专利名称：网格刀盘的泥水加压盾构施工方法及其施工设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种网格刀盘的泥水加压盾构施工方法及其施工设备，适用于塑流性高、无自立性的软粘性土层，施工过程中可以较好地保持开挖面的稳定和控制地层沉降，属于地铁及地下工程施工领域。
背景技术：
网格式盾构在开挖面设置正面网格，通过支撑在后方管片上的千斤顶提供盾构前进推力，开挖面前方土体被迫挤入正面网格流入压力舱。该工法的开挖面支撑力是由网格正面阻力和土体挤入压力舱时网格厚度范围内的阻力两部分提供的。由于网格式盾构省去旋转刀盘及其驱动附属设施，具有价格低廉、结构简单、操作方便，便于排除正面障碍物等特点。但与土压平衡式盾构工法、泥水加压式盾构工法相比，网格式盾构在开挖面稳定控制机理上的存在巨大差异，开挖面稳定控制困难，地层沉降量、隆起量较大。网格式盾构仅适宜在软弱粘土层中施工，且在开挖面稳定和地层沉降控制方面不能很好的满足实际工程的需要。
发明内容
本发明提出的是一种网格刀盘的泥水加压盾构施工方法及其施工设备，采用泥水加压平衡开挖面上的土、水压力，能使开挖面保持稳定，具有使用范围大、地层扰动小和沉降小等优点。从而有效解决了网格盾构施工中，不能较好地控制开挖面稳定，地表沉降量或隆起量大且地层适用范围小等问题。本发明的技术解决方案网格刀盘的泥水加压盾构施工方法，使用的网格刀盘的泥水加压盾构施工设备的结构包括进浆管、压力舱、固定翼、网格刀盘背面搅拌翼、独立驱动搅拌翼、正面网格、盾构千斤顶、排泥管、管片、中继泵、排泥泵、隔板、进泥泵，其中进浆管的一端通过进泥泵接入泥浆罐，进浆管的另一端通过隔板的A入口接入压力舱的上部，压力舱内的网格背面搅拌翼设在固定翼与独立驱动搅拌翼之间，排泥管的一端通过隔板的B 出口接入压力舱的下部，排泥管的另一端通过排泥泵、中继泵接入泥水处理池，正面网格设置在压力舱的一侧，隔板的外缘四周接盾构千斤顶，盾构千斤顶作用在管片上，提供网格盾构前进的动力；其施工方法包括如下工艺步骤
一、盾构刀盘采用网格方式，并可以调节网格刀盘开口的大小；
二、盾构前端设钢板支护网格，该网格分为主、次网格，其中主网格固定，次网格可拆卸，灵活调整网格；
三、在盾构的正面设置土体导向板和控制土砂排入口开度的闸门，用来调整刀盘开口率，该闸门由控制台操作开关控制；
四、在盾构机的前端设置压力舱，调制好的泥浆经进浆管泵送入压力舱内，与被挤入压力舱内的土体通过压力舱内的搅拌翼搅拌制浆。待泥水充满整个压力舱，通过泥水压力和开挖土体挤入在网格刀盘厚度范围内与土体的阻力来平衡开挖面上的土压力和水压力，从而维持开挖面的稳定；
五、土砂进入到压力舱内，通过压力舱内设置的搅拌翼搅拌混合后，形成高浓度泥浆， 经泥浆泵送到地表进入泥水分离系统，待土、水分离后，再将调整过的泥水重新泵送回压力舱循环使用；
六、在压力舱板上增设进浆泵系统和排泥泵系统，可以通过这两个压力协调控制，实现开挖面的泥水平衡；
七、进浆系统通过设置进浆泵来控制泥水舱压力，进浆泵设置于地表并从泥浆调整槽吸入泥浆向压力舱输送；排泥系统通过设置排泥泵控制排泥流量，排泥泵设置在盾构机的后方台车上；
八、为弥补推进距离增加造成的排泥压力损失，在排泥系统中设置中继泵，保证排泥管道的顺利排泥浆。本发明的优点在于本施工方法是基于网格盾构的基础上进行改造，可以较好的控制开挖面稳定，满足地表沉降要求，且造价相对较低。
附图1是本发明施工设备的结构示意图。图中的1是进浆管、2是压力舱、3是固定翼、4是网格背面搅拌翼、5是独立驱动搅拌翼、6是正面网格、7是盾构千斤顶、8是排泥管、9是管片、10是中继泵P3、ll是排泥泵 (P2)、12是隔板、13是进泥泵(P1)。
具体实施例方式对照附图1，其结构包括送进泥管1、压力舱2、固定翼3、网格背面搅拌翼4、独立驱动搅拌翼5、正面网格6、盾构千斤顶7、排泥管8、管片9、中继泵10、排泥泵11、隔板12、 进泥泵13，其中泥土管1的一端通过进泥泵13接入泥浆罐，泥土管1的另一端通过隔板12 的A入口接入压力舱2的上部，压力舱2内的网格背面搅拌翼4设在固定翼3、独立驱动搅拌翼5间，排泥管8的一端通过隔板12的B出口接入压力舱2的下部，排泥管8的另一端通过中继泵10、排泥泵11接入泥水处理池，正面网格6设置在压力舱2的一侧，隔板12的底侧接盾构千斤顶7，管片9与盾构千斤顶7对应设置。网格刀盘的泥水加压盾构施工方法是盾构刀盘采用网格方式，并可以调节网格刀盘开口的大小。为便于盾构推进和提高开挖面的稳定性，盾构前端设钢板支护网格，网格分为主次两部分，主网格固定，次网格可拆卸。根据地层条件可以灵活调整网格。并且在盾构的正面设置土体导向板和控制土砂排出口开度的闸门，用来调整刀盘开口率，该闸门由控制台操作开关。在盾构机的前端设置压力舱，舱内设置搅拌翼，将压力舱内开挖下来的土体搅拌制浆。调制好的泥浆经输送管道压入压力舱内，待泥水充满整个压力舱，通过控制泥水压力并结合网格厚度范围内的阻力作用来平衡开挖面上的土压力和水压力，从而维持开挖面的稳定。土砂进入到压力舱内，通过内设搅拌翼的混合后，形成高浓度泥浆，经泥浆泵泵送到地表的泥水分离系统，待土、水分离后，再把处理过的泥水重新压送回压力舱循环使用。在压力舱舱板上增设进浆(水)泵系统和排泥泵系统，可以通过这两个压力协调控制，实现开挖面的泥水平衡。进浆系统通过设置进浆泵来控制泥水舱压力，进浆泵设置于地表并从泥水调整槽向压力舱压送泥水。排泥系统通过设置排泥泵控制排泥流量，排泥泵设置在盾构机的后方台车上；为了弥补推进距离增加造成的排泥压力损失，在排泥系统中设置中继泵，保证排泥管道数量排泥。所述的进浆泵系统的设备主要包括进浆泵、进浆管、控制阀、伸缩管装置、柱塞阀和测量装置(主要包括流量计、压力传感器、密度计)等。进浆泵从调浆池中吸入泥浆输送到压力舱内，并可通过进浆泵控制压力舱压力；为了减小压力损失，通常进浆管的直径比排泥管的直径大；控制阀用来配合进浆泵调节压力舱压力、泥浆流量；随着盾构掘进距离的延伸，进浆管和排泥管中配置伸缩装置；柱塞阀是设置在伸缩装置后方，延长配管时确保泥浆不从管内漏出的装置。所述的排泥系统设备主要有排泥泵、排泥管、中继泵、控制阀、伸缩管装置、柱塞阀和测量装置等。排泥泵的作用是把携带掘削土砂的泥水排向地表的泥水处理设备，设置在盾构机的后配套台车上；排泥管的管径取决于输送的砾径、土颗粒的沉淀极限流速、盾构的掘进速度、盾构外径等；中继泵的作用是弥补掘进距离增加造成的排泥压力损失；控制阀、伸缩管装置、柱塞阀和测量装置等的作用同上。
权利要求
1.网格刀盘的泥水加压盾构施工方法，使用的网格刀盘泥水加压盾构结构包括进浆管、压力舱、固定翼、网格刀盘背面搅拌翼、独立驱动搅拌翼、正面网格、盾构千斤顶、排泥管、管片、中继泵、排泥泵、隔板、进泥泵，其中进浆管的一端通过进泥泵接入泥浆罐，进浆管的另一端通过隔板的A入口接入压力舱的上部，压力舱内的网格背面搅拌翼设在固定翼与独立驱动搅拌翼之间，排泥管的一端通过隔板的B出口接入压力舱的下部，排泥管的另一端通过排泥泵、中继泵接入泥水处理池，正面网格设置在压力舱的一侧，隔板的外缘四周接盾构千斤顶，盾构千斤顶作用在管片上，提供网格盾构前进的动力；其施工方法包括如下工艺步骤一、盾构刀盘采用网格方式，并可以调节网格刀盘开口的大小；二、盾构前端设钢板支护网格，该网格分为主、次网格，其中主网格固定，次网格可拆卸，灵活调整网格；三、在盾构的正面设置土体导向板和控制土砂排入口开度的闸门，用来调整刀盘开口率，该闸门由控制台操作开关控制；四、在盾构机的前端设置压力舱，调制好的泥浆经进浆管泵送入压力舱内，与被挤入压力舱内的土体通过压力舱内的搅拌翼搅拌制浆，待泥水充满整个压力舱，通过泥水压力和开挖土体挤入在网格刀盘厚度范围内与土体的阻力来平衡开挖面上的土压力和水压力，从而维持开挖面的稳定；五、土砂进入到压力舱内，通过压力舱内设置的搅拌翼搅拌混合后，形成高浓度泥浆， 经泥浆泵送到地表进入泥水分离系统，待土、水分离后，再将调整过的泥水重新泵送回压力舱循环使用；六、在压力舱板上增设进浆泵系统和排泥泵系统，可以通过这两个压力协调控制，实现开挖面的泥水平衡；七、进浆系统通过设置进浆泵来控制泥水舱压力，进浆泵设置于地表并从泥浆调整槽吸入泥浆向压力舱输送；排泥系统通过设置排泥泵控制排泥流量，排泥泵设置在盾构机的后方台车上；八、为弥补推进距离增加造成的排泥压力损失，在排泥系统中设置中继泵，保证排泥管道的顺利排泥浆。
全文摘要
本发明涉及的是一种网格刀盘的泥水加压盾构施工方法及其设备。该施工方法采用的盾构刀盘为网格式，开口的大小可以根据地质条件进行调整；同时在盾构机网格后面增置压力舱，泥水充满压力舱后可以通过控制泥水压力来平衡开挖面上的水、土压力；压力舱内的泥水压力通过与压力舱板相连的进浆(水)泵系统和排泥泵系统进行控制，其设备包括进泥管、压力舱、固定翼、网格背面搅拌翼、独立驱动搅拌翼、正面网格、盾构千斤顶、排泥管、管片、中继泵、排泥泵、隔板、进泥泵。优点实现开挖面的泥水平衡。施工方法综合了网格盾构、泥水盾构各自的优点，从而解决了网格盾构不能有效控制开挖面稳定这一现实难题。
文档编号E21D9/06GK102278119SQ20111018372
公开日2011年12月14日 申请日期2011年7月1日 优先权日2011年7月1日
发明者史海岭, 夏胜全, 左佳, 朱伟, 王睿, 钟小春, 闵凡路, 魏代伟 申请人:河海大学