一种盾构带压开舱高稳定性实施工艺的制作方法

本发明涉及盾构机检查维护，特别涉及一种盾构带压开舱高稳定性实施工艺。

背景技术：

1、在盾构机掘进施工中，若盾构机出现故障或需要检测地层情况以及检查或更换刀盘、刀具时，需要施工作业人员进入开挖仓内进行检查、维修保养和刀具更换及孤石处理等过程作业。

2、为保证工程、人员、设备的安全，需要采用膨润土泥浆对开挖仓进行泥浆置换并在刀盘前方掌子面形成优质泥膜，保证刀盘前方周围地层稳定，气泡仓和开挖仓满足气密性要求；在开挖仓内，通过固化的泥膜和压缩气体平衡刀盘前方水、土压力，达到稳定掌子面和防止地下水渗入的目的；因此，在泥浆形成固化的泥膜之后，需要检测泥膜的硬度，从而确保开挖仓周围地层的稳定性以及作业人员在作业过程中的安全。

3、针对隧道开挖仓的泥浆置换，现有技术中也公开了相应的装置，其中，如申请号为201410159979.7的中国专利公开了一种盾构机带压开舱开挖面的支护方法，包括以下步骤：1.先配制稀泥浆向地层中渗透，形成稳定的渗透带，降低地层的渗透性；2.再以较稠的高密度泥浆置换稀泥浆，3.使其在地层表面形成致密的泥皮型泥膜，降低地层的透气性；4.最后测试泥膜的闭气性，设定开舱时压力舱内的气压值，降低泥浆液位至维修面以下，以压缩空气支护开挖面等工艺。

4、上述现有技术在进行泥浆置换时，先用低密度稀泥浆置换盾构机压力舱中的掘进泥浆，然后盾构机按照正常掘进时的泥浆压力将低密度稀泥浆向粗粒土地层中渗透并形成一段稳定的渗透带，随后用较高密度的稠泥浆置换盾构机压力舱内的低密度的稀泥浆，然后将较高密度的稠泥浆向粗粒土地层中渗透，在粗粒土地层表面形成一层致密的泥皮型泥膜。

5、然而，上述现有技术在对泥浆进行置换过程中还有以下不足之处：

6、1、上述现有技术虽然可以依次采用低密度和高密度的泥浆对压力舱中的掘进泥浆置换，但是未涉及泥浆置换的时长，难以将掘进泥浆完全置换，使得掘进泥浆在置换过程中容易与注入泥浆混合并掺入渗透带，导致压力舱的泥膜硬度较差，从而影响压力舱的密封性和稳定性，容易出现难以承受水、土压力而发生破裂的现象，进而影响作业人员带压进仓作业时的安全性。

7、2、由于粗粒土地层表面形成泥膜之后，无法确保泥膜的硬度是否符合带压开舱的标准，因此需要对泥膜的硬度进行检测，而上述现有技术无法检测泥膜的硬度，从而压力舱内降压或升压的过程中容易导致泥膜出现破坏，进而影响压力舱的密封性和稳定性，进一步影响安全性，且容易造成开挖面的坍塌。

8、因此，在上述陈述的观点之下，现有技术的泥浆置换手段还有可提高的空间。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种盾构带压开舱高稳定性实施工艺，该盾构带压开舱高稳定性实施工艺采用如下盾构带压开舱高稳定性实施装置，该盾构带压开舱高稳定性实施装置设置于盾构机内部，盾构机的开挖侧依次设置有刀盘、第一隔板、第二隔板和支撑梁，第一隔板远离刀盘的一侧安装有穿过第二隔板且用于输送泥土的输送管道，第一隔板和刀盘之间形成开挖仓，第一隔板和第二隔板之间形成气泡仓。

2、所述第一隔板、第二隔板和支撑梁之间安装有用于泥浆置换的循环置换单元，循环置换单元包括两个沿输送管道上下对称排布并依次穿过第一隔板、第二隔板和支撑梁的置换管道，第一隔板和第二隔板之间设置有用于检测开挖仓表面泥膜硬度的检测单元，检测单元包括安装在第一隔板和第二隔板之间的推杆。

3、优选的，所述循环置换单元还包括稳固架，支撑梁远离第二隔板的一侧设置有稳固架，稳固架上下两侧通过支撑座分别安装有排浆泵和注浆泵，且排浆泵的输入端和注浆泵的输出端分别与其对应的置换管道相连接，排浆泵的输出端延伸至外部用于将泥浆排出，注浆泵的输入端延伸至外部用于将指定规格的泥浆注入开挖仓，第二隔板靠近第一隔板的一侧安装有控制器，注浆泵和排浆泵均与控制器电性连接。

4、优选的，所述置换管道靠近刀盘的一端设置有防护头，两个防护头的相对侧均开设有与置换管道相连通的开放口；

5、防护头外壁转动套设有密封罩，密封罩一侧为贴靠在防护头外侧壁的弧形板，另一侧开设有孔径大于开放口的排料孔。

6、优选的，所述第一隔板远离刀盘的一侧转动设置有两个分别与密封罩轴线重合的环形架，第一隔板上下两侧均开设有弧形孔，弧形孔与环形架的轴线重合，且上下两个弧形孔之间呈中心对称排布，环形架和密封罩之间安装有滑动穿过弧形孔的联动销。

7、优选的，所述第一隔板远离刀盘的一侧转动安装有与其轴线相重合的环形转轮，环形转轮和两个环形架之间共同通过带传动相连接；

8、第一隔板远离刀盘的一侧还通过电机座设置有驱动电机，驱动电机和控制器之间通过电性连接，驱动电机的输出轴套设有传动齿轮，环形转轮外壁设置有多个与传动齿轮相啮合的轮齿，第一隔板侧壁安装有罩设于环形架、环形转轮、传动齿轮和驱动电机外部的防护罩。

9、优选的，多个所述轮齿形成不完全齿轮，最接近传动齿轮的一个轮齿侧壁转动设置有多个与传动齿轮转动接触的滚柱。

10、优选的，所述检测单元还包括两个沿输送管道对称排布的承托组，每个承托组包括两个上下对称排布的固定板，输送管道同一侧的两个固定板之间共同套设有竖立板，推杆安装在竖立板侧壁且滑动穿过第一隔板，推杆远离竖立板的一端安装有用于检测泥膜硬度的顶触球。

11、优选的，所述推杆外壁开设有传动螺纹，推杆远离输送管道的一侧开设有与其轴线相重合的水平滑槽，第一隔板和第二隔板之间安装有滑动穿过竖立板和水平滑槽的限位杆；

12、第一隔板远离第二隔板的一侧转动设置有与传动螺纹相啮合的螺母，螺母外壁套设有联动齿轮，第一隔板侧壁转动设置有与联动齿轮相啮合的双面齿圈，驱动电机的输出轴安装有转轴，转轴穿过第一隔板后安装有与双面齿圈相啮合的辅助齿轮，第一隔板侧壁还设置有罩设于推杆、联动齿轮、双面齿圈和辅助齿轮外部的防尘罩，且防尘罩上开设有与推杆轴线相重合的让位孔，让位孔内壁通过扭簧铰接有多个环形分布的挡片。

13、优选的，所述水平滑槽的上下两侧内壁之间沿长度方向依次设置有两个固定销，固定销外壁通过扭簧转动连接有用于对开挖仓内侧圆周面进行硬度检测的检测杆，检测杆的长度大于推杆与开挖仓内侧圆周面之间的距离。

14、采用该盾构带压开舱高稳定性实施装置对开挖仓进行泥浆置换时包括如下步骤：

15、s1、泥浆首次置换：在确定进仓时间后，控制盾构机暂停掘进，然后通过注浆泵将比重为1.1-1.15，粘度为20-23s的稀泥浆注入开挖仓，随后通过排浆泵将开挖仓中的泥浆排出，以此实现开挖仓内泥浆的置换，并进行6个小时的大循环浆液置换，使浆液在地层中形成较厚的泥膜渗透带；

16、s2、泥浆二次置换：通过注浆泵将比重为1.15-1.2，粘度为25-30s的泥浆再进行6个小时的大循环浆液置换，置换过程中，视切口压力升高的情况，定期开启顶部放气检查阀，放出顶部质量不高的泥浆，使高质量的泥浆由底部逐步置换掉低质量泥浆，使浆液在开挖仓表面进一步形成较厚的泥膜，静止2小时后使泥膜固化并观察泥皮的稳定情况；

17、s3、密封实验：随后对开挖仓进行气体置换密封实验，气体置换过程中，使气泡仓的液面变化速度控制在20cm/min之内，切口压力波动控制在设定值的±0.1bar之内；

18、s4、开挖仓修补：气体置换完毕并停止泥浆循环之后，采用粘度不小于100s，比重不小于1.2g/cm3的高浓度高质量泥浆直接用同步注浆泵向开挖仓进行补注，也可利用盾构机上的超前钻对干裂的开挖面泥皮进行喷浆修补，确保工作仓压缩空气不泄漏，保持压力稳定；

19、s5：泥膜硬度检测：通过检测单元检测固化后泥膜的硬度，进一步以确保开挖仓的稳定性。

20、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

21、一、本发明分别通过将比重为1.1-1.15、粘度为20-23s的稀泥浆和比重为1.15-1.2、粘度为25-30s的泥浆依次注入开挖仓，并分别进行6个小时的大循环浆液置换，使浆液在地层中形成较厚的泥膜渗透带，然后静止2小时后使泥膜固化，以此可以有效的将隧道中的泥土和泥浆完全置换，从而确保开挖仓的密封性和稳定性。

22、二、本发明通过由下到上置换的方式可以有效的将低质量泥浆置换，使浆液在开挖仓表面进一步形成较厚的泥膜，防止低质量泥浆与高质量泥浆混合而影响泥膜的硬度和稳定性，从而确保作业人员带压进仓作业时的安全性。

23、三、本发明通过推杆带动顶触球对开挖仓内壁的泥膜侧壁进行抵触，随后记录推杆对泥膜施加不同的顶触力观察泥膜是否出现裂痕来检测泥膜的硬度是否符合标准；与此同时，通过检测杆与开挖仓内侧圆周面的泥膜侧壁相抵触并检测其硬度，从而对泥膜进行多方位硬度检测，进而确保泥膜的稳定性，以此进一步确保作业人员的安全性。

24、四、本发明通过推杆带动顶触球抵靠在泥膜侧壁之后；当泥膜出现裂缝导致地下水渗出时，湿度检测计对控制器传输泥膜硬度不符合标准信号，以便于作业人员对裂缝进行喷浆修补。

25、五、本发明通过推杆带动执行头抵靠在泥膜圆周面侧壁的同时还能够对其施加横向切割力，以此进一步检测泥膜的硬度，若泥膜圆周面侧壁的硬度不符合要求，执行头容易造成泥膜的缺损并抵靠在缺损处；此时通过接触电极块与弹片的相配合可以向控制器传输泥膜发生缺损的信号，且通过不同位置的接触电极块与弹片相接触可以更加精准计算缺损处的深度。