浆渗透原理形成渗透带和泥皮，降低地层渗透性和透气性，利用泥膜闭气性进行的粗粒土地层中盾构机带压开舱的方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：提供了一种粗粒土地层中盾构机带压开舱的方法，包括以下步骤：

1) 采集盾构停机所处位置的粗粒土地层的颗粒级配，结合泥浆在地层中的渗透规律，配制能进入地层一段距离的低密度稀泥浆；

2) 用所述低密度稀泥浆置换所述盾构机压力舱中的掘进泥浆，然后所述盾构机按照正常掘进时的泥浆压力将所述低密度稀泥浆向所述粗粒土地层中渗透一段距离，直到所述盾构机压力舱内的低密度稀泥浆液面不再降低，此时在所述粗粒土地层中形成一段稳定的渗透带；

3) 根据已采集所述粗粒土地层的颗粒级配，结合泥浆在地层中的渗透规律，配制能在所述粗粒土地层表面形成一层致密的泥皮型泥膜的较高密度的稠泥浆；

4) 用所述较高密度的稠泥浆置换盾构机压力舱内的低密度的稀泥浆，然后所述盾构机按照正常掘进时的泥浆压力将所述较高密度的稠泥浆向所述粗粒土地层中渗透，直到所述盾构机压力舱内的较高密度的稠泥浆液面保持稳定，所述较高密度的稠泥浆将在所述粗粒土地层表面形成一层致密的泥皮型泥膜；

5) 通过泥皮型泥膜闭气的室内试验来测定所述泥皮型泥膜的闭气值；若所述泥皮型泥膜的闭气值小于所述粗粒土地层的土压力，则重复步骤1)-5)，直至所述泥皮型泥膜的闭气值不小于所述粗粒土地层的土压力；

6) 设定所述盾构机气垫舱内的气压值，使所述盾构机气垫舱内气压值不大于所述泥皮型泥膜的闭气值与所述粗粒土地层的水压力之和，不小于位于所述渗透带和粗粒土地层的开挖面的水土压力之和；然后降低所述压力舱内的所述较高密度的稠泥浆液面至压力舱三分之一高度，通过所述盾构机气垫舱内的气压支护所述开挖面，对泥皮型泥膜的闭气效果进行原位测试，明确所述气垫舱的漏气量，以确定现场空气压缩机的数量和功率大小；

7) 重新上升所述较高密度的稠泥浆液位至充满所述压力舱，根据所述泥皮型泥膜的闭气效果，设定所述较高密度的稠泥浆在所述盾构机正常掘进时的泥浆压力下向所述开挖面的渗透时间，对原位测试时暴露在压缩空气中的所述泥皮型泥膜进行修补；

8) 设定所述盾构机气垫舱内的气压值，使所述盾构机气垫舱内气压值不大于所述泥皮型泥膜的闭气值与所述粗粒土地层的水压力之和，不小于位于所述渗透带和粗粒土地层的开挖面的水土压力之和；然后降低所述压力舱内的泥浆液面至维修面高度以下，通过所述盾构机气垫舱内的气压支护所述开挖面，技术人员经过加减压过程，进行带压开舱作业；

9) 一次舱内带压操作结束后，工作人员出舱，然后重新升起所述较高密度的稠泥浆液位至充满压力舱，使所述较高密度的稠泥浆在所述盾构机按照正常掘进时的泥浆压力向所述开挖面的渗透，对带压开舱作业时暴漏在压缩空气中的所述泥皮型泥膜进行修补；然后，重复进行降低泥浆液位、人员加减压和进出舱作业，直至完成全部的舱内带压检修和更换的工作。