阅读说明：本技术 一种盾构冷冻法用非冻结护盾泥及其使用方法 (Non-freezing shield mud for shield freezing method and using method thereof ) 是由 王清平 张岩涛 陈馈 于 2020-06-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种盾构冷冻法用非冻结护盾泥及其使用方法,盾构冷冻法用非冻结护盾泥由黏土矿物、水和黏土防冻剂构成,包括：非冻结护盾泥Ⅰ型和非冻结护盾泥Ⅱ型。使用本发明可以实现盾构冷冻法开仓作业时,防止盾构机刀盘、盾构机盾体与冻结土体发生冻黏,仅开挖传统施工方法所需二分之一冻结土体便可完成整盘换刀作业,无需设置脚手架,安全高效的换刀作业。(The invention provides a non-freezing shield mud for a shield freezing method and a using method thereof, wherein the non-freezing shield mud for the shield freezing method comprises clay minerals, water and a clay antifreezing agent, and comprises the following components: non-freezing shield mud type I and non-freezing shield mud type II. By using the invention, when the shield freezing method is used for opening the warehouse, the shield machine cutter head, the shield body of the shield machine and the frozen soil body are prevented from being frozen and adhered, the whole disk tool changing operation can be completed only by excavating one half of the frozen soil body required by the traditional construction method, a scaffold is not required to be arranged, and the tool changing operation is safe and efficient.)

一种盾构冷冻法用非冻结护盾泥及其使用方法

技术领域

本发明属于盾构隧道工程技术领域，具体涉及一种盾构冷冻法用非冻结护盾泥及其使用方法。

背景技术

随着我国城市地铁建设的快速发展，盾构法以其高效、安全、环保的优点被广泛采用。但当盾构在长距离掘进施工时，刀具磨损尤为突出，刀具更换也成为了盾构施工中的一大课题，在地下水丰富、围岩土稳定性差的地层换刀往往采用较为安全的冷冻法对盾体及刀盘周围土体进行冻结后实施开仓换刀作业。但因为冷冻法施工会将盾构机刀盘与周围土体冻结牢固，需要通过人工凿除刀盘前方和侧面的冻土，人工开挖出与刀盘直径同等大小、进深一米左右的换刀作业空间，而冻土坚实难挖，给人工开挖增加难度，耽误工期造成浪费。而应对软弱富水地层时，冷冻法对地层进行加固也是有效且必要的措施之一，但当盾构机穿越冷冻加固地层时，常有刀盘、盾体被冻结困死的情况发生，影响施工进度，长时间停机还存在诸多施工风险。

发明内容

本发明提供一种盾构冷冻法用非冻结护盾泥及其使用方法，要解决现有的盾构冷冻法开仓作业时，盾构机刀盘与冻结土体发生冻黏，需工开挖出与盾构机刀盘直径同等大小的换刀作业空间，需设置脚手架，影响施工进度等问题。

为达上述目的，本发明提供一种盾构冷冻法用非冻结护盾泥，包括：

非冻结护盾泥粉剂Ⅰ型和非冻结护盾泥粉剂Ⅱ型；

所述非冻结护盾泥粉剂Ⅰ型与水混合生成非冻结护盾泥Ⅰ型；所述非冻结护盾泥Ⅱ型粉剂与水混合生成非冻结护盾泥Ⅱ型；

所述非冻结护盾泥粉剂Ⅰ型由黏土矿物和黏土防冻剂构成，其中：黏土矿物占总重量的75%-95%，黏土防冻剂占总重量的5%-25%；所述非冻结护盾泥Ⅱ型粉剂由黏土矿物和黏土防冻剂构成，其中：黏土矿物占总重量的50%-65%，黏土防冻剂占总重量的35%-50%；

所述非冻结护盾泥Ⅰ型由黏土矿物、水和黏土防冻剂构成，其中：黏土矿物占总重量的15%-30%，水占总重量的70-80%，黏土防冻剂占总重量的1%-5%；所述非冻结护盾泥Ⅱ型由黏土矿物、水和黏土防冻剂构成，其中：黏土矿物占总重量的10%-20%，水占总重量的70-83%，黏土防冻剂占总重量的7%-10%。

进一步地，黏土矿物为膨润土。

进一步地，防冻剂为强电解无机盐，包括氯化钾，氯化钙，氯化镁，氯化钠中的一种或多种。

本发明还提供一种盾构冷冻法用非冻结护盾泥的使用方法，包括：

步骤a、将所述非冻结护盾泥粉剂Ⅰ型和所述非冻结护盾泥粉剂Ⅱ型分别与水混合反应，分别得到所述非冻结护盾泥Ⅰ型和所述非冻结护盾泥Ⅱ型；

步骤b、盾构机暂停掘进，后方隧道管片封环止水；

步骤c、盾构机再次掘进，同时通过盾构机壳体径向注入孔向盾构机壳体外部注入步骤a所得非冻结护盾泥Ⅱ型；

步骤d、盾构机停止掘进，用步骤a所得非冻结护盾泥Ⅰ型置换土仓或泥水仓内渣土或泥浆；

步骤e、置换完成后盾构机盾体后退，再次向土仓注入非冻结护盾泥Ⅰ型，使其填充在盾构机刀盘与开挖面之间，形成支护泥膜；

步骤f、再次注入非冻结护盾泥Ⅰ型，使仓压达到开仓作业压力的120%-150%。

步骤g、冻结施工，测温达到要求后开仓开挖非冻结护盾泥Ⅰ型，进行换刀作业。

进一步地，所述步骤a具体方法为：所述非冻结护盾泥Ⅰ型由所述非冻结护盾泥粉剂Ⅰ型与水按照1-4-1:6比例混合通过膨润土搅拌罐搅拌制得；所述非冻结护盾泥Ⅱ型由所述非冻结护盾泥粉剂Ⅱ型与水按照1-4-1:6比例混合通过膨润土搅拌罐搅拌制得。

进一步地，所述步骤b中，后方隧道管片封环止水为多于一条隧道封环止水。

进一步地，所述步骤c中，盾构机盾体径向孔注入非冻结护盾泥Ⅱ型为充满注入。

进一步地，所述步骤c中，提前X米距离从盾构机盾体径向孔充满注入所述非冻结护盾泥Ⅱ型，所述非冻结护盾泥Ⅱ型包裹盾构机盾尾，X为盾构机盾体径向孔到盾构机盾尾的设计距离。

进一步地，所述步骤d中，向土仓注入非冻结护盾泥Ⅰ型时，转动盾构机刀盘。

进一步地，所述步骤g中，盾构机刀盘未被冻结，开挖非冻结护盾泥Ⅰ型至盾构机刀盘二分之一处，进行盾构机刀盘上半部换刀，再转盾构机刀盘将下半部刀具带入换刀作业空间，完成盾构机刀盘整盘换刀。

上述技术方案具有如下有益效果：通过本发明提供的一种盾构冷冻法用非冻结护盾泥及其使用方法，实现了盾构冷冻法开仓作业时，防止盾构机刀盘、盾构机盾体与冻结土体发生冻黏，仅开挖传统施工方法所需二分之一冻结土体便可完成整盘换刀作业，无需设置脚手架，安全高效的换刀作业；

1、在冻结土体内，通过盾构机刀盘旋转使冻结土体挖掘范围达到最小程度，非冻结护盾泥Ⅰ型与挖掘的渣土搅拌后，能够防止盾构机刀盘前方与冻结土体发生冻结，因此冻结土体内的盾构机刀盘可旋转，使冻结土体挖掘范围达到最小程度。通过这种方式，可以免去在盾构机刀盘前方构筑大空间的凿除作业；

2、因盾构机刀盘受非冻结护盾泥保护而可以转动，在构筑换刀所需的作业空间的人工减半，通过构筑盾构机刀盘面上半部分的作业空间，可减少1/2的冻结土体挖掘量和1/2的挖掘时间，因此在狭小低温的空间内的挖掘作业减半；

3、无需设置脚手架，实现安全高效的换刀作业，能够在盾构机刀盘旋转半圈后的状态下进行换刀，因此省去了在盾构机刀盘前方设置配备支护的脚手架，仅需盾构机刀盘上半部分的必要最小作业空间，即可实现安全高效的换刀作业。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为未使用本发明时，盾构机刀盘、盾构机盾体与冻结土体接触关系示意图；

图2为使用本发明时，盾构机刀盘、盾构机盾体与冻结土体接触关系示意图；

图3为未使用本发明的盾构冷冻法开仓换刀示意图；

图4为本发明的盾构冷冻法开仓换刀示意图。

其中：1、盾构机刀盘；2、盾构机盾体；3、刀具；4、操作人员；5、脚手架；6、冻结土体；7、非冻结护盾泥Ⅰ型；8、非冻结护盾泥Ⅱ型。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，未使用本发明时，盾构机刀盘1周围土体凝固点较高，易与盾构机刀盘1冻结成一整个冻黏体，盾构机刀盘1无法转动，原状土因冻结导致人工开挖困难。

如图2所示，使用本发明时，盾构机刀盘1与原状土之间有一层凝固点较低的盾构法用非冻结护盾泥Ⅰ型7作为保护，当冷冻作业实施之后，原状土被冻结形成冻结土体6支护，盾构法用非冻结护盾泥则不会形成冻结土体6，盾构机刀盘1亦不被冻黏。

如图3所示，未使用本发明时候，盾构机刀盘1因被冻黏无法转动，需人工操作人员4将盾构机刀盘1正面全部冻结土体6开挖并搭设脚手架5进行换刀作业，盾构机刀盘1直径六米到十五米不等，此高度下在利用脚手架5进行换刀作业十分危险。

如图4所示，使用本发明时，盾构机刀盘1周围为非冻结护盾泥Ⅰ型7，冷冻作业实施后，原状土被冻结形成冻结土体6支护，而盾构机刀盘1周围土体凝固点较低未被冻结，从而保护盾构机刀盘1自由转动，人工开挖只需开挖至盾构机刀盘直径二分之一处便可通过盾构机刀盘1转动完成整盘刀具更换。

本发明提供一种盾构冷冻法用非冻结护盾泥及其使用方法，是一种用于盾构机盾构冷冻法开仓换刀及盾构机穿越冷冻法加固地层时，防止盾构机刀盘1及盾构机盾体2因地层冻结造成的盾构机刀盘1及盾构机盾体2困死，同时免去了换刀时人工操作人员4凿除盾构机刀盘1前方和侧面冻结土体6的盾构冷冻法用非冻结护盾泥及工法，主要用于盾构工程冻结换刀用泥浆材料。本发明的工作原理为盾构机刀盘1与冻结土体6之间注入一层凝固点为-20℃的盾构冷冻法用非冻结护盾泥作为保护，而冷冻法平均温度为-10℃，当冷冻作业实施之后，原状土被冻结形成冻结土体6支护，盾构冷冻法用非冻结护盾泥则不会形成冻结土体6，盾构机刀盘1亦不被冻黏，盾构机刀盘1可以自由转动，人工开挖只需开挖至盾构机刀盘1直径二分之一处便可通过盾构机刀盘1转动完成整盘刀具更换。

具体实施例步骤为：

步骤a、在现场将所述非冻结护盾泥粉剂Ⅰ型和所述非冻结护盾泥粉剂Ⅱ型与水通过台车配置的膨润土搅拌罐按1:5比例混合反应，分别得到所述非冻结护盾泥Ⅰ型7和所述非冻结护盾泥Ⅱ型8。

步骤b、使盾构机停止掘进，在地下水丰富的情况下，把后方隧道管片封环止水，多道止水封环以防止地下水裹挟泥沙过多流入前方。

步骤c、再通过盾构机壳体径向注入孔向盾构机壳体外部注入所述非冻结护盾泥Ⅱ型7，以保护盾体免于被冻土土体6冻结困死，置换土仓或泥水仓内渣土或泥浆；注入过程中，应至少提前X米距离开始从盾构机盾体2径向孔充分注入所述非冻结护盾泥Ⅱ型8，使其包裹盾尾范围，防止盾尾涌水涌砂X为盾构机盾体2径向孔到盾尾的设计距离。

步骤d、置换过程中，因为所述非冻结护盾泥Ⅱ型7与挖掘的渣土置换搅拌能够防止盾构机刀盘1前方与冻结土体6发生冻结，所以盾构机刀盘1可旋转转动，能搅拌土仓使开挖冻土范围达到最小。通过这种方式，可以免去在盾构机刀盘1前方构筑大空间的凿除作业。

步骤e、置换完成后盾构机盾体2后退，再次向土仓注入所述非冻结护盾泥Ⅰ型7，使其填充在盾构机刀盘1与开挖面之间，形成支护泥膜。

步骤f、再次注入所述非冻结护盾泥Ⅰ型7，使仓压达到开仓作业压力的120%-150%。

步骤g、冻结施工，因盾构机刀盘1未被冻结，开挖非冻结护盾泥Ⅰ型7至盾构机刀盘1二分之一处，进行盾构机刀盘1上半部换刀，之后转动盾构机刀盘1进行盾构机刀盘1下半部换刀，完成整盘换刀作业。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。