[发明专利]一种膨润土改良土体盾构机脱困装置及其施工方法

说明书

技术领域

本发明属于盾构隧道施工技术领域，特别是涉及一种膨润土改良土体盾构机脱困装置及其施工方法，尤其适用于盾构机在密实砂层中的隧道施工。

背景技术

本世纪初，盾构隧道施工在我国得到了大范围的应用，但由于我国各地区地质情况复杂，盾构施工过程中常常会出现盾构机受困问题。特别地，盾构机在密实砂层中掘进时，因长时间停机而使刀盘周围及土仓内渣土逐渐失水沉积固结在刀盘周围，随时间增加沉积量逐渐加大，砂层孔隙率逐渐减小，地层对刀盘的束缚力逐渐增大，导致渣土抱死刀盘，启动扭矩大于额定扭矩，导致刀盘无法转动。传统解决此种盾构受困的方法有洞内开舱、地面开槽即挖竖井等，但这些方法施工工期长，安全风险大。因此，如何经济、快速、安全地实现盾构脱困，是现阶段盾构隧道施工技术领域急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的要解决的技术问题就是克服上述现有技术的不足，而提供一种膨润土改良土体盾构机脱困装置及其施工方法，以减少盾构刀盘在受困地层中的约束扭矩，从而使受困盾构机可以恢复正常工作。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

设计一种膨润土改良土体盾构机脱困装置，包括位于盾构机刀盘前方、沿刀盘横断面左右设置的多根旋喷桩。

优选地，在上述膨润土改良土体盾构机脱困装置中，所述旋喷桩位于盾构机刀盘前方400~500mm处。

优选地，在上述膨润土改良土体盾构机脱困装置中，所述旋喷桩为三管旋喷桩，成桩桩径为600～800mm。

优选地，在上述膨润土改良土体盾构机脱困装置中，所述旋喷桩有偶数根，沿盾构机中心左右两侧对称均布。

优选地，在上述膨润土改良土体盾构机脱困装置中，所述旋喷桩至少有四根，其中最内侧左右两旋喷桩与盾构机中心刀盘水平位置时的相应两侧的水平距离分别为200~500mm，其最外侧左右两旋喷桩的外边缘与盾构机周边刀盘的边缘相应两侧的水平距离为500~800mm，盾构机中心左右两侧所设的旋喷桩中同侧的相邻两旋喷桩的水平中心距为800~1500mm。

优选地，在上述膨润土改良土体盾构机脱困装置中，所述旋喷桩的下端距刀盘最底部的高度差为500~800mm，旋喷桩的上端距刀盘最顶部的高度差为500~800mm。

优选地，在上述膨润土改良土体盾构机脱困装置中，所述旋喷桩成桩用浆液为特制膨润土浆液，每立方米膨润土浆液内质量比为：膨润土：水：CMC：纯碱=200:900:1:2。

另设计一种上述任一所述的膨润土改良土体盾构机脱困装置的施工方法，包括以下工艺步骤：

第一步，旋喷桩孔位布置：

在盾构机刀盘前方、沿刀盘横断面布置孔位，根据土层参数及盾构机刀盘直径确定旋喷桩孔位数量。

第二步，膨润土浆液配置：

配置膨润土浆液，制备完成后使浆液充分膨化。

第三步，膨润土浆液旋喷成桩：

按照事先布置的孔位在地面放样定位，然后钻机就位成孔，钻进到位后开始提升并喷射制备好的膨润土，提升到位后停止膨润土浆液的喷射，成桩完成。

优选地，在上述膨润土改良土体盾构机脱困装置的施工方法中，步骤二中膨润土浆液制备完成后不断往浆液中通入空气，并使其膨化12小时以上。

优选地，在上述膨润土改良土体盾构机脱困装置的施工方法中，步骤三中旋喷成桩过程中提升速度控制在10~12cm/min。

本发明的有益技术效果是：

1.本发明通过在受困盾构机刀盘前方打孔，然后通过旋喷机下钻，喷射高压膨润土浆液形成桩体，进而改良了受困盾构机前方土体，减少刀盘启动扭矩，达到使盾构机脱困的目的。具体地，在其成桩过程中，旋喷的膨润土浆液一方面能够有效切削附着在盾构机刀盘上及周边的砂土，另一方面能够对盾构机刀盘周边土体进行填充改良、疏松砂层、增加孔隙率，减小土体对盾构机的束缚力，进而使盾构机脱困。

2.本发明的旋喷桩结构，通过地面非开挖方式，能够有效快速解决密实砂层中盾构机脱困问题，并且降低了采用洞内开舱、地面开槽即挖竖井等脱困方式的安全风险。

3.本发明的施工方法步骤简单，具有较好的实用性，并且施工周期短，造价低，存在良好的经济效益。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明膨润土改良土体盾构机脱困装置的纵断面结构示意图；

图2为图1所示的A-A剖视结构示意图；