阅读说明：本技术 盾构机带压开仓前的安全作业方法 (Safe operation method of shield machine before opening under pressure ) 是由 孙振中 孙振川 任颖莹 王发民 陈桥 韩伟锋 王凯 张合沛 秦银平 许华国 李宏 于 2019-10-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种盾构机带压开仓前的安全作业方法,包括盾尾密封、泥浆置换、保压和仓内气体置换,本发明盾尾密封工序能够起到盾构机密封保护的作用,有效保证盾尾止水效果,保证后续气压开仓作业的密闭性和防水效果；泥浆置换工序,能够在隧道开挖面形成泥膜,减少气压开仓时气体的泄漏并将地层中的水隔离,使土体稳定,增加地层的气密性效果,确保气压的密封性。保压工序可以检测泥膜的形成效果,确保仓内的压力,保证仓体的密闭性和密封效果；仓内空气置换,能够保证仓内的空气质量,排出仓内的有害气体,保证工作人员的安全,提高带压开仓的安全性。(The invention discloses a safe operation method before shield machine pressure opening, which comprises shield tail sealing, slurry replacement, pressure maintaining and gas replacement in a cabin, wherein the shield tail sealing process can play a role in shield machine sealing protection, effectively ensures the shield tail water stopping effect and ensures the tightness and waterproof effect of subsequent air pressure opening operation; and in the mud replacement process, a mud film can be formed on the tunnel excavation surface, so that the gas leakage is reduced when the cabin is opened under the air pressure, the water in the stratum is isolated, the soil body is stabilized, the air tightness effect of the stratum is improved, and the air pressure tightness is ensured. The pressure maintaining process can detect the forming effect of the mud film, ensure the pressure in the bin and ensure the tightness and sealing effect of the bin body; the air replacement in the bin can ensure the air quality in the bin, discharge harmful gas in the bin, ensure the safety of workers and improve the safety of opening the bin under pressure.)

盾构机带压开仓前的安全作业方法

技术领域

本发明涉及盾构及掘进技术领域，具体涉及一种盾构机带压开仓前的安全作业方法。

背景技术

为了更好的管理刀盘、刀具，服务盾构掘进，在盾构机作业过程中，需要有目性、有针对性的组织带压开仓。隧道盾构机刀盘通常采用可常压换刀刀盘，并配有部分刀具磨损监测装置，一般情况下，当监测异常、刀具磨损，工作人员可以直接常压更换，不需要带压进仓，大大减少了带压开仓换刀的次数与风险。但在特殊情况下，因为地层地质的变化、掘进操作的不当或突发状况等造成堵仓、滞排、刀盘结泥饼、掘进参数异常、卡刀盘、仓内传感器故障、碎石机故障等情况，必须要带压进仓；在进仓之前，应做好相应的人员、设备、材料、工具的准备工作，保证带压开仓工作安全顺利进行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种盾构机带压开仓前的安全作业方法，能够提高带压开仓的安全性、增强带压开仓的安全保障。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种盾构机带压开仓前的安全作业方法，包括下列步骤：

（1）盾尾密封

在盾构机开仓位置加大同步注浆量，且同步注浆压力不得大于地层压力的1.3倍；同时加大盾尾油脂的注入量，避免注浆压力过大流入盾尾导致盾尾密封失效；

在盾尾后2-10环利用管片上的注浆孔开孔进行水泥-水玻璃浆液的补注，同时从盾体径向孔注入聚氨酯，在盾壳外形成封闭止水圈，以保证壁后注浆的填充密实度，避免盾尾后的地下水流入刀盘前侧；在水泥-水玻璃浆液补注完成后，调整气垫仓压力为开仓压力，通过泥水仓压力变化和液位变化判断盾尾止水效果；

（2）泥浆置换

采用盾构机的同步注浆系统向开挖仓注入膨化后的高粘度泥浆，压住前气垫仓液位降至45%～50%，保持开挖仓中心压力等于该点的水土压力和，待气垫仓液位上升至70%左右时，开始利用排浆管缓慢排浆，降低液位，待气垫仓液位降至45%～50%，继续向开挖仓压注新浆，如此循环，直至将高粘度泥浆置换完成；

（3）保压

步骤（2）泥浆置换完成后，即开始转动刀盘，刀盘转速控制在1r/min左右，刀盘转动5～10r；然后开始保压，保压按照开挖仓中心起始压力起算，每间隔30min，提高压力0.1bar，使终压比起始压力高0.2～0.5bar左右即开始保压，液位扔控制在50%左右，保压时间不得低于2h；

（4）仓内气体置换

采用盾构机自带的保压系统向气垫仓内压入高压空气，并同时打开保压系统的排气阀门进行排气，在确保气垫仓压力稳定的前提下，通过进-排气的循环，将仓内气体进行置换；仓内气体置换不得小于2h；

在开仓作业前必须在人仓内打开连接气垫仓的阀门，采用便携式气体检测仪检测气垫仓内的空气质量，当空气质量满足下表1的要求后，方可进行开仓作业；

如不满足表1的要求，必须重复步骤（3）的操作，直至仓内空气质量满足规范要求，才可开仓作业施工。

优选的，同步注浆量以达到盾尾止水效果为准；若步骤（1）中的止水效果并不理想，可在出盾尾后管片开孔进行聚氨酯的补注，确保盾尾密封效果。

优选的，步骤（2）中所述高粘度泥浆粘度为60s～90s，调制完成后静置24h使其膨化；泥浆置换量为仓内泥浆容积的1.2倍。

优选的，步骤（2）中置换泥浆时，仓内压力需高于工作压力0.2bar～0.5bar，高粘度泥浆的注入压力不得小于开仓压力，注入高粘度泥浆置换仓内泥浆过程中仓内压力需保持基本稳定。

优选的，步骤（3）之后还需进行保压试验：待高粘度泥浆注入完成后，继续保压不小于2h，并每隔30min转动刀盘2min，即左、右各转动1min，以确保泥膜的成型质量；待保压完成后，连通泥水、气垫仓，将液位降至最低，静置一段时间，观察、记录仓内液位及压力变化，若液位及压力无变化或变化小，则证明成膜质量好，泥水仓密封效果良好，可进行下步作业；反之，则需重新成膜，直至达到良好的密封效果。

本发明的有益效果在于：

本发明盾构机带压开仓前的安全作业方法中，盾尾密封工序能够起到盾构机密封保护的作用，有效保证盾尾止水效果，保证后续气压开仓作业的密闭性和防水效果；泥浆置换工序，能够在隧道开挖面形成泥膜，减少气压开仓时气体的泄漏并将地层中的水隔离，使土体稳定，增加地层的气密性效果，确保气压的密封性。保压工序可以检测泥膜的形成效果，确保仓内的压力，保证仓体的密闭性和密封效果；仓内空气置换，能够保证仓内的空气质量，排出仓内的有害气体，保证工作人员的安全，提高带压开仓的安全性。

具体实施方式

下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。在以下实施例中所涉及的设备元件如无特别说明，均为常规设备元件；所涉及的工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料。

实施例1：一种盾构机带压开仓前的安全作业方法，包括下列步骤：

（1）盾尾密封

在盾构机开仓位置加大同步注浆量，且同步注浆压力不得大于地层压力的1.3倍；同时加大盾尾油脂的注入量，避免注浆压力过大流入盾尾导致盾尾密封失效；

在盾尾后2-10环利用管片上的注浆孔开孔进行水泥-水玻璃浆液的补注，同时从盾体径向孔注入聚氨酯，在盾壳外形成封闭止水圈，以保证壁后注浆的填充密实度，避免盾尾后的地下水流入刀盘前侧；在水泥-水玻璃浆液补注完成后，调整气垫仓压力为开仓压力，通过泥水仓压力变化和液位变化判断盾尾止水效果；

同步注浆量以达到盾尾止水效果为准；若步骤（1）中的止水效果并不理想，可在出盾尾后管片开孔进行聚氨酯的补注，确保盾尾密封效果。

（2）泥浆置换

采用盾构机的同步注浆系统向开挖仓注入膨化后的高粘度泥浆，压住前气垫仓液位降至45%～50%，保持开挖仓中心压力等于该点的水土压力和，待气垫仓液位上升至70%左右时，开始利用排浆管缓慢排浆，降低液位，待气垫仓液位降至45%～50%，继续向开挖仓压注新浆，如此循环，直至将高粘度泥浆置换完成；

所述高粘度泥浆粘度为60s～90s，调制完成后静置24h使其膨化；泥浆置换量为仓内泥浆容积的1.2倍。置换泥浆时，仓内压力需高于工作压力0.2bar～0.5bar，高粘度泥浆的注入压力不得小于开仓压力，注入高粘度泥浆置换仓内泥浆过程中仓内压力需保持基本稳定。

（3）保压

步骤（2）泥浆置换完成后，即开始转动刀盘，刀盘转速控制在1r/min左右，刀盘转动5～10r；然后开始保压，保压按照开挖仓中心起始压力起算，每间隔30min，提高压力0.1bar，使终压比起始压力高0.2～0.5bar左右即开始保压，液位扔控制在50%左右，保压时间不得低于2h；

保压试验：待高粘度泥浆注入完成后，继续保压不小于2h，并每隔30min转动刀盘2min，即左、右各转动1min，以确保泥膜的成型质量；待保压完成后，连通泥水、气垫仓，将液位降至最低，静置一段时间，观察、记录仓内液位及压力变化，若液位及压力无变化或变化小，则证明成膜质量好，泥水仓密封效果良好，可进行下步作业；反之，则需重新成膜，直至达到良好的密封效果。

（4）仓内气体置换

采用盾构机自带的保压系统向气垫仓内压入高压空气，并同时打开保压系统的排气阀门进行排气，在确保气垫仓压力稳定的前提下，通过进-排气的循环，将仓内气体进行置换；仓内气体置换不得小于2h；

在开仓作业前必须在人仓内打开连接气垫仓的阀门，采用便携式气体检测仪检测气垫仓内的空气质量，当空气质量满足下表1的要求后，方可进行开仓作业；

如不满足表1的要求，必须重复步骤（3）的操作，直至仓内空气质量满足规范要求，才可开仓作业施工。

盾尾密封操作需要注意的事项：

①在盾构机快到停机位置时加大同步注浆量，确保同步注浆填充饱满，同时加大盾尾油脂的注入量，避免注浆压力过大流入盾尾导致盾尾密封失效。

②在盾尾后2环～10环利用管片上的二次注浆孔开孔进行水泥-水玻璃浆液双液浆的补注，同时从盾体径向孔注入聚氨酯，在盾壳外形成封闭止水圈，以保证壁后注浆的填充密实度及隔水效果，避免盾尾后的地下水流入仓内。

③密封措施完成后，调整气仓压力为开仓压力，通过观察泥水仓压力变化和液位变化判断盾尾止水效果。

④若止水效果不理想，可采取在盾尾后部管片开孔进行聚氨酯的补注，确保盾尾密封效果，在确认盾尾密封效果满足规定要求后，开始准备进行泥膜的制作。

泥膜制作过程的注意事项：为了增强地层的气密性，在开仓前通过向泥水仓内压注高粘度泥浆的方式进行泥膜制作。泥膜制作的目的是对掌子面可能存在的裂隙进行填充、封堵，减少仓内气体损失、地下水的侵入，维持掌子面的土体稳定，配制的高粘度泥浆粘度60s～90s，泥浆粘度在泥膜制作过程梯度增加（以确保可以通过高粘度泥浆的填充作用，将掌子面前方的地层裂隙进行填充，确保带压开仓的安全）。高粘度泥浆的配比可根据带压开仓人员进仓检查掌子面泥膜实际效果进行适当的调整，以确保泥膜的质量。

①高粘度泥浆的调制：高粘度泥浆的调制可采用泥浆站的调制浆系统进行调制，泥浆的调制严格按照配合比进行。高粘度泥浆调制完成后必须静置24h，并对调制完成的高粘度泥浆进行性能测试，满足规定要求后并利用混凝土运输罐车将高粘度泥浆运输至盾构机。

②高粘度泥浆的压注：高粘度泥浆的压注采用盾构的同步注浆系统通过进浆管向泥水仓内压注的方式进行，对仓内泥浆进行置换。做泥膜时，仓内压力需高于工作压力0.2bar ～0.5bar，高粘度泥浆的注入压力不得小于开仓压力，注入高粘度泥浆置换仓内泥浆过程中仓内压力需保持基本稳。高粘度泥浆注入过程中及时进行排浆，保证仓内液位及压力稳定。泥浆置换量为仓内泥浆容积的1.2倍,则需要置换的泥浆方量为216.5m³(切口尺寸为50mm时)。置换完成后低速转动刀盘一定时间，一方面确保成型泥膜质量，一方面避免压力过大导致地面被击穿。

③泥浆补注：随着开仓时间延续，为保障开挖面泥膜的持续密封效果，在每天最后一仓完成后，向刀盘前方压注新的高粘度泥浆，并通过出浆管将置换出来的浆液排出，过程中保证仓内压力稳定，置换完成后，仓内形成新的泥膜，然后静置保压不小于2h，通过补气量判断泥膜质量。

上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。