專利名稱：一種適用于復(fù)雜地層施工的復(fù)合盾構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑施工機(jī)械，更具體地說，是一種既能適 應(yīng)軟土、又能適應(yīng)風(fēng)化巖、軟硬不均地層、石少層及砂卵石地層等 復(fù)雜地層施工的復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)。
背景技術(shù)：
我國地域廣大，工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜，根據(jù)我
國的地質(zhì)條件特點，盾構(gòu)應(yīng)用技術(shù)可大致劃分為三大地層即以 上海地區(qū)為代表的軟弱土地層，以廣州地區(qū)為代表的風(fēng)化巖及軟 硬不均地層，以北京地區(qū)為代表的砂、層、^眇卯石地層。由于地質(zhì) 條件復(fù)雜，因此，每一個工程都應(yīng)根據(jù)工程的水文、地質(zhì)條件選 用合適的盾構(gòu)。中國專利ZL2 005 1 01 305 9 0. 0 />告了 "一種復(fù)合 式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)"，該專利只是解決了高透水的礫砂土層或卵 (礫)石土層中的正常掘進(jìn)問題。但目前還沒有同時適應(yīng)軟土 、風(fēng) 化巖、軟硬不均地層、砂層及砂卵石地層的復(fù)合盾構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適用于復(fù)雜地層施工的復(fù)合盾 構(gòu)。本發(fā)明解決在軟土、風(fēng)化巖、軟硬不均地層、砂層及砂卵石 地層等不同地層中的盾構(gòu)安全施工問題。
本發(fā)明的一種適用于復(fù)雜地層施工的復(fù)合盾構(gòu)，包括，刀盤、 盾殼、人搶、皮帶輸送機(jī)、仿形刀、螺旋輸送機(jī)和土倉，該盾構(gòu) 還包括
復(fù)合式刀盤，所述刀盤為復(fù)合式刀盤，適合軟土、硬巖等 不同地層施工，刀盤上分別安裝有軟土層施工工具和硬巖地層 施工工具，在不同地層施工時更換刀具；
三種開挖模式，根據(jù)不同的地質(zhì)采用敞開模式、局部氣壓模式或土壓平衡模式的開挖面穩(wěn)定模式；
碴土改良系統(tǒng)，通過向刀盤面、土倉或螺魂j^送才幾內(nèi)注入 添加劑，并利用刀盤的旋轉(zhuǎn)攪拌、土倉攪拌裝置攪拌或螺旋輸 送機(jī)旋轉(zhuǎn)攪拌使添加劑與土碴混合，通過碴土改良，以適應(yīng)不 同的地層。
本發(fā)明是一種適用于復(fù)雜地層施工的復(fù)合盾構(gòu)，還具有如
下的特點復(fù)合式刀盤包括刀盤、耐磨條、切刀、弧形刮刀、 滾刀和仿形刀；刀盤周邊安裝有耐磨條；在刀盤上有放射形的 至少兩排切口槽，在每一條切口槽內(nèi)安裝有兩排切刀，在每一 列切刀端部位于刀盤邊沿處安裝有弧形刮刀；在刀盤周邊每二 條切口槽之間有周邊開口 ，在每一個周邊開口內(nèi)有弧形刮刀； 在刀盤上呈十字排列設(shè)置有滾刀，在切口槽內(nèi)兩排切刀之間安 裝有仿形刀。
三種開挖模式分別是
(一) 敞開式施工，針對開挖面是穩(wěn)定性較好的巖層，不用調(diào) 整土倉壓力，即不對開挖面進(jìn)行連續(xù)壓力平衡，盾構(gòu)切削下來的 碴土進(jìn)入土倉內(nèi)即刻被螺旋輸送機(jī)排出；
(二) 局部氣壓模式施工，土倉內(nèi)保持60%-70%的碴土，掘進(jìn) 中遇到圍巖穩(wěn)定、但富含地下水的地層；或者施工斷面上大部分 圍巖穩(wěn)定，僅有局部會出現(xiàn)失壓崩潰的地層，或者破碎帶，此時 增大推進(jìn)速度以求得快速通過，并暫時停止螺旋機(jī)出土、關(guān)閉螺 i走機(jī)出土閘門，4吏土倉的下部充滿碴石，向開挖面和土倉中注入 適量的添加材料和壓縮空氣，所述的添加材料為泡沫、聚合物、 膨潤土、泥漿或添加劑；然后再控制螺旋機(jī)低速轉(zhuǎn)動以保證在螺 旋機(jī)中形成"土塞"；
(三) 土壓平衡模式施工，對于開挖地層穩(wěn)定性差或有較多的 地下水的軟土或軟巖地層，盾構(gòu)在掘進(jìn)開挖面土體的同時，使掘 進(jìn)下來的碴土充滿土倉內(nèi)，并且使土倉內(nèi)的碴土密度盡可能與隧 道開挖面上的土壤密度接近；在推進(jìn)油缸的推力作用下，土倉內(nèi)
6充滿的碴土形成一定的壓力，土倉內(nèi)的碴土壓力與隧道開挖面上 的水、土壓力實現(xiàn)動態(tài)平衡。采用土壓平衡模式時，在不同地質(zhì) 地段掘進(jìn)時，根據(jù)需要添加泡沫劑、聚合物、膨潤土等以改善碴 土性能。
碴土改良系統(tǒng)包括土壓傳感器、膨潤土系統(tǒng)接口 、泡沫 發(fā)生器、泡沫劑泵、水泵、泡沫劑箱和水箱，在刀盤上安裝 有土壓傳感器，膨潤土系統(tǒng)接口通過管路連接，泡沫發(fā)生器通 過管路連接膨潤土系統(tǒng)接口 ，泡沫劑箱和水箱分別經(jīng)過泡沫 劑泵和水泵連接膨潤土系統(tǒng)接口 。
本發(fā)明的一種適用于復(fù)雜地層施工的復(fù)合盾構(gòu)，還包括帶壓 進(jìn)搶安全系統(tǒng)；該系統(tǒng)由主搶室、進(jìn)口艙室、開挖搶和保壓系統(tǒng) 構(gòu)成；開挖艙位于刀盤旁邊，主艙室與開挖艙相連接，主艙室與 進(jìn)口搶室相連接，開挖搶與主搶室、主搶室與進(jìn)口餘室之間有人 孔門，人孔門緊密關(guān)閉；保壓系統(tǒng)連接開挖艙。
本發(fā)明的一種適用于復(fù)雜地層施工的復(fù)合盾構(gòu)，通過研究盾 構(gòu)施工中開挖面的穩(wěn)定機(jī)理，提供一種在復(fù)雜地層中具有高適應(yīng) 性的復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)，針對不同地質(zhì)條件的特點，能同時適 應(yīng)軟土、風(fēng)化巖、軟硬不均地層、砂層及砂卵石地層的安全施工 系統(tǒng)。
本發(fā)明的一種適用于復(fù)雜地層施工的復(fù)合盾構(gòu)，通過采用 不同的開挖面穩(wěn)定模式及不同的刀具布置和碴土改良系統(tǒng)以適 應(yīng)不同地層，并設(shè)計有帶壓進(jìn)艙安全系統(tǒng)，能安全可靠地快速進(jìn)
本發(fā)明所述的復(fù)合盾構(gòu)，其地質(zhì)適應(yīng)性非常廣，在我國具有 廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明主機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖2是復(fù)合式刀盤的結(jié)構(gòu)示意圖3是圖2的側(cè)視圖；圖4是敞開式施工的原理圖5是局部氣壓模式施工的原理圖6是土壓平衡模式施工的原理圖7是碴土改良系統(tǒng)的原理圖8是帶壓進(jìn)艙安全系統(tǒng)的原理圖9是帶壓進(jìn)艙安全系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖10是帶壓進(jìn)艙安全系統(tǒng)流程圖。
圖中刀盤1、盾殼2、人艙3、推進(jìn)油缸4、鉸接點5、盾 尾6、整圓器7、伸縮器8、盾尾密封9、螺旋輸送機(jī)驅(qū)動機(jī)構(gòu) 10、皮帶輸送機(jī)11、前閘門13、螺旋輸送機(jī)14、鉸接油缸15、 管片安裝機(jī)16、安裝頭17、管片輸送機(jī)18、耐磨條19、泡沫口 20、攪拌棒21、切刀22、切口槽23、弧形刮刀24、周邊開口 25、滾刀26、仿形刀27、刀盤驅(qū)動28、 土壓傳感器29、回轉(zhuǎn)才幾 構(gòu)30、膨潤土系統(tǒng)接口 31、泡沫劑泵32、水泵33、泡沫劑箱 34、水箱35、泡沫發(fā)生器36、主艙室37、進(jìn)口艙室38、開挖艙 39、保壓系統(tǒng)40、泥鹽41、 土倉42、人孔門43。
具體實施例方式
下面用最佳的實施例對本發(fā)明作詳細(xì)的說明
參閱圖1, 一種適用于復(fù)雜地層施工的復(fù)合盾構(gòu)，包括，刀 盤1、盾殼2、人艙3、皮帶輸送機(jī)11、仿形刀27、螺旋輸送機(jī) 14和土倉42,該系統(tǒng)還包括
復(fù)合式刀盤，所述刀盤1為復(fù)合式刀盤，適合軟土地層施 工和硬巖地層施工，刀盤上分別安裝有軟土層施工工具和硬巖地 層施工工具，在不同地層施工時更換刀具；
三種開挖模式，根據(jù)不同的地質(zhì)釆用敞開模式、局部氣壓 模式或土壓平衡模式的開挖面穩(wěn)定模式；
碴土改良系統(tǒng)，通過向刀盤面、土倉或螺3走輸送機(jī)內(nèi)注入 添加劑，并利用刀盤的旋轉(zhuǎn)攪拌、土倉攪拌裝置攪拌或螺旋輸送 機(jī)旋轉(zhuǎn)攪拌使添加劑與土碴混合，通過碴土改良，以適應(yīng)不同的地層。
參閱圖2和圖3，復(fù)合式刀盤包括刀盤1、耐磨條19、切刀 22、弧形刮刀24、滾刀26和仿形刀27;刀盤1周邊安裝有耐磨 條19;在刀盤1上有放射形的至少兩排切口槽23,在每一條切 口槽23內(nèi)安裝有兩排切刀22,在每一列切刀22端部位于刀盤1 邊沿處安裝有弧形刮刀24;在刀盤1周邊每二條切口槽23之間 有周邊開口 25,在每一個周邊開口 25內(nèi)有弧形刮刀24;在刀盤 1上呈十字排列設(shè)置有滾刀26，在切口槽23內(nèi)兩排切刀22之間 安裝有仿形刀27。
參閱圖4、圖5和圖6，三種開挖模式分別是
(一) 敞開式施工，針對開挖面是穩(wěn)定性較好的巖層，不用 調(diào)整土倉壓力，即不對開挖面進(jìn)行連續(xù)壓力平衡，盾構(gòu)切削下來 的碴土進(jìn)入土倉內(nèi)即刻被螺旋輸送機(jī)排出；
(二) 局部氣壓模式施工，土倉內(nèi)保持60%-70%的碴土 ，掘進(jìn) 中遇到圍巖穩(wěn)定、但富含地下水的地層；或者施工斷面上大部分 圍巖穩(wěn)定，僅有局部會出現(xiàn)失壓崩潰的地層；或者破碎帶，此時 增大推進(jìn)速度以求得快速通過，并暫時停止螺旋機(jī)出土、關(guān)閉螺 旋機(jī)出土閘門， <吏土倉的下部充滿碴石，向開挖面和土倉中注入 適量的添加材料和壓縮空氣，所述的添加材料為泡沫、聚合物、 膨潤土、泥漿或添加劑；再控制螺旋機(jī)低速轉(zhuǎn)動以保證在螺旋機(jī) 中形成"土塞"；
(三) 或者，土壓平衡模式施工，對于開挖地層穩(wěn)定性差或 有較多的地下水的軟土或軟巖地層，盾構(gòu)在掘進(jìn)開挖面土體的同 時，使掘進(jìn)下來的碴土充滿土倉內(nèi)，并且使土倉內(nèi)的碴土密度盡 可能與隧道開挖面上的土壤密度接近；在推進(jìn)油缸的推力作用 下，土倉內(nèi)充滿的碴土形成一定的壓力，土倉內(nèi)的碴土壓力與隧 道開挖面上的水、土壓力實現(xiàn)動態(tài)平衡。
參閱圖7 ,碴土改良系統(tǒng)包括土壓傳感器2 9 、膨潤土系 統(tǒng)接口 31、泡沫發(fā)生器36、泡沫劑泵32、水泵33、泡沫劑箱34和水箱35,在刀盤1上安裝有土壓傳感器2 9，膨潤土系統(tǒng) 接口 31通過管路連接42,泡沫發(fā)生器36通過管路連接膨潤土 系統(tǒng)接口 31，泡沫劑箱34和水箱35分別經(jīng)過泡沫劑泵32和 水泵3 3連"l姿膨潤土系統(tǒng)4妄口 31。
參閱圖8和圖9, 一種適用于復(fù)雜地層施工的復(fù)合盾構(gòu)，還 包括帶壓進(jìn)艙安全系統(tǒng)；該系統(tǒng)由主艙室37、進(jìn)口艙室38、開 挖艙39和保壓系統(tǒng)40構(gòu)成；開挖艙39位于刀盤1旁邊，主艙 室37與開挖艙39相連接，主艙室37與進(jìn)口搶室38相連接，開 挖艙39與主艙室37、主搶室37與進(jìn)口搶室38之間有人孔門， 人孔門緊密關(guān)閉；保壓系統(tǒng)40連接開挖艙39。
本發(fā)明所提供的復(fù)合盾構(gòu)的主機(jī)主要包括盾殼、刀盤、刀 盤驅(qū)動、螺旋輸送機(jī)、皮帶輸送機(jī)、管片安裝機(jī)、人倉等。見圖 1。
本發(fā)明所述的復(fù)合盾構(gòu)，其刀盤為復(fù)合式刀盤，見圖2和圖 3。釆用復(fù)合式刀盤是復(fù)合盾構(gòu)的主要特點之一。在刀盤上既安 裝有軟土刀具，如切刀和刮刀、仿形刀，又安裝硬巖刀具(滾刀)。 通過不同的刀具布置以適應(yīng)不同地層。在軟土地層施工時，復(fù)合 式刀盤上的硬巖滾刀可更換為先行刀(齒刀、撕裂刀或貝殼刀)。
本發(fā)明所述的復(fù)合盾構(gòu)，具有三種開挖面穩(wěn)定模式(見圖4、 5、 6)。在盾構(gòu)施工中，能根據(jù)不同的地質(zhì)采用不同的開挖面穩(wěn) 定模式。采用多種模式并能根據(jù)地質(zhì)的不同變換作業(yè)模式是復(fù)合 盾構(gòu)的主要特點之二。
三種開挖面穩(wěn)定模式分別為敞開模式、局部氣壓模式和土壓 平衡模式，每一種穩(wěn)定模式具有不同的特點和適用不同的地層。
1 )敞開式
復(fù)合盾構(gòu)面對開挖面是穩(wěn)定性較好的巖層時，可以采用敞開 式施工，不用調(diào)整土倉壓力。敞開式模式一般用于地層自穩(wěn)條件 比較好的場合，即使不對開挖面進(jìn)行連續(xù)壓力平衡，在短時間內(nèi) 也可保證開挖面不失穩(wěn)，土體不坍塌。在能夠自穩(wěn)、地下水少的地層多采用這種模式。盾構(gòu)切削下來的碴土進(jìn)入土倉內(nèi)即刻被螺 旋輸送機(jī)排出，土倉內(nèi)僅有極少量的碴土，土倉基本處于清空狀 態(tài)，掘進(jìn)中刀盤和螺旋輸送機(jī)所受反扭力較小。采用敞開模式掘 進(jìn)時，以滾刀破巖為主，采用高轉(zhuǎn)速、低扭矩和適宜的螺旋輸送
機(jī)轉(zhuǎn)速推進(jìn)；同步注漿時，漿液可能滲流到盾殼與周圍巖體間的 空隙甚至刀盤處，為避免此現(xiàn)象發(fā)生可采取適當(dāng)增大漿液粘度、 縮短漿液凝結(jié)時間、調(diào)整注漿壓力、管片背后補(bǔ)充注漿等方法來 解決。
2) 局部氣壓模式
也稱半敞開式。復(fù)合盾構(gòu)對于開挖面具有一定的自穩(wěn)性，可 以采用半敞開式；調(diào)節(jié)螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速，土倉內(nèi)保持2/3左右 的碴土。如果掘進(jìn)中遇到圍巖穩(wěn)定、但富含地下水的地層；或者 施工斷面上大部分圍巖穩(wěn)定，僅有局部會出現(xiàn)失壓崩潰的地層； 或者破碎帶。此時應(yīng)增大推進(jìn)速度以求得快速通過，并暫時停止 螺旋機(jī)出土、關(guān)閉螺旋機(jī)出土閘門，使土倉的下部充滿碴石，向 開挖面和土倉中注入適量的添加材料(如膨潤土 、泥漿或添加劑) 和壓縮空氣，使土倉內(nèi)碴土的密水性增加，同時也使添加材料在 壓力作用下滲進(jìn)開挖面地層，在開挖面上產(chǎn)生一層致密的"泥 膜"。通過氣壓和泥膜阻止開挖面涌水和坍塌現(xiàn)象的發(fā)生，再控 制螺旋機(jī)低速轉(zhuǎn)動以保證在螺旋機(jī)中形成"土塞，，，是完全可以 安全快速地通過這類不良地層的。掘進(jìn)中土倉內(nèi)的碴土未充滿土 倉，尚有一定的空間，通過向土倉內(nèi)輸入壓縮空氣與碴土共同支 撐開挖面和防止地下水滲入。該掘進(jìn)模式適用于具有一定自穩(wěn)能 力和地下水壓力不太高的地層，其防止地下水滲入的效果主要取 決于壓縮空氣的壓力，在上軟下硬地層施工時多采用這種模式。 在上軟下石更地層施工時以滾刀破巖為主破碎石更巖，以齒刀、刮刀 為主切削土層。在河底段掘進(jìn)時，需要添加泡沫劑、聚合物、膨 潤土等改善碴土的止水性，以使土倉內(nèi)的壓力穩(wěn)定平衡。
3) 土壓平衡模式復(fù)合盾構(gòu)對于開挖地層穩(wěn)定性不好或有較多的地下水的軟
質(zhì)巖地層時，需采用土壓平衡模式；此時需根據(jù)前面地層的不同，
保持不同的土倉壓力。
盾構(gòu)在掘進(jìn)開挖面土體的同時，使掘進(jìn)下來的碴土充滿土倉 內(nèi)，并且使土倉內(nèi)的碴土密度盡可能與隧道開挖面上的土壤密度 接近。在推進(jìn)油缸的推力作用下，土倉內(nèi)充滿的碴土形成一定的 壓力，土倉內(nèi)的碴土壓力與隧道開挖面上的水、土壓力實現(xiàn)動態(tài) 平衡，這樣開挖面上的土壤就不會輕易坍落，達(dá)到既完成掘進(jìn)又 不會造成開挖面土體的失穩(wěn)。
土倉內(nèi)的壓力可通過改變盾構(gòu)的掘進(jìn)速度或螺旋機(jī)的轉(zhuǎn)速 (排碴量土)來調(diào)節(jié)，按與盾構(gòu)掘削土量(包括加泥材料量)對 應(yīng)的排碴量連續(xù)出土，保證使掘削土量與排碴量相對應(yīng)，使土倉 中的塑流性碴土的土壓力能始終與開挖面上的水土壓力保持平 衡，保持開挖面的穩(wěn)定性，壓力大小根據(jù)安裝在土倉壁上的壓力 傳感器來獲得，螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速(排土量)根據(jù)壓力傳感器獲得的土 壓自動調(diào)節(jié)。
采用土壓平衡模式時，以齒刀、切刀為主切削土層，以低轉(zhuǎn) 速、大扭矩推進(jìn)。土倉內(nèi)土壓力值應(yīng)略大于靜水壓力和地層土壓 力之和，在不同地質(zhì)地段掘進(jìn)時，根據(jù)需要添加泡沫劑、聚合物、 膨潤土等以改善碴土性能，也可在螺旋輸送機(jī)上安裝止水保壓裝 置，以使土倉內(nèi)的壓力穩(wěn)定平衡。
本發(fā)明所述的復(fù)合盾構(gòu)，具有碴土改良系統(tǒng)(見圖7)。采 用碴土改良系統(tǒng)是復(fù)合盾構(gòu)的主要技術(shù)特點之三。
碴土改良系統(tǒng)通過向刀盤面、土倉或螺禱jlr送才幾內(nèi)注入添加 劑如泡沫、膨潤土或聚合物等，并利用刀盤的旋轉(zhuǎn)攪拌、土倉攪 拌裝置攪拌或螺旋輸送機(jī)旋轉(zhuǎn)攪拌使添加劑與土碴混合，通過碴 土改良，以適應(yīng)不同的地層。
復(fù)合盾構(gòu)的碴土改良系統(tǒng)，可以改善碴土塑流性，提高止水 性，降低刀盤扭矩，減小刀盤刀具及螺旋輸送機(jī)磨損，以及對掌子面止水的良好效果。 ①泡沫系統(tǒng)
泡沫系統(tǒng)通過螺桿泵泵送泡沫與 一 定比例的水混合，經(jīng)過 泡沫發(fā)生器，高壓空氣吹壓發(fā)泡，產(chǎn)生大量的泡沫，通過管路輸 送到刀盤前面、土倉或螺旋輸送機(jī)與碴土混合。泡沫具有如下優(yōu)
點
由于氣泡的潤滑效果，減少了碴土的內(nèi)摩擦角，提高了 碴土的流動性，從而減少了刀盤的扭矩，改善了盾構(gòu)作業(yè)參數(shù)；
減少碴土的滲透性，使整個開挖土傳力均勻，工作面壓 力波動小，有利于調(diào)整土倉壓力，保證盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)，控制地表 沉降；
減少粘土的粘性，有利于出土；
泡沫無毒，在2小時后可自行分解消失，對土壤環(huán)境無 污染。
泡沫系統(tǒng)主要包括泡沫劑罐、泡沫劑泵、水泵、溶液計量調(diào) 節(jié)閥、空氣劑量調(diào)節(jié)閥、液體流量計、氣體流量計、泡沫發(fā)生器 及連接管路。
泡沫劑泵將泡沫劑從泡沫劑罐中泵出，并與水泵泵出的水按 盾構(gòu)司機(jī)操作指令的比例混合形成溶液，控制系統(tǒng)是通過安裝在 水泵出水口處的液體流量計測量水泵出水的流量，并根據(jù)這 一 流 量控制泡沫劑泵的輸出量來完成這一混合比例指令的。混合溶液 向前輸送時，凈皮分配輸送到4條管路中，經(jīng)過溶液劑量調(diào)節(jié)閥和 液體流量計后，又被分別輸送到4個泡沫發(fā)生器中，在泡沫發(fā)生 器中與同時被輸入的壓縮空氣混合產(chǎn)生泡沫，壓縮空氣進(jìn)入泡沫 發(fā)生器前也要先經(jīng)過氣體流量計和空氣劑量調(diào)節(jié)閥。泡沫劑溶液 和壓縮空氣也是按盾構(gòu)司機(jī)操作指令的比例混合的，這 一 指令需 通過盾構(gòu)控制系統(tǒng)接收液體流量計和氣體流量計的信息并控制 空氣劑量調(diào)節(jié)閥和溶液劑量調(diào)節(jié)閥來完成。最后，泡沫沿4條管 路通過刀盤旋轉(zhuǎn)接頭，再通過刀盤上的開口，注入到開挖室中。在控制室，操作人員也可以根據(jù)需要從四條管路中任意選擇，向 開挖室加入泡沫。
② 膨潤土系統(tǒng)
膨潤土系統(tǒng)包括膨潤土箱、膨潤土泵、氣動膨潤土管路控制 閥及連接管路。膨潤土系統(tǒng)與泡沫系統(tǒng)共用l套注入管路。
需要注入膨潤土?xí)r，膨潤土通過膨潤土泵沿管路向前泵至盾 體內(nèi)，操作人員可根據(jù)需要，在控制室的操作控制臺上，通過控 制氣動膨潤土管路控制閥的開關(guān)，將膨潤土加入到開挖室、泥土 倉或螺旋輸送機(jī)中。
③ 聚合物系統(tǒng)
聚合物系統(tǒng)利用聚合物本身高析水性能，使碴土產(chǎn)生塑性， 用于防止噴涌發(fā)生。該系統(tǒng)在高水壓富水地層中防止碴、水噴涌 發(fā)生方面效果較明顯。用于鉸接密封處及土倉。
本發(fā)明所述的復(fù)合盾構(gòu)，具有帶壓進(jìn)艙安全系統(tǒng)(圖8、 9)。 所述人倉為雙氣路雙室人倉，人倉是帶壓進(jìn)搶安全系統(tǒng)的重要部 分。為解決盾構(gòu)施工的風(fēng)險，安全可靠地在非常壓下快速進(jìn)行刀
所述的復(fù)合盾構(gòu)，采用了安全可靠的雙氣路人倉和自動保壓系統(tǒng)。
帶壓進(jìn)艙時采用雙氣路雙室人倉，人員從常壓區(qū)進(jìn)入到處于 高壓的開挖艙，應(yīng)經(jīng)過加壓階段；從處于高壓的開挖艙進(jìn)入到常 壓區(qū)，應(yīng)經(jīng)過減壓階段。否則會遭受氣壓傷害，產(chǎn)生氣壓病。所 以帶壓進(jìn)搶必須采用雙氣路雙室人倉，雙氣3各雙室人倉具有氣壓 過渡艙結(jié)構(gòu)。加減壓階段過程在氣壓過渡艙中進(jìn)行。
式的載人壓力容器不具互換性。盾構(gòu)的雙氣路雙室人倉必須與盾 構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點相適應(yīng)。
雙氣路雙室人倉至少有兩個直接互相連接的艙室組成。一個 搶室作為正常減壓的主搶室， 一個搶室作為進(jìn)口搶室，該搶室可
14以作為緊急減壓搶室。主搶室由分離式艙室和盾構(gòu)中的結(jié)構(gòu)空間 組成。盾構(gòu)中的結(jié)構(gòu)空間由開挖艙隔墻和周圍鋼結(jié)構(gòu)組成，具有 平面聯(lián)結(jié)法蘭壁。分離式艙室具有兩個艙室。分離式艙室通過螺 栓與盾構(gòu)機(jī)中的法蘭壁聯(lián)結(jié)，并用密封件進(jìn)行密封。在主艙室和 進(jìn)口艙室的相應(yīng)的墻上有人孔和人孔門，人孔門可以緊密關(guān)閉。 工作人員可以打開人孔門進(jìn)入到主搶室和進(jìn)口搶室或進(jìn)入到開 挖艙。
為保障帶壓進(jìn)輪工作的安全，雙氣if各雙室人倉的控制系統(tǒng)應(yīng)
有
1) 加氣、排氣系統(tǒng)。提供艙室內(nèi)需要的平衡壓力，提供呼 吸空氣，保障新鮮空氣量。
2) 消防系統(tǒng)。防止發(fā)生火災(zāi)。有水消防系統(tǒng)和手持式滅火器。
3 )空調(diào)系統(tǒng)。保障艙室內(nèi)的空氣溫度在合適的范圍內(nèi)。適 合人員進(jìn)行工作。
4) 艙室內(nèi)氣體壓力、溫度測量系統(tǒng)。實時測量顯示艙室內(nèi) 氣體壓力、溫度，便于操艙人員操作。保持壓力溫度在合適的范 圍內(nèi)。
5) 通訊系統(tǒng)。具有防爆通訊系統(tǒng)和聲能通訊系統(tǒng)，保障各 個艙室與外部的通訊暢通。
6 )照明及應(yīng)急照明系統(tǒng)。應(yīng)急照明的時間不應(yīng)低于1小時。
7) 吸氧系統(tǒng)。用于快速減壓過程，或缺氧的環(huán)境。
8) 氣體檢測分析系統(tǒng)。檢測分析瓦斯、二氧化碳等有害氣 體是否超標(biāo)，氧含量是否合適。
9) 時間顯示系統(tǒng)。便于掌握加、減壓時間或工作人員的作 業(yè)時間。
本發(fā)明所述的復(fù)合盾構(gòu)，具有帶壓進(jìn)艙輔助安全保障控制系統(tǒng)。
根據(jù)盾構(gòu)法的工作原理，為保障帶壓進(jìn)艙工作的安全，氣壓過渡艙的輔助安全保障控制系統(tǒng)具有
1) 泥漿注入系統(tǒng)
用特殊泥漿置換開挖艙內(nèi)的碴土 ，并且在刀盤前部形成較為 穩(wěn)定的泥膜。使掌子面具有良好的抗?jié)B及穩(wěn)固性能。
2) 空氣壓力控制系統(tǒng)
用壓縮空氣漿置換開挖艙內(nèi)上半部的泥水，提供人員作業(yè)空 間。保障呼吸壓縮空氣的供給，保證維持開挖艙內(nèi)的壓力平衡。
帶壓進(jìn)艙工作是一種特種作業(yè)方式，應(yīng)遵循相應(yīng)的安全步驟 與措施。目前我國還沒有盾構(gòu)法帶壓進(jìn)艙方面的技術(shù)規(guī)范性文 件，現(xiàn)場一般參照潛水方面技術(shù)規(guī)范。
參閱圖10,帶壓進(jìn)艙安全流程圖。
在帶壓進(jìn)艙過程中，根據(jù)具體施工情況有幾點需要注意
1) 選取合格的進(jìn)艙人員。進(jìn)艙人員不但應(yīng)掌握進(jìn)艙作業(yè)內(nèi) 容，還應(yīng)具有良好的身體條件。
2) 根據(jù)科學(xué)的減壓表進(jìn)行操作。
3) 利用泥漿在開挖面形成一層比較厚的抗?jié)B泥膜，從而達(dá) 到保證氣密性的效果。
4 )開挖艙內(nèi)的壓縮空氣壓力要求比計算土壓力高0.1~ 0.2bar左右。在開艙作業(yè)過程中，應(yīng)盡量維持此壓力，并通過 進(jìn)氣閥的操作使氣壓的變化值控制在可控范圍之內(nèi)；進(jìn)入開挖艙 的壓縮空氣應(yīng)是可呼吸壓縮空氣。
5) 由土建工程師確定開挖面的穩(wěn)定性，是否需要進(jìn)行地基 加固。
6) 設(shè)置兩條以上通訊線路，保持壓力倉內(nèi)、倉外及外界相 關(guān)部門的聯(lián)系暢通。
并設(shè)專人對地面監(jiān)控和巡視，發(fā)現(xiàn)異常，及時請示處理。
權(quán)利要求
1、一種適用于復(fù)雜地層施工的復(fù)合盾構(gòu)，包括，刀盤(1)、盾殼(2)、人艙(3)、皮帶輸送機(jī)(11)、仿形刀(27)、螺旋輸送機(jī)(14)和土倉(42)，其特征在于該盾構(gòu)還包括，復(fù)合式刀盤，所述刀盤(1)為復(fù)合式刀盤，適合軟土、硬巖等不同地層施工，刀盤上分別安裝有軟土層施工工具和硬巖地層施工工具，在不同地層施工時更換刀具；三種開挖模式，根據(jù)不同的地質(zhì)采用敞開模式、局部氣壓模式或土壓平衡模式的開挖面穩(wěn)定模式；碴土改良系統(tǒng)，通過向刀盤面、土倉或螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入添加劑，并利用刀盤的旋轉(zhuǎn)攪拌、土倉攪拌裝置攪拌或螺旋輸送機(jī)旋轉(zhuǎn)攪拌使添加劑與土碴混合，通過碴土改良，以適應(yīng)不同的地層。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種適用于復(fù)雜地層施工的復(fù)合 盾構(gòu)，其特征在于，復(fù)合式刀盤包括刀盤(1)、耐磨條(19)、切 刀(22)、弧形刮刀(24)、滾刀(26)和仿形刀(27);刀盤(1)周邊 安裝有耐磨條(19);在刀盤(1)上有放射形的至少兩排切口槽(23)，在每一條切口槽(23)內(nèi)安裝有兩排切刀(22),在每一列 切刀(2 2)端部位于刀盤(l)邊沿處安裝有弧形刮刀(2 4);在刀盤(l)周邊每二條切口槽(23)之間有周邊開口 (25),在每一個周邊 開口 (25)內(nèi)有弧形刮刀(24);在刀盤(l)上呈十字排列設(shè)置有滾 刀(26),在切口槽(2 3)內(nèi)兩排切刀(22)之間安裝有仿形刀(27)。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種適用于復(fù)雜地層施工的復(fù)合 盾構(gòu)，其特征在于，三種開挖模式分別是(一) 敞開式施工，針對開挖面是穩(wěn)定性較好的巖層，不 用調(diào)整土倉壓力，即不對開挖面進(jìn)行連續(xù)壓力平衡，盾構(gòu)切削下 來的碴土進(jìn)入土倉內(nèi)即刻被螺旋輸送機(jī)排出；(二) 局部氣壓模式施工，土倉內(nèi)保持60%-70%的碴土，掘進(jìn)中遇到圍巖穩(wěn)定、但富含地下水的地層；或者施工斷面上大部分圍巖穩(wěn)定，僅有局部會出現(xiàn)失壓崩潰的地層，或者破碎帶，此 時增大推進(jìn)速度以求得快速通過，并暫時停止螺旋機(jī)出土、關(guān)閉 螺旋機(jī)出土閘門，4吏土倉的下部充滿碴石，向開挖面和土倉中注 入適量的添加材料和壓縮空氣，所述的添加材料為泡沫、聚合物、膨潤土、泥漿或添加劑；然后再控制螺旋機(jī)低速轉(zhuǎn)動以保證在螺 旋機(jī)中形成"土塞"；(三)土壓平衡模式施工，對于開挖地層穩(wěn)定性差或有較 多的地下水的軟土或軟巖地層，盾構(gòu)在掘進(jìn)開挖面土體的同時， 使掘進(jìn)下來的碴土充滿土倉內(nèi)，并且使土倉內(nèi)的碴土密度盡可能 與隧道開挖面上的土壤密度接近；在推進(jìn)油缸的推力作用下，土 倉內(nèi)充滿的碴土形成一定的壓力，土倉內(nèi)的碴土壓力與隧道開挖 面上的水、土壓力實現(xiàn)動態(tài)平衡。采用土壓平衡模式時，在不同 地質(zhì)地段掘進(jìn)時，根據(jù)需要添加泡沫劑、聚合物、膨潤土等以改 善碴土性能。
4、 如權(quán)利要求1所述的一種適用于復(fù)雜地層施工的復(fù)合 盾構(gòu)，其特征在于，碴土改良系統(tǒng)包括土壓傳感器(29)、膨 潤土系統(tǒng)接口(31)、泡沫發(fā)生器(36)、泡沫劑泵(32)、水泵 (33)、泡沫劑箱(34)和水箱(35),在刀盤(l)上安裝有土壓傳 感器(29),膨潤土系統(tǒng)接口 (31)通過管路連接(42),泡沫發(fā)生 器(36)通過管路連接膨潤土系統(tǒng)接口 (31)，泡沫劑箱(34)和 水箱(35)分別經(jīng)過泡沫劑泵(32)和水泵(33)連接膨潤土系統(tǒng) 接口 (31)。
5、 如權(quán)利要求1所述的一種適用于復(fù)雜地層施工的復(fù)合 盾構(gòu)，其特征在于，還包括帶壓進(jìn)艙安全系統(tǒng)；該系統(tǒng)由主艙 室(37)、進(jìn)口艙室(38)、開挖搶(39)和保壓系統(tǒng)(40)構(gòu)成；開 挖艙(39)位于刀盤(l)旁邊，主搶室(37)與開挖般(39)相連接， 主艙室(37)與進(jìn)口艙室(38)相連接，開挖艙(39)與主艙室(37)、 主艙室(37)與進(jìn)口艙室(38)之間有人孔門(4 3),人孔門(4 3)緊密關(guān)閉；保壓系統(tǒng)(40)連接開挖艙(39)。
全文摘要
一種適用于復(fù)雜地層施工的復(fù)合盾構(gòu)，涉及一種建筑施工機(jī)械。包括，復(fù)合式刀盤，所述刀盤為復(fù)合式刀盤，適合軟土地層、硬巖地層、軟硬不均地層及既有軟土又有硬巖的復(fù)合地層施工，刀盤上分別安裝有軟土層施工工具和硬巖地層施工工具，在不同地層施工時通過更換刀具以適應(yīng)地層；三種開挖模式，根據(jù)不同的地質(zhì)采用敞開模式、局部氣壓模式或土壓平衡模式的開挖面穩(wěn)定模式；碴土改良系統(tǒng)，通過向刀盤面、土倉或螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入添加劑，并利用刀盤的旋轉(zhuǎn)攪拌、土倉攪拌裝置攪拌或螺旋輸送機(jī)旋轉(zhuǎn)攪拌使添加劑與土碴混合，通過碴土改良，以適應(yīng)不同的地層。本發(fā)明解決在軟土、風(fēng)化巖、軟硬不均地層、砂層及砂卵石地層等不同地層中的盾構(gòu)安全施工問題。
文檔編號E21D9/12GK101509381SQ20081018750
公開日2009年8月19日 申請日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日
發(fā)明者張志國, 張紅星, 李建斌, 饋 陳, 韓亞麗 申請人:中鐵隧道集團(tuán)有限公司