一種砂層中土倉砂漿混膨潤土泥膜的盾構機換刀施工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種隧道工程技術領域的施工方法，具體地，涉及一種砂層中土倉砂漿混膨潤土泥膜的盾構機換刀施工方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國城市化水平的提高，大量的城際鐵路、高速鐵道、城市軌道交通建設需要開展，其中有許多隧道工程。大量的隧道需要用盾構法來建造。土壓平衡盾構法是盾構法施工中常用的一種全機械施工方法，它采用土壓平衡盾構機，通過盾構機前方的刀盤切削土體，并將碴土通過螺旋輸送機輸送出隧道外，盾構機在外殼和管片的支護下推進。在盾構推進過程中，需要不斷地切割巖土，當切割的為堅硬巖層時，刀具會產生過度磨損、炸裂和卡死等破壞刀盤結構，影響正常施工作業，需及時更換刀具。由于各城市所處的地質條件和周圍環境的不同，需要在各種地質條件下進行盾構機刀具更換。傳統的常壓換刀法、帶壓換刀法和地面加固后換刀法已在盾構法施工過程中得到了廣泛應用。但當盾構機處于砂層，盾構機開挖面上部地面無法進行加固施工作業，且砂層自穩能力差、漏氣嚴重時，盾構機刀具更換施工仍存在多方面的技術困難和嚴重的安全隱患。傳統的盾構機刀具更換施工方法難于在砂層中無地面加固條件采用，產生盾構機換刀困難，施工效率低、工期長的不利局面。
[0003]對現有的技術文獻進行檢索后發現兩項相關專利的申請，發明專利“[申請號為201010105664.6]，發明名稱:砂卵石地層中盾構刀具更換方法”，上述專利盾構機換刀施工需要采取降水措施，在無地面鉆孔條件下應用受到限制。發明專利“[申請號為201010554969.5]，發明名稱:一種隧道施工用盾構機換刀施工方法”，該專利雖然提出了在土倉上壁注漿口利用盾構機的注漿系統進行土倉置換填充，但未提及具體的置換填充方式和具體的置換填充施工操作方法。該專利在土倉內注水泥砂漿與輸出渣土同步進行，采用水泥砂漿置換土倉內渣土過程中，無法防止螺旋輸送機內的水泥砂漿硬化，造成設備破壞。該專利清倉步驟中，土倉內硬化后的水泥砂漿強度大，破除難度大，耗時長。該專利采用超前注漿加固盾構機上部土體，沒有考慮超前注漿施工困難，注漿口極易堵塞，施工速度緩慢等缺點。因此亟需一種無地面加固條件下砂層中快速、安全的土壓平衡盾構機換刀施工方法。
【發明內容】
[0004]針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種砂層中土倉砂漿混膨潤土泥膜的盾構機換刀施工方法，該方法克服了現有技術中地面無法加固、砂層保氣能力差、注漿口易堵塞、注漿施工作業方式不明確、清倉過程中破除硬化水泥砂漿難度大并且耗時長、超前注漿加固施工困難且工作量大等缺點和不足，實現砂層中無地面加固條件下土壓平衡盾構機的安全換刀施工。
[0005]為實現以上目的，本發明提供一種砂層中土倉砂漿混膨潤土泥膜的盾構機換刀施工方法，所述施工方法包括如下步驟:
[0006]第一步、向刀盤前部交替注入水玻璃漿液和氯化鈣漿液:
[0007]通過刀盤上的注漿口向刀盤前部注水玻璃漿液，注漿壓力保持在0.2MPa，直至水玻璃漿液的注入量達到V1;然后通過刀盤上的注漿口向刀盤前部注氯化鈣漿液，注漿壓力保持在0.2MPa，直至氯化鈣漿液的注入量達到0.1V1;水玻璃漿液和氯化鈣漿液迅速發生反應生成凝膠，充填土層間隙并吸水固結土層；所述水玻璃漿液的體積據如下公式計算:
[0008]Vi= kJi R2d
[0009]式中:k為比例系數，k通常取5%;R為刀盤的半徑；d為刀盤前所注膨潤土泥楽的厚度參數，d通常取0.lm ；
[0010]第二步、向刀盤前部注膨潤土泥漿:
[0011]待水玻璃漿液與氯化鈣漿液充分反應后，通過刀盤上的注漿口向刀盤前部注膨潤土泥漿，注漿壓力保持在0.2MPa，直至膨潤土泥漿的注入量達到V2;所述膨潤土泥漿的體積V2根據如下公式計算:
[0012]V2= 31 R2d ；
[0013]第三步、輸出土倉內的渣土:
[0014]轉動螺旋輸送機輸出土倉內的渣土，直至將全部渣土輸出土倉；置換過程中保持土倉內的壓力為0.15Mpa ；
[0015]第四步、制備泥膜:
[0016]增加土倉內壓力，使土倉內的壓力達到0.25MPa，保持壓力為0.25MPa，持續1小時；增加土倉內的壓力，保持壓力為0.35MPa，持續一段時間，使開挖面土體和土倉之間形成穩固的泥膜；逐步降壓，直至壓力達到0.15Mpa ;
[0017]第五步、向土倉內注水泥砂漿和膨潤土泥漿的混合漿液:
[0018]通過土倉內的注漿口向土倉內注水泥砂漿和膨潤土泥漿的混合漿液，注漿壓力為0.2MPa直至填滿土倉；注漿過程中保持土倉內的壓力為0.15Mpa ；
[0019]第六步、清倉換刀:
[0020]第五步完成后第24小時開始，每隔兩小時通過人閘泄壓孔處判斷土倉內水泥砂漿和膨潤土泥漿的混合漿液的凝固狀態，待土倉內的水泥砂漿和膨潤土的混合漿液凝固后，用風鎬由下往上鑿除凝固的水泥砂漿和膨潤土泥漿的混合漿液，把土倉清理干凈，此時不鑿刀盤開口 ；保證刀盤面完整性并從下往上進行刀具更換，換刀時穩固安裝臺面，拆開螺栓和自鎖螺母，移除舊刀，更換新刀，上緊螺栓；
[0021]第七步、恢復掘進:
[0022]待盾構機刀盤上全部刀具更換完成后，盾構機恢復掘進。
[0023]優選地，第一步中，所述水玻璃漿液為硅酸鈉的水溶液，水玻璃漿液的質量配合比為娃酸鈉:水=1:10ο
[0024]優選地，第一步中，所述氯化鈣漿液的質量配合比為氯化鈣:水=1:3。
[0025]優選地，第二步中，所述膨潤土泥漿為化學泥漿，配漿材料為鈣基膨潤土和水，鈣基膨潤土與水的體積比為1:3。
[0026]優選地，第五步中，所述水泥砂漿的質量配合比為水泥:砂:水=1:a:b，其中:0.5彡a彡1.5，1彡b彡2ο
[0027]優選地，第五步中，所述水泥砂漿和膨潤土泥漿的混合漿液的質量配合比為水泥砂楽:膨潤土泥楽=1:c，其中0.2 < c < 0.4。
[0028]優選地，第六步中，換刀過程中如有漏水，采用棉絮和堵漏靈進行封堵。
[0029]優選地，第六步中，所述刀盤開口為刀盤上的空口，用于實現切削渣土排肩。
[0030]優選地，第六步中，所述自鎖螺母為一種靠摩擦力自鎖防松、防振的螺母。
[0031]與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果:
[0032]本發明針對砂層中無地面加固條件下土壓平衡盾構機填倉換刀問題，提供一種適用于砂層中進行無地面加固條件下的土壓平衡盾構機混膨潤土配合泥膜的換刀施工方法，相比現有專利技術，有效降低了清倉過程中土倉內硬化體的強度，降低了破除加固體的難度，避免了困難的超前注漿施工作業，防止了螺旋輸送機內的水泥砂漿硬化造成設備破壞，明確了注漿施工作業方式，有效地減少了施工作業量；本發明施工時間短，效率高，安全性強。
【附圖說明】
[0033]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:
[0034]圖1為本發明實施例中的土壓平衡盾構機示意圖；
[0035]圖2為本發明實施例中的刀盤注漿口位置示意圖；
[0036]圖3為本發明實施例中的泥膜位置示意圖；
[0037]圖4為本發明實施例中的土倉內土倉注漿口位置示意圖。
【具體實施方式】
[0038]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。
[0039]如圖1-4所示，本實施例提供一種砂層中土倉砂漿混膨潤土泥膜的盾構機換刀施工方法，用于廣州某隧道，盾構機刀盤底部深度為地下14m，停機位置上部地面為交叉路口，為防止因刀具的過度磨損、炸裂和卡死等破壞刀盤結構，影響正常施工作業，需采用填倉換刀的施工方法，保證換刀施工安全有效地進行，具體施工步驟簡述如下:
[0040]第一步、施工現場地質調查:
[0041]通過查閱地質勘查報告確定盾構機刀盤底部所處位置以下6m至上部地面的地層分布情況、各土層的滲透系數；調查盾構機刀盤上部地面狀況(即從盾構機刀盤底面45°斜線傳到地表范圍上部已有建筑物或構筑物條件狀況)，確定是否有地面加固條件。
[0042]本實施例盾構機刀盤底部所處位置以下6m至上部地面的地層分布為:厚度為5m的粘土層、厚度為10.5m的砂層和厚度為4.5m的素填土層，盾構機刀盤處于砂層中；粘土層的滲透系數為1.5m/d，砂層的滲透系數為10m/d ;素填土層的滲透系數為0.4m/d。盾構機上部地面為交叉路口，無地面加固條件。
[0043]第二步、確定換刀方法:
[00