盾构机高水压条件下常压刀筒的堵漏方法
阅读说明：本技术 盾构机高水压条件下常压刀筒的堵漏方法 (Leakage blocking method for normal-pressure cutter barrel of shield machine under high-water-pressure condition ) 是由 徐文礼 姚占虎 王义盛 赵小鹏 段保亮 游恒 刘畅 李忠元 于 2021-09-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种盾构机高水压条件下常压刀筒的堵漏方法,适用于对球阀损坏的刀筒进行封堵,以更换刀筒,包括如下步骤：在盾构机的中心仓外定位距离球阀损坏的刀筒最近的冲洗口对应的冲洗管路,打开该冲洗管路的阀门并注入无水溶剂进行冲洗管路的清洗,之后注入聚氨酯发泡材料进行发泡直至漏浆停止,之后再次注入无水溶剂以将冲洗管路中的聚氨酯材料排出,堵漏完成。本发明的堵漏方法,通过定位最近的冲洗管路并注入无水溶剂,保证冲洗管路中无水,接着注入聚氨酯发泡材料在冲洗管路以及刀筒前和刀筒内进行发泡,从而进行堵漏。等到漏浆停止后,继续在冲洗管路中注入无水溶剂,以排出管路中的聚氨酯材料,防止管路堵住。(The invention discloses a leakage stopping method for a normal-pressure knife cylinder of a shield tunneling machine under a high-water pressure condition, which is suitable for stopping the knife cylinder with a damaged ball valve so as to replace the knife cylinder and comprises the following steps: positioning a flushing pipeline corresponding to a flushing port closest to a cutter cylinder damaged by the ball valve outside a central bin of the shield tunneling machine, opening a valve of the flushing pipeline and injecting an anhydrous solvent to clean the flushing pipeline, then injecting a polyurethane foaming material to foam until slurry leakage stops, then injecting the anhydrous solvent again to discharge the polyurethane material in the flushing pipeline, and completing leakage stoppage. According to the plugging method, the nearest flushing pipeline is positioned, anhydrous solvent is injected, the flushing pipeline is guaranteed to be anhydrous, and then polyurethane foam material is injected to foam in the flushing pipeline, the front of the cutter cylinder and the inside of the cutter cylinder, so that plugging is performed. After the slurry leakage stops, the anhydrous solvent is continuously injected into the flushing pipeline to discharge the polyurethane material in the pipeline so as to prevent the pipeline from being blocked.)
技术领域
本发明属于超大直径泥水盾构机隧道施工领域，主要涉及一种超大直径(直径≥14m)泥水盾构机高水压(大于等于6.0bar)条件下常压刀筒的堵漏方法。
背景技术
目前，出于施工安全和技术水平角度考虑，超大直径泥水盾构机通常采用常压刀盘。中心面板刀筒背后装有冲洗球阀及管路、刀具液压磨损检测装置管路等。在施工过程中，有时因为施工要求需要人员进入刀盘中心仓检查、更换刀具。在更换刀具过程中，可能发生机械器具撞坏刀筒冲洗球阀的情况，从而造成掌子面泥水喷涌入中心仓。超大直径泥水盾构机往往处于埋深较大的地层或者江底，一旦发生这种事故，泥水压力往往会达到6bar以上。现有的技术方法在当刀筒发生泥浆喷涌时，需要作业人员带压进仓进行堵漏，速度慢，成本高，风险大，对人员安全也有不良影响。且现有的人工堵漏方式难以堵住泄漏的泥水，很容易酿成人员伤亡事故，对施工进度和成本产生不可估量的损失。所以亟需一种适用于超大直径泥水盾构机在高水压条件下的常压刀筒堵漏方法，以避免人员伤亡和经济损失。
发明内容
有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于超大直径泥水盾构机在高水压条件下的常压刀筒堵漏方法，能够有效解决换刀过程中的刀筒泥水球阀损坏造成的漏浆喷涌问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：
一种盾构机高水压条件下常压刀筒的堵漏方法，适用于对球阀损坏的刀筒进行封堵，以更换刀筒，包括如下步骤：在盾构机的中心仓外定位距离球阀损坏的刀筒最近的冲洗口对应的冲洗管路，打开该冲洗管路的阀门并注入无水溶剂进行冲洗管路的清洗，之后注入聚氨酯发泡材料进行发泡直至漏浆停止，之后再次注入无水溶剂以将冲洗管路中的聚氨酯材料排出，堵漏完成。聚氨酯发泡材料由冲洗管路进入刀筒的前方(前方掌子面处)后进入损坏的刀筒内，进而发泡固化进行堵漏。
根据本发明的一些优选实施方面，堵漏过程中，注入的聚氨酯发泡材料的发泡时间逐渐缩短。即一开始注入的聚氨酯发泡材料的发泡时间长，后面注入的聚氨酯发泡材料的发泡时间短。由于冲洗管路具有一定的长度，通过采用不同发泡时间的材料，使得聚氨酯材料能够通过冲洗管路进入到损坏刀筒的前方并进入到刀筒内，进而完成堵漏。
根据本发明的一些优选实施方面，所述聚氨酯发泡材料对应的发泡时间由25-50s，逐渐缩短至10-12s。即一开始注入的聚氨酯发泡材料的发泡时间为25-50s，最后注入的聚氨酯发泡材料的发泡时间为10-12s。
根据本发明的一些优选实施方面，所述聚氨酯发泡材料为油溶性聚氨酯堵漏剂，包括主剂和辅剂，堵漏过程中采用的所述辅剂与主剂的质量比为1-10:100。通过辅剂和主剂的质量配比实现发泡时间的控制。
根据本发明的一些优选实施方面，堵漏过程中，逐渐增加所述辅剂与主剂的质量比。通过增加辅剂的占比实现发泡时间的逐渐缩短。
根据本发明的一些优选实施方面，堵漏过程中，先注入所述辅剂与主剂的质量比为1-2:100的聚氨酯发泡材料；之后注入所述辅剂与主剂的质量比为3-4:100的聚氨酯发泡材料；最后再注入所述辅剂与主剂的质量比为8-10:100的聚氨酯发泡材料。在一些实施例中，优选先注入所述辅剂与主剂的质量比为1:100，发泡时间为45s；之后注入的所述辅剂与主剂的质量比为3:100，发泡时间为21s；最后注入的所述辅剂与主剂的质量比为10:100，发泡时间为10s。
根据本发明的一些优选实施方面，在注入无水溶剂对冲洗管路进行清洗时需要逐渐降低中心仓的压力。
根据本发明的一些优选实施方面，在注入聚氨酯发泡材料进行发泡时继续逐渐降低中心仓的压力。其目的在于使得聚氨酯发泡材料通过冲洗管道进入损坏刀筒的前方并进入损坏的刀筒内，进而实现堵漏密封，即降低中心仓的压力能够起到一定的引流作用。
根据本发明的一些优选实施方面，当中心仓漏水情况停止后，继续逐步降低中心仓气压至中心仓恢复常压。降低压力过程中能够进一步观察堵漏情况，且降压至常压，方便后续维修人员进入中心仓内维修或更换刀筒。
根据本发明的一些优选实施方面，所述无水溶剂为油类物质，优选为柴油。
在本发明的一些实施例中，堵漏方法和更换刀筒的方法具体为：在中心仓外用注浆机连接到距离球阀损坏的刀筒最近的冲洗管路，打开该冲洗管路的阀门注入柴油冲洗管路，保证管路内没有水残留，然后利用注浆机开始注入聚氨酯发泡材料直至漏浆停止；之后再次向冲洗管路中注入柴油，以将冲洗管路中的聚氨酯材料排出。堵漏过程中逐步降低中心仓气压，直至中心仓恢复常压；检测中心仓气体没有问题后，人员进入中心仓，将新的阀门安装好后出仓。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：本发明的超大直径泥水盾构机高水压条件下常压刀筒的堵漏方法，通过定位最近的冲洗管路并注入无水溶剂，保证冲洗管路中无水，接着注入聚氨酯发泡材料在冲洗管路以及刀筒前和刀筒内进行发泡，从而进行堵漏。等到漏浆停止后，继续在冲洗管路中注入无水溶剂，以排出管路中的聚氨酯材料，防止管路堵住。通过这样的方式，能够快速、便携的进行堵漏操作，方便后续的更换维修，能够有效避免人员伤亡和降低经济损失。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例中球阀损坏的刀筒和冲洗管路冲洗口的位置示意图；
图2为本发明实施例中的堵漏方法的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明适用于超大直径泥水盾构机常压刀盘刀筒的堵漏方法，所述的盾构机为超大直径(直径≥14m)泥水盾构机；所述的刀筒为超大直径泥水盾构机常压刀盘刀筒，直径为17寸或19寸，并且背部端盖上带有中心冲洗管路球阀。
当在中心仓内作业，发生刀筒球阀损坏喷涌泥浆事故时，首先人员马上撤出并关闭中心仓舱门，然后向中心仓内补充空气加压，防止泥水仓喷涌的泥浆充满整个中心仓。
接着，采用本实施例中的盾构机高水压条件下常压刀筒的堵漏方法以及刀筒更换方法，对球阀损坏的刀筒进行封堵，以更换刀筒，如图2所示，具体包括如下步骤：
1)注入无水溶剂
首先在盾构机的中心仓外定位距离球阀损坏的刀筒最近的冲洗口对应的冲洗管路，打开该冲洗管路的阀门并利用注浆机注入无水溶剂进行冲洗管路的清洗，之后关闭该阀门。本实施例中的无水溶剂为柴油，注入量为30L。如图1所示，图1中，大的矩形框对应的是发生损坏的刀筒，小的矩形框对应的是离该损坏的刀筒最近的冲洗口。且在注入无水溶剂的同时，降低中心仓气压。
通过注入无水溶剂，保证管路内没有水残留，防止聚氨酯材料在一开始通入冲洗管路中就发泡，后续无法注入聚氨酯发泡材料，无法实现堵漏的效果。
2)注入聚氨酯发泡材料
再次打开阀门并利用注浆机注入聚氨酯发泡材料，聚氨酯发泡材料由冲洗管路进入刀筒的前方后进入损坏的刀筒内，进而发泡固化进行堵漏。且堵漏过程中，注入的聚氨酯发泡材料的发泡时间逐渐缩短。即一开始注入的聚氨酯发泡材料的发泡时间长，后面注入的聚氨酯发泡材料的发泡时间短。由于冲洗管路具有一定的长度，通过采用不同发泡时间的材料，使得聚氨酯材料能够通过冲洗管路进入到损坏刀筒的前方(掌子面)并进入到刀筒内，进而完成堵漏。
本实施例中注入的聚氨酯发泡材料为油溶性聚氨酯堵漏剂，包括主剂和辅剂，堵漏过程中采用的辅剂与主剂的质量比为1-10:100。由于聚氨酯经泵(注浆机)到达刀盘前方后向破损球阀刀筒内扩散的时间较长，故需要采用具有明显差异的发泡时间、失去流动性时间、上强度时间性能的聚氨酯辅剂与主剂配比。即通过辅剂和主剂的质量配比实现发泡时间、失去流动性时间、上强度时间的控制。
堵漏前需要进行不同主辅剂配比的聚氨酯发泡性能的试验。本实施例中采用上海隧道建筑防水材料有限公司生产的油溶性双组分聚氨酯堵漏剂，并进行试验，得到不同辅剂与主剂掺配比例下堵漏剂的发泡时间和失去流动性时间及上强度时间，具体配合比及试验结果如表1所示。
表1油溶性双组分聚氨酯堵漏剂性能试验数据
根据上述理由以及表中的数据，本实施例具体采用如下的注入方案：
注浆机开始注入聚氨酯发泡材料：先采用辅剂与主剂比例1:100的聚氨酯(发泡时间45s)；连续注入3桶(每桶50kg)后浆液喷出情况没有改变，继续增加辅剂的用量，采用辅剂与主剂比例3:100的聚氨酯(发泡时间21s)，连续注入4桶，在注入第6桶时浆液喷出流量开始减小；继续增加辅剂的用量，采用辅剂与主剂比例10:100的聚氨酯(发泡时间10s)，连续注入3桶，漏浆停止。
在注入聚氨酯发泡材料的过程中，同时继续逐步降低中心仓气压，使得聚氨酯发泡材料通过冲洗管道进入损坏刀筒的前方(掌子面)并进入损坏的刀筒内，进而实现堵漏密封，以保证堵漏的完全和效果。即降低中心仓的压力能够起到一定的引流作用。
3)再次注入无水溶剂
漏浆停止之后再次注入无水溶剂柴油30L以将冲洗管路中的聚氨酯材料排出，堵漏完成。至此，整个堵漏过程完毕，后续的步骤是人员进行维修和更换的步骤。
在注入材料的同时继续逐步降低中心仓气压，直至中心仓恢复常压，打开仓门，向中心仓通风，通风时间约30min，然后用气体检测仪对中心仓气体进行检测。
图2中的箭头所示即为注入材料的流动方向。
4)检测中心仓气体没有问题后，进仓人员带防毒面具快速进入中心仓，查看受损管路阀门实际受损状态，持续时间不超过1min，人员出仓后报告阀门受损状态。根据阀门的受损状态制定维修方案，两名工作人员带防毒面具、管钳、新的阀门进入中心仓，将新的阀门安装好后立即出仓。对该刀筒进行常压更换，并对损坏的冲洗阀接口增加保护罩。至此刀筒冲洗阀漏水处置完毕。
对比例1
本对比例与实施例1的步骤基本相同，区别点在于本对比例在注入聚氨酯材料的时候没有主剂和辅剂之间配比的变化，采用的是均以配比的聚氨酯发泡材料。本对比例中一直注入的是辅剂与主剂比例2:100的聚氨酯。结果是浆液喷出流量始终没有减小。
对比例2
本对比例与实施例1的步骤基本相同，区别点在于本对比例在注入聚氨酯材料的时候没有主剂和辅剂之间配比的变化，采用的是均以配比的聚氨酯发泡材料。本对比例中一直注入的是辅剂与主剂比例6:100的聚氨酯。结果是浆液喷出流量最终虽然有所减小，但是时间过长，且注入了较多的聚氨酯材料，造成了原料的浪费和成本的升高。
对比例3
本对比例与实施例1的步骤基本相同，区别点在于本对比例在注入聚氨酯材料的时候没有主剂和辅剂之间配比的变化，采用的是均以配比的聚氨酯发泡材料。本对比例中一直注入的是辅剂与主剂比例8:100的聚氨酯。结果是无法继续注入聚氨酯发泡材料，原因在于辅剂与主剂比例8:100的聚氨酯发泡时间短，在冲洗管道内就有所固化。
本发明提出的超大直径盾构高水压条件下常压刀筒的堵漏方法，通过刀盘中心回转接头冲洗管路将聚氨酯注入到发生漏浆喷涌的刀筒的前方掌子面处，聚氨酯与泥水接触后反应凝固从而堵住刀筒刀具开口和整个刀筒内部，阻止了掌子面的泥浆喷涌到中心仓。该方法具有很强的实用性和可操作性，并且提高了堵漏效率和准确性，降低了人员带压进仓堵漏的风险，降低了事故处理成本。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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