專利名稱：一種隧道施工用盾構機換刀施工方法
技術領域：
本發明屬于隧道盾構施工技術領域，尤其是涉及一種隧道施工用盾構機換刀施工 方法。
背景技術：
盾構法是現代隧道施工的一種全機械化施工方法，其主要使用的機械設備為盾構 機，分為土壓平衡盾構和泥水平衡盾構兩種類型，其中以土壓平衡盾構使用較多。盾構機在 隧道掘進過程中通過刀具進行泥土切削和巖石破碎，并且盾構機長距離掘進后(尤其是硬 巖地層或軟硬不均地層)需要進行刀具更換，但如果盾構機停機位置地層較為松散、掌子 面土體自穩能力差、刀盤正上方存在建構筑物等條件下，盾構機則無法采用目前國內常用 的幾種方式進行換刀。目前，國內盾構機在掘進過程中所采用的換刀方式主要有以下四種第一、地層自穩能力好時，自然條件下的常壓換刀；第二、地層保氣能力好時，自然條件下的氣壓換刀；第三、地層自穩能力差，但有地面加固條件時，地層加固條件下的常壓換刀；第四、地層保氣能力差，但有地面加固條件時，地層加固條件下的氣壓換刀。綜上，以上四種換刀技術都是基于相應的前提條件，但如若以上四種換刀方式的 前提條件都不能滿足時，就無法對盾構機刀具進行更換。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種隧道施工 用盾構機換刀施工方法，其設計合理、操作簡便、投入成本低且安全系數高、使用效果好，能 有效解決在盾構機停機位置地層較為松散、掌子面土體自穩能力差、刀盤正上方存在建構 筑物等換刀條件較為惡劣的情況下，現有常用換刀方式無法進行換刀的實際問題。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是一種隧道施工用盾構機換刀施 工方法，其特征在于該方法包括以下步驟步驟一、土倉置換填充采用螺旋出土機和與螺旋出土機同步工作的注漿系統進 行土倉置換填充，所述螺旋出土機安裝在盾構機內的土倉側壁下部，所述注漿系統安裝在 土倉的側壁上部，且所述土倉的側壁上對應設置有供螺旋出土機和所述注漿系統安裝的出 土口和注漿口 ；且進行土倉置換填充時，通過螺旋出土機將土倉內部的所有泥土由下至上 逐漸從土倉內排出，且在泥土由下至上逐漸從土倉內排出過程中，通過所述注漿系統由上 至下同步對泥土排出后的土倉內部空腔進行填充，直至將土倉內的所有泥土全部替換為 水泥砂漿，則完成由上至下將土倉內的泥土全部替換為水泥砂漿的土倉置換填充過程；土 倉置換填充過程中，對土倉內部壓力進行實時監控，并將土倉內部壓力控制在I^bar 3. Obar 之間；步驟二、機內超前注漿步驟一中土倉置換填充結束后，立即進行機內超前注漿過程；且進行機內超前注漿之前，先在盾構機中部和/或上部所布設的所有超前地質探孔中 選取多個超前地質探孔作為注漿孔，所選取的多個所述注漿孔沿圓周方向布設在盾構機中 上部的外側壁上；之后，再采用電動錘擊設備且自盾構機內部由內至外將多根注漿管分別 通過多個所述注漿孔打進盾構機上部的土體中，且所述注漿管打進盾構機上部土體中的深 度為細 6m ；隨后，再采用注漿設備且通過打進盾構機上部土體中的多根注漿管，同步向 盾構機上部的土體內注入水泥漿直至不能再注入水泥漿為止，則完成機內超前注漿過程， 待注入盾構機上部土體內的水泥漿凝固后則完成對盾構機上部土體進行整體加固的加固 過程；且進行機內超前注漿過程中，將各注漿管的注漿壓力均控制在0. 3Mpa 0. 4Mpa ；步驟三、清倉及同步換刀待步驟一中注入土倉內的水泥砂漿與步驟二中注入盾 構機上部土體內的水泥漿均凝固后，采用打鑿工具對凝固在土倉內的水泥砂漿塊進行人工 清理，且水泥砂漿塊清理過程中，同步對安裝在盾構機上的更換；水泥砂漿塊清理過程中， 一邊對凝固在土倉內的水泥砂漿塊進行鑿除，一邊對鑿出的刀具進行更換，且每鑿出一把 刀具，立即對所鑿出的該把刀具進行更換，直至將盾構機上需更換的所有刀具都更換完為 止，則完成盾構機的換刀過程；且每更換完一把刀具，需采用紗布對更換后刀具周側的空隙 進行封堵；步驟四、盾構機脫困及恢復推進按照常規盾構機脫困方法，對步驟三中完成換刀 后的盾構機進行脫困；且盾構機脫困后，先采用增壓設備在土倉內建立氣壓，并使得土倉內 所加氣壓能夠支撐掌子面的土體，之后按照常規盾構機推進方法，對土倉內加壓后的盾構 機進行推進。上述一種隧道施工用盾構機換刀施工方法，其特征是步驟一中所述的通過螺旋 出土機將土倉內部的所有泥土由下至上逐漸從土倉內排出過程中，螺旋出土機中螺旋的旋 轉狀態為正向旋轉；且土倉置換填充過程完成后至步驟三中所述的清倉過程之前，每間隔 2h 池對螺旋出土機的螺旋進行反向旋轉一次且每次反向旋轉的時間為40s 80s，以確 保螺旋出土機的螺旋不被水泥砂漿的漿液固結。上述一種隧道施工用盾構機換刀施工方法，其特征是步驟一中所述的水泥砂漿 由水泥、膨潤土、粉煤灰和細砂按照重量比為150士 10 120士8 180士 12 660士40的 比例均勻混合而成。上述一種隧道施工用盾構機換刀施工方法，其特征是步驟一中對土倉內部壓力 進行實時監控時，根據盾構機當前施工位置處掌子面的實際水土壓力大小，將土倉的內部 壓力在1. 5bar 3. Obar范圍內進行相應調整。上述一種隧道施工用盾構機換刀施工方法，其特征是步驟二中進行超前注漿過 程中，應分多次進行注漿并通過注漿口對步驟一中注入土倉內的水泥砂漿凝固狀態進行同 步觀察，且每一次注漿過程中應對各注漿管的注漿壓力進行實時觀測，當注漿管的注漿壓 力上升時則停止注漿，待注漿管的注漿壓力降至預設壓力且穩定后再繼續進行下一次注 漿；當步驟一中注入土倉內的水泥砂漿凝固時或當通過注漿管不能再向盾構機上部土體內 注入水泥漿時，便完成超前注漿過程；之后，通過所述注漿設備和注漿管向盾構機上部土體 中注入封孔漿液進行封孔，所述封孔漿液為由水泥漿和水玻璃按照1 0.5士0.05的重量 比均勻混合而成的混合漿液。上述一種隧道施工用盾構機換刀施工方法，其特征是步驟三中所述的對凝固在6土倉內的水泥砂漿塊進行人工清理之前，應對步驟一中注入土倉內的水泥砂漿與步驟二中 注入盾構機上部土體內的水泥漿的凝固狀態進行檢查，且待檢查確定步驟一中注入的水泥 砂漿與步驟二中注入的水泥漿均凝固后，再開始進行清倉；且清倉時，先打開盾構機上人閘 內的土倉門，并對土倉內的水泥砂漿凝固情況進行觀察，且采用鋼釬在土倉內的水泥砂漿 塊上打多個孔后并觀察有無噴涌現象，當無噴涌現象且掌子面情況穩定時，直接對土倉內 的水泥砂漿塊進行人工清理。上述一種隧道施工用盾構機換刀施工方法，其特征是步驟三中對凝固在土倉內 的水泥砂漿塊進行人工清理時，清理順序是先對土倉內上半部分的水泥砂漿塊進行清理， 再對土倉內下半部分的水泥砂漿塊進行清理；且對土倉內上半部分或下半部分的水泥砂漿 塊進行清理時，均先對土倉內左半部分的水泥砂漿塊進行清理，再對土倉內后半部分的水 泥砂漿塊進行清理。上述一種隧道施工用盾構機換刀施工方法，其特征是步驟四中所述的對完成換 刀后的盾構機進行脫困過程中，在盾構機的中盾和盾尾之間連接一個防止盾尾鉸接壓力過 大導致鉸接油缸斷裂的加強裝置。上述一種隧道施工用盾構機換刀施工方法，其特征是步驟一中土倉置換填充結 束后，在盾構機的刀盤開口處和切口環處形成一層水泥砂漿薄膜；步驟三中進行清倉時，保 留盾構機的刀盤開口和切口環處的水泥砂漿薄膜，且確保不擾動盾構機的刀盤開口和切口 環處的水泥砂漿薄膜，當人工清理過程中對所述水泥砂漿薄膜進行部分鑿除時，則立即用 快硬水泥進行封堵。上述一種隧道施工用盾構機換刀施工方法，其特征是步驟一中所述注漿口與所 述注漿系統之間通過注漿管道進行連接，且所述注漿口上安裝有對所述注漿管道進行通斷 控制的球閥；步驟三中所述的采用打鑿工具對凝固在土倉內的水泥砂漿塊進行人工清理過 程中，清理至球閥安裝位置處時，先采用打鑿清理設備將所述球閥周圍的水泥砂漿塊清理 干凈，再將抽風機接到所述球閥的外側并通過所述球閥向土倉內通風。本發明與現有技術相比具有以下優點1、施工方便且換刀方法步驟簡單，實現方便。2、設計合理，實際換刀過程主要包括土倉置換填充、機內超前注漿、清倉及同步換 刀和盾構機脫困及恢復推進四個步驟。其中，土倉置換填充過程是將土倉內的泥土置換為 水泥砂漿，其主要有兩個方面的作用一是通過土倉置換填充使盾構機的刀盤開口處和切 口環處形成一層水泥砂漿薄膜，且換刀過程中對置換后的土倉對掌子面土體產生一定的支 撐作用；二是在清倉過程中保證了土倉內部結構相對穩定，為清倉人員提供了清倉的時間 和空間，保證清倉人員的安全。機內超前注漿過程中通過盾構機內部的超前地質探孔向刀 盤上方的土體進行注漿，投資成本低且實現方便，能有效加固盾構機的刀盤與切口環正上 方的土體，以增強刀盤上方土體的穩定性。清倉過程是對土倉內的水泥砂漿進行人工清理， 清理過程中同時進行刀具更換。3、換刀效率高且不影響施工工期，且換刀過程中的安全系數非常高，能夠有效保 證換刀施工過程快速、有效進行。4、實用價值高且使用效果好，能有效解決盾構機停機位置地層較為松散、掌子面 土體自穩能力差、刀盤正上方存在建構筑物等條件下，現有目前國內常用的幾種換刀方式無法進行換刀的實際問題，并且本發明進行換刀時無需任何前提條件，因而解決了現有盾 構換刀方式無對應換刀條件時的盾構機刀具更換難題。5、適用面廣，能有效適用至所有基于土壓平衡的盾構機換刀施工中。綜上所述，本發明設計合理、操作簡便、投入成本低且安全系數高、使用效果好，能 有效解決在盾構機停機位置地層較為松散、掌子面土體自穩能力差、刀盤正上方存在建構 筑物等換刀條件較為惡劣的情況下，現有常用換刀方式無法進行換刀的實際問題。下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。


圖1為本發明對盾構機進行換刀的方法流程框圖。圖2為本發明進行土倉置換填充時的狀態參考圖。圖3為本發明進行機內超前注漿時的狀態參考圖。圖4為圖3的A-A剖視圖。圖5為本發明對凝固在土倉內的水泥砂漿塊進行人工清理的清理順序示意圖。附圖標記說明1- 土倉；2-螺旋出土機；3-泥土 ；4-水泥砂漿； 5-注漿口 ； 6-盾構機；7-超前地質探孔；8-注漿管； 9-螺旋出土口。
具體實施例方式如圖1所示的一種適用于盾構機停機位置地層較為松散、掌子面土體自穩能力 差、刀盤正上方存在建構筑物等條件下，盾構機無法采用目前國內常用的四種方式(詳見 背景技術部分所記載的內容)進行換刀時的隧道施工用盾構機換刀施工方法，其特征在于 該方法包括以下步驟步驟一、土倉置換填充采用螺旋出土機2和與螺旋出土機2同步工作的注漿系統 進行土倉置換填充，所述螺旋出土機2安裝在盾構機6內的土倉1側壁下部，所述注漿系統 安裝在土倉1的側壁上部，且所述土倉1的側壁上對應設置有供螺旋出土機2和所述注漿 系統安裝的出土口和注漿口 5 ；且進行土倉置換填充時，通過螺旋出土機2將土倉1內部的 所有泥土 3由下至上逐漸從土倉1內排出，且在泥土 3由下至上逐漸從土倉1內排出過程 中，通過所述注漿系統由上至下同步對泥土3排出后的土倉1內部空腔進行填充，直至將土 倉1內的所有泥土 3全部替換為水泥砂漿4，則完成由上至下將土倉1內的泥土全部替換為 水泥砂漿4的土倉置換填充過程；土倉置換填充過程中，對土倉1內部壓力進行實時監控， 并將土倉1內部壓力控制在1. 5bar 3. Obar之間，其土倉置換填充過程的狀態示意圖詳 見圖2。實際施工中，所述水泥砂漿4由水泥、膨潤土、粉煤灰和細砂按照重量比為 150士 10 120士8 180士 12 660士40的比例均勻混合而成。本實施例中，所述水泥砂 漿4由水泥、膨潤土、粉煤灰和細砂按照重量比為150 120 180 660的比例均勻混合 而成。實際施工過程中，應根據實際具體情況，對水泥砂漿4中水泥、膨潤土、粉煤灰和細砂 的比例進行相應調整。
實際施工過程中，對土倉1內部壓力進行實時監控時，根據盾構機6當前施工位置 處掌子面的實際水土壓力大小，將土倉1的內部壓力在1. 5bar 3. Obar范圍內進行相應 調整，使得土倉1的內部壓力大小與當前施工位置處掌子面的實際水土壓力大小一致。本 實施例中，所述注漿口 5與所述注漿系統之間通過注漿管道進行連接，且所述注漿口 5上安 裝有對所述注漿管道進行通斷控制的球閥。實際操作過程中，通過控制所述球閥且利用所述注漿系統同步對土倉1的泥土進 行置換填充，使土倉1內的泥土全部置換為水泥砂漿4。所述水泥砂漿4的配合比為水 泥膨潤土 粉煤灰砂=150kg 120kg 180kg 660kg，注漿量約30m3，置換填充過 程中注意觀察螺旋出土機2后部螺旋出土口 9的出土情況，確保土倉1內絕大部分的泥土 被置換出來。置換填充過程中控制土倉1的內部壓力在1. 5bar 3. Obar之間，避免壓力 過小或過大，土倉1內部壓力的大小根據實際掌子面水土壓力進行確定，壓力過小會造成 地面沉降，壓力過大會對主軸承密封造成損壞。綜上，土倉置換填充過程是將土倉1內的泥土 3置換為水泥砂漿4，其主要有兩個 方面的作用一是通過土倉置換填充使盾構機6的刀盤開口處和切口環處形成一層水泥砂 漿薄膜，且換刀過程中對置換后的土倉1對掌子面土體產生一定的支撐作用；二是在清倉 過程中保證了土倉內部結構相對穩定，為清倉人員提供了清倉的時間和空間，保證清倉人 員的安全。步驟二、機內超前注漿步驟一中土倉置換填充結束后，立即進行機內超前注漿過 程；且進行機內超前注漿之前，先在盾構機6中部和/或上部所布設的所有超前地質探孔7 中選取多個超前地質探孔7作為注漿孔，所選取的多個所述注漿孔沿圓周方向布設在盾構 機6中上部的外側壁上；之后，再采用電動錘擊設備且自盾構機6內部由內至外將多根注漿 管8分別通過多個所述注漿孔打進盾構機6上部的土體中，且所述注漿管8打進盾構機6 上部土體中的深度為細 6m ；隨后，再采用注漿設備且通過打進盾構機6上部土體中的多 根注漿管8，同步向盾構機6上部的土體內注入水泥漿直至不能再注入水泥漿為止，則完成 機內超前注漿過程，待注入盾構機6上部土體內的水泥漿凝固后則完成對盾構機6上部土 體進行整體加固的加固過程；且進行機內超前注漿過程中，將各注漿管8的注漿壓力均控 制在0. 3Mpa 0. 4Mpa，其機內超前注漿過程的狀態示意圖詳見圖3和圖4。實際進行超前注漿過程中，應分多次進行注漿并通過注漿口 5對步驟一中注入土 倉1內的水泥砂漿凝固狀態進行同步觀察，且每一次注漿過程中應對各注漿管8的注漿壓 力進行實時觀測，當注漿管8的注漿壓力上升時則停止注漿，且待注漿管8的注漿壓力降至 預設壓力且穩定后再繼續進行下一次注漿；當步驟一中注入土倉1內的水泥砂漿凝固時或 當通過注漿管8不能再向盾構機6上部土體內注入水泥漿時，便完成超前注漿過程；之后， 通過所述注漿設備和注漿管8向盾構機6上部土體中注入封孔漿液進行封孔，所述封孔漿 液為由水泥漿和水玻璃按照1 0.5士0.05的重量比均勻混合而成的混合漿液。本實施例中，所述封孔漿液為由水泥漿和水玻璃按照1 0.5的重量比均勻混合 而成的混合漿液，實際施工過程中，應根據實際需要對封孔漿液中水泥漿和水玻璃的重量 比進行相應調整。實際施工過程時，進行超前注漿過程中，為防止所述注漿設備的注漿壓力過大，應 同步對土倉1內部壓力和盾構機6當前施工地段的地面沉降情況進行實時監控且根據監控9結果對所述注漿設備的注漿壓力進行相應調整，確保將土倉1內部壓力維持在1. 5bar 3. Obar之間且控制盾構機6當前施工地段的地面不會發生沉降情況。另外，步驟二中所述 的通過注漿管8不能再向盾構機6上部土體內注入水泥漿時為多次注漿結束后且注漿管8 的注漿壓力始終處于上升狀態，之后再持續注漿20min 30min后的停止注漿時刻。本實施例中，所述注漿管8為鋼花管，且所述鋼花管的外徑 與超前地質探孔7的孔 徑相同。綜上，實際進行機內超前注漿時，選擇盾構機6中部以上的超前地質探孔7進行超 前注漿，首先將超前注漿用的注漿管8通過超前地質探孔7打入盾構機6上方的土體內，再 進行注漿。超前注漿用的注漿管8采用鋼花管，漿液采用水泥漿(即單液漿)，注漿壓力控 制在0. 3Mpa 0. 4Mpa，壓力穩定后持續進行注漿，直至壓力上升后，再注20min 30min， 然后注入由水泥和水玻璃組成的雙液漿(所述封孔漿液)進行封孔。注漿過程中注意觀察 土倉1上所安裝壓力表的讀數和地面沉降情況，防止注漿壓力過大造成不必要的損失，注 漿量根據注漿過程中對土倉1側壁所開注漿口 5上所安裝球閥的檢查情況以及注漿壓力的 變化情況而定。綜上，步驟二中進行機內超前注漿是通過盾構機6內部的超前地質探孔7向刀盤 上方的土體進行注漿，其目的是加固盾構機6的刀盤與切口環正上方的土體，以增強刀盤 上方土體的穩定性。步驟三、清倉及同步換刀待步驟一中注入土倉1內的水泥砂漿與步驟二中注入 盾構機6上部土體內的水泥漿均凝固后，采用打鑿工具對凝固在土倉1內的水泥砂漿塊進 行人工清理，且水泥砂漿塊清理過程中，同步對安裝在盾構機6上的更換；水泥砂漿塊清理 過程中，一邊對凝固在土倉1內的水泥砂漿塊進行鑿除，一邊對鑿出的刀具進行更換，且每 鑿出一把刀具，立即對所鑿出的該把刀具進行更換，直至將盾構機6上需更換的所有刀具 都更換完為止，則完成盾構機6的換刀過程；且每更換完一把刀具，需采用紗布對更換后刀 具周側的空隙進行封堵。實際使用過程中，步驟一中通過螺旋出土機2將土倉1內部的所有泥土 3由下至 上逐漸從土倉1內排出過程中，螺旋出土機2中螺旋的旋轉狀態為正向旋轉；且土倉置換填 充過程完成后至步驟三中所述的清倉過程之前，每間隔池 : 對螺旋出土機2的螺旋進 行反向旋轉一次且每次反向旋轉的時間為40s 80s，以確保螺旋出土機2的螺旋不被水泥 砂漿4的漿液固結。也就是說，自步驟一中所述的土倉置換填充過程完成后至步驟三中所述的清倉之 前，整個施工過程中均需每間隔池 : 對螺旋出土機2的旋轉方向進行間隔性反向旋轉 一次，即間隔性反轉螺旋，以確保螺旋出土機2的螺旋不被水泥砂漿4的漿液固結，一般而 言，土倉置換填充過程完成后的M小時內均應進行間隔性反轉螺旋。對凝固在土倉1內的水泥砂漿塊進行人工清理之前，應對步驟一中注入土倉1內 的水泥砂漿與步驟二中注入盾構機6上部土體內的水泥漿的凝固狀態進行檢查，且待檢查 確定步驟一中注入的水泥砂漿與步驟二中注入的水泥漿均凝固后，再開始進行清倉；且清 倉時，先打開盾構機6上人閘內的土倉門，并對土倉1內的水泥砂漿凝固情況進行觀察，且 采用鋼釬在土倉1內的水泥砂漿塊上打多個孔后并觀察有無噴涌現象，當無噴涌現象且掌 子面情況穩定時，直接對土倉1內的水泥砂漿塊進行人工清理。本實施例中，步驟三中對凝固在土倉1內的水泥砂漿塊進行人工清理時，清理順序是先對土倉1內上半部分的水泥砂 漿塊進行清理，再對土倉1內下半部分的水泥砂漿塊進行清理；且對土倉1內上半部分或下 半部分的水泥砂漿塊進行清理時，均先對土倉1內左半部分的水泥砂漿塊進行清理，再對 土倉1內后半部分的水泥砂漿塊進行清理。實際進行人工清理的順序詳見圖5，先對序號為 ①的土倉1內左上部分水泥砂漿塊進行清理，再對序號為②的土倉1內右上部分水泥砂漿 塊進行清理，隨后再對序號為③的土倉1內左下部分水泥砂漿塊進行清理，最后再對序號 為④的土倉1內右下部分水泥砂漿塊進行清理。另外。采用打鑿工具對凝固在土倉1內的 水泥砂漿塊進行人工清理過程中，一邊清理水泥砂漿塊，一邊采用快硬水泥對掌子面薄弱 點進行封堵，保證掌子面穩定；且清理過程中當土倉1底部有水滲出時，則立即用水泵進行 抽水。本實施例中，步驟一中土倉置換填充結束后，在盾構機6的刀盤開口處和切口環 處形成一層水泥砂漿薄膜。步驟三中進行清倉時，保留盾構機6的刀盤開口和切口環處的 水泥砂漿薄膜，且確保不擾動盾構機6的刀盤開口和切口環處的水泥砂漿薄膜，當人工清 理過程中對所述水泥砂漿薄膜進行部分鑿除時，則立即用快硬水泥進行封堵。實際施工時， 采用打鑿工具對凝固在土倉1內的水泥砂漿塊進行人工清理過程中，清理至球閥安裝位置 處時，先采用打鑿清理設備將所述球閥周圍的水泥砂漿塊清理干凈，再將抽風機接到所述 球閥的外側并通過所述球閥向土倉1內通風。綜上，步驟三中清倉前首先通過注漿口 5上所安裝的球閥對土倉置換填充和機內 超前注漿的效果進行檢查。檢查完成后即開始清倉，首先打開人間內的土倉門，觀察倉內土 體情況，用鋼釬打孔若干后，觀察有無噴涌現象。若無噴涌現象且掌子面情況穩定，則直接 對土倉1內的土體進行人工清理。本實施例中，所采用的打鑿清理設備為揚鎬、鐵鍬、編織 袋、皮帶機和渣土車，實際進行清理時，先采用揚鎬、鐵鍬進行鑿除，再采用編織袋裝土，之 后人工送上皮帶機，再由皮帶機送往渣土車。清倉過程中，保留刀盤開口及切口環處水泥， 盡量不擾動刀盤開口和切口環處的土體。如鑿除過程中部分地方過鑿，立即用快硬水泥封 堵。在清理到布設在土倉1側壁上9點位的球閥時，將球閥周圍的土體清理干凈，將抽風機 接到球閥的外側，進行土倉1內的通風。實際清理過程中應根據實際具體情況，一邊清理， 一邊對掌子面薄弱點進行封堵，保證掌子面穩定。在清倉過程中如果底部有水滲出，則及時 用水泵抽水。同時，在清倉過程中，一邊鑿除一邊對刀具進行拆除和更換，鑿出一把，更換一把。 對于難以安裝的刀具，先拆除，待土倉清理完成后轉動刀盤再進行更換。每更換一把刀具 要對周圍的空隙進行紗布封堵。另外，還需對刀具進行檢查，每檢查一把刀具，根據刀具磨 損情況，要對刀盤整個情況由有經驗的施工組進行分析。該項工作由總工負責組織，盾構隊 長、盾構司機、技術人員參與分析，及時判斷其他刀具情況及下一步采取的措施。綜上，清倉過程是對土倉1內的水泥砂漿進行人工清理，清理過程中同時進行刀 具更換。步驟四、盾構機脫困及恢復推進按照常規盾構機脫困方法，對步驟三中完成換刀 后的盾構機6進行脫困；且盾構機6脫困后，先采用增壓設備在土倉1內建立氣壓，并使得 土倉1內所加氣壓能夠支撐掌子面的土體，之后按照常規盾構機推進方法，對土倉1內加壓 后的盾構機6進行推進。
實際施工過程中，對完成換刀后的盾構機6進行脫困過程中，在盾構機6的中盾和 盾尾之間連接一個防止盾尾鉸接壓力過大導致鉸接油缸斷裂的加強裝置。本實施例中，所 述加強裝置為連接鋼板，且所述連接鋼板焊接固定在中盾和盾尾之間。綜上，為防止盾尾鉸 接壓力過大導致鉸接油缸斷裂，在脫困過程中，在中盾和盾尾之間加焊連接鋼板。另外，恢復推進前由于土倉1為空倉狀態，土倉1無法在較短的時間內建立起來。 為防止地面沉降，恢復推進前，首先將土倉1內建立能夠支撐掌子面土體的氣壓，再進行推 進。以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制，凡是根據本發明 技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發明技 術方案的保護范圍內。
權利要求
1.一種隧道施工用盾構機換刀施工方法，其特征在于該方法包括以下步驟步驟一、土倉置換填充采用螺旋出土機(2)和與螺旋出土機(2)同步工作的注漿系統 進行土倉置換填充，所述螺旋出土機(2)安裝在盾構機(6)內的土倉(1)側壁下部，所述注 漿系統安裝在土倉(1)的側壁上部，且所述土倉(1)的側壁上對應設置有供螺旋出土機(2) 和所述注漿系統安裝的出土口和注漿口(5)；且進行土倉置換填充時，通過螺旋出土機(2) 將土倉⑴內部的所有泥土⑶由下至上逐漸從土倉⑴內排出，且在泥土⑶由下至上 逐漸從土倉(1)內排出過程中，通過所述注漿系統由上至下同步對泥土⑶排出后的土倉 (1)內部空腔進行填充，直至將土倉(1)內的所有泥土(3)全部替換為水泥砂漿(4)，則完 成由上至下將土倉(1)內的泥土全部替換為水泥砂漿(4)的土倉置換填充過程；土倉置換 填充過程中，對土倉(1)內部壓力進行實時監控，并將土倉(1)內部壓力控制在1.5bar 3. Obar 之間；步驟二、機內超前注漿步驟一中土倉置換填充結束后，立即進行機內超前注漿過程； 且進行機內超前注漿之前，先在盾構機(6)中部和/或上部所布設的所有超前地質探孔(7) 中選取多個超前地質探孔(7)作為注漿孔，所選取的多個所述注漿孔沿圓周方向布設在盾 構機(6)中上部的外側壁上；之后，再采用電動錘擊設備且自盾構機(6)內部由內至外將多 根注漿管(8)分別通過多個所述注漿孔打進盾構機(6)上部的土體中，且所述注漿管(8) 打進盾構機(6)上部土體中的深度為4m 6m;隨后，再采用注漿設備且通過打進盾構機 (6)上部土體中的多根注漿管(8)，同步向盾構機(6)上部的土體內注入水泥漿直至不能再 注入水泥漿為止，則完成機內超前注漿過程，待注入盾構機(6)上部土體內的水泥漿凝固 后則完成對盾構機(6)上部土體進行整體加固的加固過程；且進行機內超前注漿過程中， 將各注漿管(8)的注漿壓力均控制在0. 3Mpa 0. 4Mpa ；步驟三、清倉及同步換刀待步驟一中注入土倉(1)內的水泥砂漿與步驟二中注入盾 構機(6)上部土體內的水泥漿均凝固后，采用打鑿工具對凝固在土倉(1)內的水泥砂漿塊 進行人工清理，且水泥砂漿塊清理過程中，同步對安裝在盾構機(6)上的更換；水泥砂漿塊 清理過程中，一邊對凝固在土倉(1)內的水泥砂漿塊進行鑿除，一邊對鑿出的刀具進行更 換，且每鑿出一把刀具，立即對所鑿出的該把刀具進行更換，直至將盾構機(6)上需更換的 所有刀具都更換完為止，則完成盾構機(6)的換刀過程；且每更換完一把刀具，需采用紗布 對更換后刀具周側的空隙進行封堵；步驟四、盾構機脫困及恢復推進按照常規盾構機脫困方法，對步驟三中完成換刀后的 盾構機(6)進行脫困；且盾構機(6)脫困后，先采用增壓設備在土倉(1)內建立氣壓，并使 得土倉(1)內所加氣壓能夠支撐掌子面的土體，之后按照常規盾構機推進方法，對土倉(1) 內加壓后的盾構機(6)進行推進。
2.按照權利要求1所述的一種隧道施工用盾構機換刀施工方法，其特征在于步驟一 中所述的通過螺旋出土機⑵將土倉⑴內部的所有泥土⑶由下至上逐漸從土倉⑴內 排出過程中，螺旋出土機(2)中螺旋的旋轉狀態為正向旋轉；且土倉置換填充過程完成后 至步驟三中所述的清倉過程之前，每間隔2h 3h對螺旋出土機(2)的螺旋進行反向旋轉 一次且每次反向旋轉的時間為40s 80s，以確保螺旋出土機(2)的螺旋不被水泥砂漿(4) 的漿液固結。
3.按照權利要求1或2所述的一種隧道施工用盾構機換刀施工方法，其特征在于步驟一中所述的水泥砂漿⑷由水泥、膨潤土、粉煤灰和細砂按照重量比為 150士 10 120士8 180士 12 660士40的比例均勻混合而成。
4.按照權利要求1或2所述的一種隧道施工用盾構機換刀施工方法，其特征在于步 驟一中對土倉(1)內部壓力進行實時監控時，根據盾構機(6)當前施工位置處掌子面的實 際水土壓力大小，將土倉(1)的內部壓力在1. 5bar 3. Obar范圍內進行相應調整。
5.按照權利要求1或2所述的一種隧道施工用盾構機換刀施工方法，其特征在于步 驟二中進行超前注漿過程中，應分多次進行注漿并通過注漿口( 對步驟一中注入土倉 (1)內的水泥砂漿凝固狀態進行同步觀察，且每一次注漿過程中應對各注漿管(8)的注漿 壓力進行實時觀測，當注漿管(8)的注漿壓力上升時則停止注漿，待注漿管(8)的注漿壓力 降至預設壓力且穩定后再繼續進行下一次注漿；當步驟一中注入土倉(1)內的水泥砂漿凝 固時或當通過注漿管(8)不能再向盾構機(6)上部土體內注入水泥漿時，便完成超前注漿 過程；之后，通過所述注漿設備和注漿管(8)向盾構機(6)上部土體中注入封孔漿液進行封 孔，所述封孔漿液為由水泥漿和水玻璃按照1 0.5士0.05的重量比均勻混合而成的混合 漿液。
6.按照權利要求1或2所述的一種隧道施工用盾構機換刀施工方法，其特征在于步 驟三中所述的對凝固在土倉(1)內的水泥砂漿塊進行人工清理之前，應對步驟一中注入土 倉(1)內的水泥砂漿與步驟二中注入盾構機(6)上部土體內的水泥漿的凝固狀態進行檢 查，且待檢查確定步驟一中注入的水泥砂漿與步驟二中注入的水泥漿均凝固后，再開始進 行清倉；且清倉時，先打開盾構機(6)上人閘內的土倉門，并對土倉(1)內的水泥砂漿凝 固情況進行觀察，且采用鋼釬在土倉(1)內的水泥砂漿塊上打多個孔后并觀察有無噴涌現 象，當無噴涌現象且掌子面情況穩定時，直接對土倉(1)內的水泥砂漿塊進行人工清理。
7.按照權利要求1或2所述的一種隧道施工用盾構機換刀施工方法，其特征在于步 驟三中對凝固在土倉(1)內的水泥砂漿塊進行人工清理時，清理順序是先對土倉(1)內上 半部分的水泥砂漿塊進行清理，再對土倉(1)內下半部分的水泥砂漿塊進行清理；且對土 倉(1)內上半部分或下半部分的水泥砂漿塊進行清理時，均先對土倉(1)內左半部分的水 泥砂漿塊進行清理，再對土倉(1)內后半部分的水泥砂漿塊進行清理。
8.按照權利要求1或2所述的一種隧道施工用盾構機換刀施工方法，其特征在于步 驟四中所述的對完成換刀后的盾構機(6)進行脫困過程中，在盾構機(6)的中盾和盾尾之 間連接一個防止盾尾鉸接壓力過大導致鉸接油缸斷裂的加強裝置。
9.按照權利要求1或2所述的一種隧道施工用盾構機換刀施工方法，其特征在于步 驟一中土倉置換填充結束后，在盾構機(6)的刀盤開口處和切口環處形成一層水泥砂漿薄 膜；步驟三中進行清倉時，保留盾構機(6)的刀盤開口和切口環處的水泥砂漿薄膜，且確保 不擾動盾構機(6)的刀盤開口和切口環處的水泥砂漿薄膜，當人工清理過程中對所述水泥 砂漿薄膜進行部分鑿除時，則立即用快硬水泥進行封堵。
10.按照權利要求1或2所述的一種隧道施工用盾構機換刀施工方法，其特征在于步 驟一中所述注漿口( 與所述注漿系統之間通過注漿管道進行連接，且所述注漿口(5)上 安裝有對所述注漿管道進行通斷控制的球閥；步驟三中所述的采用打鑿工具對凝固在土倉 (1)內的水泥砂漿塊進行人工清理過程中，清理至球閥安裝位置處時，先采用打鑿清理設備 將所述球閥周圍的水泥砂漿塊清理干凈，再將抽風機接到所述球閥的外側并通過所述球閥向土倉(1) 內通風。
全文摘要
本發明公開了一種隧道施工用盾構機換刀施工方法，包括步驟一、土倉置換填充采用螺旋出土機和與螺旋出土機同步工作的注漿系統進行土倉置換填充；二、機內超前注漿自盾構機內部由內至外將多根注漿管分別通過多個超前地質探孔打進盾構機上部的土體中，再采用注漿設備且通過多根注漿管同步向盾構機上部土體內注入水泥漿直至不能再注入水泥漿為止；三、清倉及同步換刀對凝固在土倉內的水泥砂漿塊進行人工清理，水泥砂漿塊清理過程中同步對安裝在盾構機上的刀具進行更換；四、盾構機脫困及恢復推進。本發明設計合理、操作簡便、成本低且安全系數高、使用效果好，能解決換刀條件較為惡劣情況下，現有換刀方式無法進行換刀的實際問題。
文檔編號E21D9/08GK102052079SQ201010554969
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月19日 優先權日2010年11月19日
發明者周斌, 羅文亮, 許建飛, 赫學林 申請人:中鐵一局集團有限公司