一种电蚀桩芯用于盾构直接始发与到达的工法
阅读说明：本技术 一种电蚀桩芯用于盾构直接始发与到达的工法 (Construction method for directly starting and arriving shield by using electric erosion pile core ) 是由 解萍 杨旭明 杨启双 曹磊 曹健 于 2021-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种电蚀桩芯用于盾构直接始发与到达的工法,包括如下步骤：挡土墙上设置桩芯；桩芯和设置在桩芯内的铜棒与电源正负极相连；电蚀桩芯,产生的氢气收集起来,产生的沉淀物过滤之后,重新利用电解质溶液；电蚀工作完成后,切削挡土墙中的混凝土结构。本发明所要解决的技术问题是,提供了一种电蚀桩芯用于盾构直接始发与到达的工法,将桩芯材料作为阳极,通过施加大电流将挡土墙的中的强度很高的桩芯材料快速溶解,剩余桩体材料采用盾构机直接切削的工法。省略了地基加固、人工拆除挡土墙等工序,同时桩芯的材料可以回收利用并能产生额外的氢气,提高安全性的同时也节省了工程成本。(The invention provides a construction method for directly starting and arriving a shield by using an electrolytic corrosion pile core, which comprises the following steps: arranging a pile core on the retaining wall; the pile core and the copper bar arranged in the pile core are connected with the anode and the cathode of the power supply; electroerosion pile core, collecting the generated hydrogen, filtering the generated precipitate, and reusing the electrolyte solution; and after the electric corrosion work is finished, cutting the concrete structure in the retaining wall. The invention aims to solve the technical problem of providing a construction method for directly starting and arriving a shield by using an electrolytic corrosion pile core, which is a construction method that a pile core material is used as an anode, the pile core material with high strength in a retaining wall is quickly dissolved by applying large current, and the residual pile body material is directly cut by a shield machine. The processes of foundation reinforcement, manual removal of the retaining wall and the like are omitted, and meanwhile, the material of the pile core can be recycled and can generate extra hydrogen, so that the safety is improved, and the engineering cost is also saved.)
技术领域
本发明是一种用于盾构直接始发与到达的工法，涉及工程
技术领域
，具体涉及电蚀桩芯用于盾构直接始发与到达的工法分析领域。背景技术
目前盾构机的始发与到达为防止土体坍塌常规的做法是在工作井的始发到达侧预先做大面积、大深度的地基加固处理。待地基加固达到设计强度以后，采用人工等方式拆除挡土墙结构，打开土层让盾构机或顶管机进入。该工法地基加固及拆除挡土墙结构的时间长、风险很高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供了一种电蚀桩芯用于盾构直接始发与到达的工法，将桩芯材料作为阳极，通过施加大电流将挡土墙的中的强度很高的桩芯材料快速溶解，剩余桩体材料采用盾构机直接切削的工法。省略了地基加固、人工拆除挡土墙等工序，同时桩芯的材料可以回收利用并能产生额外的氢气，提高安全性的同时也节省了工程成本。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种电蚀桩芯用于盾构直接始发与到达的工法，包括如下步骤：
步骤1：在挡土墙上设置若干垂直方向的桩芯，所述桩芯内部空心，所述桩芯上设有上下两处绝缘层，上下两处所述绝缘层将桩芯隔断成相互不接触的三部分，上下两处所述绝缘层分别位于供盾构机通过的待溶解区域的上方和下方；
步骤2：上下两处所述绝缘层之间的所述桩芯通过电缆与设置在地面的电源的阳极相连，所述桩芯内设有铜棒，所述铜棒通过所述电缆与所述电源的阴极相连，接通所述电源，电蚀所述桩芯，电蚀过程产生沉淀物氢氧化铁和氢气；
步骤3：在每个所述桩芯的底部均放置循环泵，所述循环泵抽取所述桩芯内的混有氢氧化铁的电解质调解液后，将混有氢氧化铁的电解质调解液通过循环管路经地面的氢氧化铁分离站分离氢氧化铁后，进入电解质调解池，所述电解质调解池的电解质调解液通过溢流管路伸入到桩芯内，循环利用电解质调解液；
步骤4：所述桩芯的顶部设有氢气收集管路，所述氢气收集管路与地面的氢气压缩装置相连，将桩芯中产生的氢气压缩瓶装；
步骤5：电蚀工作完成后，关闭所述电源，回收所述桩芯中的电解质调解液；
步骤6：盾构机切削挡土墙中的混凝土结构，完成盾构始发或到达施工。
优选的，所述桩芯的形状为圆柱体或立方体。
优选的，步骤1中所述绝缘层与所述桩芯相熔接。
其中，步骤2中电蚀的电化学式为：
2Fe+6H2O→2Fe(OH)3↓+3H2↑(1)。
优选的，步骤2电蚀过程进行之前为防止电蚀过程中土体可能发生坍塌，先将盾构机顶入，与挡土墙紧密贴合。
优选的，步骤2中所述铜棒上套上若干个绝缘环，发生碰撞时，绝缘环与所述桩芯先接触，避免所述铜棒的导电性受影响。
优选的，步骤3中所述循环泵抽取所述桩芯内的混有氢氧化铁的电解质调解液的过程中，通过地面的空压机向所述桩芯的底部通气，加速电解质溶液的循环并使沉淀物氢氧化铁翻滚，以利于混有氢氧化铁的电解质调解液便于被所述循环泵抽取。
进一步的，电解质调解液包括金属离子、金属阴离子，所述金属阳离子包括钠离子、钾离子中的任意一种或两种，所述阴离子包括氯离子、醋酸根离子和硫酸根离子中的任意一种或几种。
进一步的，为了电蚀过程均匀进行，在电蚀过程中采用距离调整公式动态调整铜棒与桩芯的距离。
其中，距离调整公式为：
(1)电蚀进行时间t≤电蚀初始阶段t1时，
其中，Li表示第i个桩芯中铜棒与桩芯之间的距离，i为1～n之间的任一自然数，h1表示两个绝缘体之间的桩芯高度，h2表示铜棒高度，t1为电蚀初始阶段所需要的时间，为常数，t表示当前电蚀所进行的时间；
(2)电蚀初始阶段t1＜电蚀进行时间t＜电蚀尾声阶段t2时，
其中，△Vi表示在△t时间段内第i个桩芯中铜棒与桩芯之间的电压变化，表示△t时间段内所有桩芯中铜棒与桩芯之间的电压变化的平均值，K1表示电压变化预设下限比例，为常数，K2表示电压变化预设上限比例，为常数，t2为电蚀尾声阶段所需要的时间，为常数；
(3)电蚀进行时间t≥电蚀尾声阶段t2时，
本发明的有益效果：
本发明所要解决的技术问题是，提供了一种电蚀桩芯用于盾构直接始发与到达的工法，将桩芯材料作为阳极，通过施加大电流将挡土墙的中的强度很高的桩芯材料快速溶解，剩余桩体材料采用盾构机直接切削的工法。省略了地基加固、人工拆除挡土墙等工序，同时桩芯的材料可以回收利用并能产生额外的氢气，提高安全性的同时也节省了工程成本。
1、本发明提出的通过施加大电流将挡土墙的中的强度很高的桩芯材料快速溶解，剩余桩体材料采用盾构机直接切削的工法，大大提高了盾构机切削的工作效率，节省了成本。
2、本发明通过铜棒上增加绝缘环，可以避免铜棒和桩芯发生碰撞，而对铜棒的导电性能并不会产生较大影响。
3、本发明增加了空压机向桩芯底部通气，加速电解质溶液的循环，通过地面的空压机向所述桩芯的底部通气，加速电解质溶液的循环并使沉淀物氢氧化铁翻滚，以利于混有氢氧化铁的电解质调解液便于被所述循环泵抽取。
4、本发明通过距离调整公式动态调整铜棒与桩芯的距离，促进电蚀过程更加均匀有效的进行。
附图说明
图1是本发明的挡土墙结构示意图；
图2是本发明的一个桩芯的电蚀结构示意图；
图3是本发明的一个桩芯和上下绝缘层的结构示意图；
图4是本发明的一个桩芯的俯视结构图。
1-挡土墙、2-桩芯、3-待溶解区域、4-绝缘层、5-循环泵、6-循环管路、7-氢氧化铁分离站、8-电解质调解池、9-溢流管路、10-氢气压缩装置、11-氢气收集管路、12-电缆、13-电源、14-铜棒。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明一种电蚀桩芯用于盾构直接始发与到达的工法作进一步详细说明。
实施例1
如图1-图4所示，一种电蚀桩芯用于盾构直接始发与到达的工法，包括如下步骤：
步骤1：在挡土墙1上设置若干垂直方向的桩芯2，所述桩芯2内部空心，所述桩芯2上设有上下两处绝缘层4，上下两处所述绝缘层4将桩芯2隔断成相互不接触的三部分，上下两处所述绝缘层4分别位于供盾构机通过的待溶解区域3的上方和下方；
步骤2：上下两处所述绝缘层4之间的所述桩芯2通过电缆12与设置在地面的电源13的阳极相连，所述桩芯2内设有铜棒14，所述铜棒14通过所述电缆12与所述电源13的阴极相连，接通所述电源13，电蚀所述桩芯2，电蚀过程产生沉淀物氢氧化铁和氢气；
步骤3：在每个所述桩芯2的底部均放置循环泵5，所述循环泵5抽取所述桩芯2内的混有氢氧化铁的电解质调解液后，将混有氢氧化铁的电解质调解液通过循环管路6经地面的氢氧化铁分离站7分离氢氧化铁后，进入电解质调解池8，所述电解质调解池8的电解质调解液通过溢流管路9伸入到桩芯2内，循环利用电解质调解液；
步骤4：所述桩芯2的顶部设有氢气收集管路11，所述氢气收集管路11与地面的氢气压缩装置10相连，将桩芯2中产生的氢气压缩瓶装；
步骤5：电蚀工作完成后，关闭所述电源13，回收所述桩芯2中的电解质调解液；
步骤6：盾构机切削挡土墙中的混凝土结构，完成盾构始发或到达施工。
其中，所述桩芯2的形状为圆柱体或立方体，采用钢制材料制成。所述循环泵5置于所述桩芯2的底部，由于所述桩芯2具有高浓度的电解质溶液并存在很大的电流，所以循环泵5一般采用不锈钢或塑料制造。另外，所述电源13为若干台大容量直流电源，为保证电蚀达到理想效果，通常每台直流电源容量为1000～6000A。
优选的，步骤1中所述绝缘层4与所述桩芯2相熔接。
其中，步骤2中电蚀的电化学式为：
2Fe+6H2O→2Fe(OH)3↓+3H2↑ (1)。
优选的，步骤2电蚀过程进行之前为防止电蚀过程中土体可能发生坍塌，先将盾构机顶入，与挡土墙1紧密贴合。
电解质调解液可以为各种可溶解的盐类物质，比如NaCl。
作为替换的，电解质调解液包括金属离子、金属阴离子，所述金属阳离子包括钠离子、钾离子中的任意一种或两种，所述阴离子包括氯离子、醋酸根离子和硫酸根离子中的任意一种或几种。
另外，阴极铜棒14有可能与桩芯2直接接触，造成电蚀电流激增损坏电源设备。为此电源设备中设置有过载保护装置，可以采用熔断器。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于：在铜棒上增加了绝缘环，避免发生碰撞。
具体的，一种电蚀桩芯用于盾构直接始发与到达的工法，包括如下步骤：
步骤1：在挡土墙1上设置若干垂直方向的桩芯2，所述桩芯2内部空心，所述桩芯2上设有上下两处绝缘层4，上下两处所述绝缘层4将桩芯2隔断成相互不接触的三部分，上下两处所述绝缘层4分别位于供盾构机通过的待溶解区域3的上方和下方；
步骤2：上下两处所述绝缘层4之间的所述桩芯2通过电缆12与设置在地面的电源13的阳极相连，所述桩芯2内设有铜棒14，所述铜棒14通过所述电缆12与所述电源13的阴极相连，接通所述电源13，电蚀所述桩芯2，电蚀过程产生沉淀物氢氧化铁和氢气；
步骤3：在每个所述桩芯2的底部均放置循环泵5，所述循环泵5抽取所述桩芯2内的混有氢氧化铁的电解质调解液后，将混有氢氧化铁的电解质调解液通过循环管路6经地面的氢氧化铁分离站7分离氢氧化铁后，进入电解质调解池8，所述电解质调解池8的电解质调解液通过溢流管路9伸入到桩芯2内，循环利用电解质调解液；
步骤4：所述桩芯2的顶部设有氢气收集管路11，所述氢气收集管路11与地面的氢气压缩装置10相连，将桩芯2中产生的氢气压缩瓶装；
步骤5：电蚀工作完成后，关闭所述电源13，回收所述桩芯2中的电解质调解液；
步骤6：盾构机切削挡土墙中的混凝土结构，完成盾构始发或到达施工。
步骤2中所述铜棒14上套上若干个绝缘环，发生碰撞时，绝缘环与所述桩芯2先接触，避免所述铜棒14的导电性受影响。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于：增加了空压机向桩芯底部通气，加速电解质溶液的循环。
具体的，一种电蚀桩芯用于盾构直接始发与到达的工法，包括如下步骤：
步骤1：在挡土墙1上设置若干垂直方向的桩芯2，所述桩芯2内部空心，所述桩芯2上设有上下两处绝缘层4，上下两处所述绝缘层4将桩芯2隔断成相互不接触的三部分，上下两处所述绝缘层4分别位于供盾构机通过的待溶解区域3的上方和下方；
步骤2：上下两处所述绝缘层4之间的所述桩芯2通过电缆12与设置在地面的电源13的阳极相连，所述桩芯2内设有铜棒14，所述铜棒14通过所述电缆12与所述电源13的阴极相连，接通所述电源13，电蚀所述桩芯2，电蚀过程产生沉淀物氢氧化铁和氢气；
步骤3：在每个所述桩芯2的底部均放置循环泵5，所述循环泵5抽取所述桩芯2内的混有氢氧化铁的电解质调解液后，将混有氢氧化铁的电解质调解液通过循环管路6经地面的氢氧化铁分离站7分离氢氧化铁后，进入电解质调解池8，所述电解质调解池8的电解质调解液通过溢流管路9伸入到桩芯2内，循环利用电解质调解液；
步骤4：所述桩芯2的顶部设有氢气收集管路11，所述氢气收集管路11与地面的氢气压缩装置10相连，将桩芯2中产生的氢气压缩瓶装；
步骤5：电蚀工作完成后，关闭所述电源13，回收所述桩芯2中的电解质调解液；
步骤6：盾构机切削挡土墙中的混凝土结构，完成盾构始发或到达施工。
步骤3中所述循环泵5抽取所述桩芯2内的混有氢氧化铁的电解质调解液的过程中，通过地面的空压机向所述桩芯2的底部通气，加速电解质溶液的循环并使沉淀物氢氧化铁翻滚，以利于混有氢氧化铁的电解质调解液便于被所述循环泵5抽取。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于：通过距离调整公式动态调整铜棒与桩芯的距离，促进电蚀过程更加均匀有效的进行。
具体的，一种电蚀桩芯用于盾构直接始发与到达的工法，包括如下步骤：
步骤1：在挡土墙1上设置若干垂直方向的桩芯2，所述桩芯2内部空心，所述桩芯2上设有上下两处绝缘层4，上下两处所述绝缘层4将桩芯2隔断成相互不接触的三部分，上下两处所述绝缘层4分别位于供盾构机通过的待溶解区域3的上方和下方；
步骤2：上下两处所述绝缘层4之间的所述桩芯2通过电缆12与设置在地面的电源13的阳极相连，所述桩芯2内设有铜棒14，所述铜棒14通过所述电缆12与所述电源13的阴极相连，接通所述电源13，电蚀所述桩芯2，电蚀过程产生沉淀物氢氧化铁和氢气；
步骤3：在每个所述桩芯2的底部均放置循环泵5，所述循环泵5抽取所述桩芯2内的混有氢氧化铁的电解质调解液后，将混有氢氧化铁的电解质调解液通过循环管路6经地面的氢氧化铁分离站7分离氢氧化铁后，进入电解质调解池8，所述电解质调解池8的电解质调解液通过溢流管路9伸入到桩芯2内，循环利用电解质调解液；
步骤4：所述桩芯2的顶部设有氢气收集管路11，所述氢气收集管路11与地面的氢气压缩装置10相连，将桩芯2中产生的氢气压缩瓶装；
步骤5：电蚀工作完成后，关闭所述电源13，回收所述桩芯2中的电解质调解液；
步骤6：盾构机切削挡土墙中的混凝土结构，完成盾构始发或到达施工。
为了电蚀过程均匀进行，在电蚀过程中采用距离调整公式动态调整铜棒与桩芯的距离。
其中，距离调整公式为：
(1)电蚀进行时间t≤电蚀初始阶段t1时，
其中，Li表示第i个桩芯中铜棒与桩芯之间的距离，i为1～n之间的任一自然数，h1表示两个绝缘体之间的桩芯高度，h2表示铜棒高度，t1为电蚀初始阶段所需要的时间，为常数，t表示当前电蚀所进行的时间；
(2)电蚀初始阶段t1＜电蚀进行时间t＜电蚀尾声阶段t2时，
其中，△Vi表示在△t时间段内第i个桩芯中铜棒与桩芯之间的电压变化，表示△t时间段内所有桩芯中铜棒与桩芯之间的电压变化的平均值，K1表示电压变化预设下限比例，为常数，K2表示电压变化预设上限比例，为常数，t2为电蚀尾声阶段所需要的时间，为常数；
(3)电蚀进行时间t≥电蚀尾声阶段t2时，
这里，铜棒14与绝缘的直杆相连，直杆通到地面，直杆的顶端固定设有横杆，横杆可以设置在卡槽中，卡槽上有若干开口方向一致的卡口，可以通过横杆与卡槽的卡接控制铜棒14与桩芯2之间的距离。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组间可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组间组合成一个模块或单元或组间，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组间。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。
如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。