[发明专利]一种圆砾-泥岩复合地层的双模盾构配合施工方法

权利要求书

1.一种圆砾-泥岩复合地层的双模盾构配合施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据地质勘查将盾构掘进区间划分为圆砾地层区段和泥岩地层区段，根据圆砾地层区段和泥岩地层区段的地层渗透性规划盾构掘进的模式；

分别计算圆砾地层区段和泥岩地层区段的盾构长度L，根据盾构长度计算在圆砾地层区段和泥岩地层区段的掘进时间T_s；

当双模盾构采用土压平衡模式在泥岩地层掘进时，使采用泥水平衡模式的双模盾构在圆砾地层中错位掘进，且采用土压平衡模式的掘进进度比采用泥水平衡模式的掘进进度滞后长度为s；在长度s内，双模盾构掘进泥岩地层时产生的泥浆通过泥浆循环系统输送到采用泥水平衡模式的双模盾构，用于双模盾构在圆砾地层掘进时平衡掌子面前方的水土压力；

当采用泥水平衡模式的双模盾构在圆砾地层掘进时，则采用土压平衡模式的双模盾构在泥岩地层掘进；双模盾构掘进泥岩地层时产生的泥浆通过泥浆循环系统输送到采用泥水平衡模式的盾构，用于在圆砾地层掘进时平衡掌子面前方的水土压力。

2.根据权利要求1所述的圆砾-泥岩复合地层的双模盾构配合施工方法，其特征在于，所述平衡掌子面前方的水土压力的方法为：

计算双模盾构在泥岩地层中掘进产生泥浆的总体积V_R：

V_R＝(1-ω)ρπR²L-V_A

其中，ω为损耗系数，表示在管路和泥浆储存设备中沉淀损耗的泥浆；ρ为泥浆转换率，表示单位渣土能转化的泥浆体积；R为盾构刀盘的半径；L为泥岩施工段长度；V_A为泥水盾构或双模盾构掘进时自身需要消耗的泥浆体积；

根据平衡掌子面前方的水土压力P合理分配向平衡掌子面前方输送泥浆的体积V_B；

比较总体积V_R与体积V_B，若V_R≥V_B，泥浆循环系统则输送体积V_B的泥浆到平衡掌子面前方，平衡水土压力，剩余泥浆排出泥浆循环系统；

若V_R＜V_B，泥浆循环系统则输送体积V_R的泥浆到平衡掌子面前方，并现场制备V_B-V_R体积的泥浆排入泥浆循环系统。

3.根据权利要求1所述的圆砾-泥岩复合地层的双模盾构配合施工方法，其特征在于，所述掘进时间T_s的计算方法为：

T_s＝L/v+t_a+t_s

其中，v为泥土盾构或双模盾构的掘进速度，t_a为盾构管片拼装所需的时间，t_s为盾构停机检修所需的时间；

在掘进开始时采用泥水平衡模式的盾构，滞后于泥岩地层采用土压平衡模式盾构的长度，应使得在该段泥岩地层被双模盾构掘进完毕后，产生的泥浆体积大于泥水盾构开挖拼装三管片所需的泥浆量；

在掘进过程中，圆砾地层中采用泥水平衡模式的盾构掘进进度滞后于泥岩地层中的盾构，即确保在完成开挖拼装管片这一循环所用的时间T_S1小于或等于双模盾构在泥岩地层中完成一个循环的时间T_S2；

当泥浆存储量大于泥水平衡模式双模盾构掘进拼装五环管片所需的泥浆量时，提升砾岩地层盾构的掘进速度，使其超过泥岩地层中盾构的掘进速度，直到泥浆储量降低至开挖拼装三环管片的用量。

4.根据权利要求1所述的圆砾-泥岩复合地层的双模盾构配合施工方法，其特征在于，所述根据地层渗透性规划盾构掘进的模式的具体方法为：

当圆砾地层或泥岩地层的渗透系数小于10^-7m/s时，使用双模盾构掘进；当地层渗透系数大于10^-4m/s时，使用泥水盾构掘进；否则双模盾构和泥水盾构结合的方式进行掘进。

5.根据权利要求1所述的圆砾-泥岩复合地层的双模盾构配合施工方法，其特征在于，所述体积V_B的计算方法为：

采用泥水平衡模式的盾构通过泥浆的浓度和体积来平衡掌子面的水土压力P；

当掌子面的水土压力提升时，应增加泥水室中的泥浆体积，在有限的体积内添加更多的泥浆，这将产生更大的泥浆压力；

同时，当泥浆压力大于水土压力P时，泥水室中的泥浆将向地层中进行渗透，并填充地层中岩体的孔隙，形成泥膜，以阻止地下水的渗透；

泥水室中的泥浆体积会随盾构的掘进不断产生损失，即泥浆损耗量；随着泥膜厚度的不断增加，其抵抗地下水土压力的能力也随之提升；

则所需要的体积V_B的计算公式如下：

V_B＝αV_S+μπR²t

式中V_S为泥水室的体积，α为体积放大系数，μ为地层渗透系数，t为掘进时间，R为盾构刀盘的半径。