一种复合地层盾构渣土改良施工系统及其施工方法技术方案

本发明专利技术涉及建筑施工技术领域，更具体而言，涉及一种复合地层盾构渣土改良施工系统及其施工方法，该系统包括膨润土系统和泡沫注入系统，还包括土仓置换换刀系统，将土仓置换换刀系统与膨润土系统和泡沫注入系统结合起来，注入泡沫溶液和膨润土泥浆搅拌混合后，即可进行更换刀具，减少更换时间、有效证掘进速度；并且采用泡沫剂与P1聚合物以及混合粉煤灰，使盾构切削下来的渣土具有好的流塑性、稠度、较低的透水性和较小的摩阻力。

【技术实现步骤摘要】
一种复合地层盾构渣土改良施工系统及其施工方法
本专利技术涉及建筑施工
，更具体而言，涉及一种复合地层盾构渣土改良施工系统及其施工方法。
技术介绍
渣土改良就是通过盾构配置的专用装置向刀盘面，土仓内或螺旋输送机内注入水、泡沫、膨润土、高分子聚合物等添加剂，利用刀盘的旋转搅拌、土仓搅拌装置或者螺旋输送机选择搅拌使添加剂与土渣混合，使盾构切削下来的渣土具有好的流塑性、合适的稠度、较低的透水性和较小的摩阻力。渣土改良是保证盾构施工安全顺利快速的重要手段，具有提高土仓内渣土的抗渗透能力，避免开挖面因排水固结而造成较大的地表沉降或坍塌事故，也可防止或减轻螺旋输送机排土时的喷涌现象；提高土仓内渣土的和易性，降低土仓内渣土以及开挖土体的黏聚力，并使渣土具有较好的土压平衡效果。复合地层是指将开挖断面范围内和开挖延伸方向上，由两种或两种以上不同地层组成，且这些地层的岩土力学、工程地质和水文地质等特征相差悬殊的底层组合。一般分为三大类：一类是在端面垂直方向上不同地层的组合；一类是在水平方向上底层的不同组合；一类是上述两者兼而有之。复合地层盾构施工需要经常变换盾构施工模式，另外盾构机的配置也需要做出适当的调整，需要不断调整刀盘开口率，对于特殊的复合地层，还需要进行一些辅助工法，尤其是“上软下硬”地层，该地层存在以下几个方面的问题：（1）极大降低了掘进速度，造成工期延误；（2）极易造成盾构刀具、刀盘的损害，导致长时间停机处理，费用高昂，而且容易出现安全风险；（3）容易造成地面坍塌事故，危险性高。因此，亟需设计一种新的技术方案，以综合解决“上软下硬”地层带来的各种问题。专利技术内容为了克服现有技术中所存在的不足，本专利技术提供一种复合地层盾构渣土改良施工系统及其施工方法，解决现有技术中存在的掘进速度满、盾构刀具损伤严重以及导致地面坍塌事故问题。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种复合地层盾构渣土改良施工系统，包括膨润土系统和泡沫注入系统，还包括土仓置换换刀系统，所述膨润土系统包括膨润土搅拌系统和膨润土注入系统；所述膨润土搅拌系统通过管道与盾构机的膨润土存储罐相连接；所述膨润土注入系统包括膨润土搅拌罐和膨润土发酵罐，所述膨润土搅拌罐通过出浆管与膨润土发酵罐相连接，所述膨润土存储罐与膨润土发酵罐之间连接有送浆管；所述泡沫注入系统包括泡沫泵和泡沫发生系统，所述泡沫泵配合所述泡沫发生系统使用，将泡沫发生系统产生的泡沫溶液注入所述刀盘前方的掌子面和土仓内；所述土仓置换换刀系统包括盾尾同步注浆系统、凿除装置和砂浆液注入装置，所述砂浆液注入装置内充设砂浆液，所述砂浆液通过盾尾同步注浆系统对土仓内进行充填。进一步，所述泡沫溶液包括泡沫剂、P1聚合物和水，上述泡沫剂、P1聚合物和水的体积比为3:5:92。所述泡沫溶液的注入量为每立方开挖方量及渣土注入350～500L泡沫溶液。膨润土存储罐中装设膨润土泥浆，所述膨润土泥浆包括水、膨润土、混合粉煤灰和添加剂，所述水:膨润土:混合粉煤灰:添加剂的重量比为3.5:0.8:1.2:0.05；水泥砂浆的重量比为水泥:膨润土:混合粉煤灰:砂=5:12:18:66。进一步，所述混合粉煤灰包括一级粉煤灰和二级粉煤灰，其中一级粉煤灰与二级粉煤灰的重量比为4:6。一种复合地层盾构渣土改良施工系统的施工方法，包括以下步骤：S1、制作泡沫溶液、膨润土泥浆以及水泥砂浆；S2、运输泡沫溶液、膨润土泥浆以及水泥砂浆到盾构机；S3、土仓内置换，利用盾尾同步注浆系统对土仓内进行充填砂浆液，并通过顶部球阀泄水；S4、超前注浆进行地层加固，通过盾构机前方的超前注浆孔，利用二次注浆机进行超前注浆，选择1点和11点的超前注浆孔进行注浆；S5、施工降水井、抽水，当地面有条件时，在刀盘前方施工降水井降低掌子面水压力；S6、开仓清理、换刀，根据降水井抽水情况，开仓前首先对土仓进行检查，打开土仓壁上的两个球阀，利用钢筋向土仓内砸入，根据砸入情况判断凝固的情况，若浆液变为塑状且无水流出，则进行开仓工作；S7、破岩，将硬质土层岩石提前破除，破除后更换新的刀具；S8、恢复推进，将土仓内建立1.5bar的气压，之后再进行推进。上述S4中注浆材料为预制的钢花管，所述钢花管上采用三角形布孔，孔径为6mm，各孔之间的间距为8cm；所述钢花管内填充水泥砂浆和水泥-水玻璃双液浆的混合物，其中水泥砂浆与水泥-水玻璃双液浆的重量比为6:4。上述S6中开仓后需检查仓内土体情况，采用钢钎打孔多个，观察有无喷涌现象，若无喷涌现象且掌子面情况稳定，则直接对土仓内土体进行人工清理，清理顺序为从左到右，从上到下。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：本专利技术提供一种复合地层盾构渣土改良施工系统及其施工方法，将土仓置换换刀系统与膨润土系统和泡沫注入系统结合起来，能有效提高掘进速度，对土仓内进行前处理，使得换刀操作简单高效，能够快速进行刀片更换；并且使用混合粉煤灰，能有效提高水泥砂浆和膨润土泥浆的使用效果；同时，泡沫溶液采用泡沫剂和P1聚合物混合使用，使得出土效果得到极大地改善。本专利技术复合地层盾构渣土改良施工系统的施工方法，简单易行，施工方便，在富水砂层盾构渣土改良系统的基础上增设土舱置换换刀系统，提高掘进速度，保证掘进质量，并且能够较好地对盾构刀具和刀盘进行保护，减少维修成本。附图说明图1为本专利技术复合地层盾构改良施工工艺流程图；图2为本专利技术钢花管的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，一种复合地层盾构渣土改良施工系统，包括膨润土系统和泡沫注入系统，还包括土仓置换换刀系统，所述膨润土系统包括膨润土搅拌系统和膨润土注入系统；所述膨润土搅拌系统通过管道与盾构机的膨润土存储罐相连接；所述膨润土注入系统包括膨润土搅拌罐和膨润土发酵罐，所述膨润土搅拌罐通过出浆管与膨润土发酵罐相连接，所述膨润土存储罐与膨润土发酵罐之间连接有送浆管；所述泡沫注入系统包括泡沫泵和泡沫发生系统，所述泡沫泵配合所述泡沫发生系统使用，将泡沫发生系统产生的泡沫溶液注入所述刀盘前方的掌子面和土仓内；所述土仓置换换刀系统包括盾尾同步注浆系统、凿除装置和砂浆液注入装置，所述砂浆液注入装置内充设水泥砂浆，所述水泥砂浆通过盾尾同步注浆系统对土仓内进行充填。泡沫溶液包括泡沫剂、P1聚合物和水，上述泡沫剂、P1聚合物和水的体积比为3:5:92；所述泡沫溶液的注入量为每立方开挖方量及渣土注入350～500L泡沫溶液；将泡沫剂和P1聚合物混合使用，利用泡沫优良的润滑性能，可以有效降低刀盘扭矩，提高掘进速度，另外利用泡沫本身具有的可压缩性，对土压的稳定也具有积极作用。膨润土存储罐中装设膨润土泥浆，所述膨润土泥浆包括水、膨润土、混合粉煤灰和添加剂，所述水:膨润土:混合粉煤灰:添加剂的重量比为3.5:0.8:1.2:0.05；水泥砂浆的重量比为水泥:膨润土:混合粉煤灰:砂=5:12:18:66；本专利技术中膨润土泥浆的水、膨润土、混合粉煤灰以及添加剂的重量比与平常使用的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合地层盾构渣土改良施工系统，其特征在于：包括膨润土系统、泡沫注入系统和土仓置换换刀系统，所述膨润土系统包括膨润土搅拌系统和膨润土注入系统；所述膨润土搅拌系统通过管道与盾构机的膨润土存储罐相连接；所述膨润土注入系统包括膨润土搅拌罐和膨润土发酵罐，所述膨润土搅拌罐通过出浆管与膨润土发酵罐相连接，所述膨润土存储罐与膨润土发酵罐之间连接有送浆管；所述泡沫注入系统包括泡沫泵和泡沫发生系统，所述泡沫泵配合所述泡沫发生系统使用，将泡沫发生系统产生的泡沫溶液注入所述刀盘前方的掌子面和土仓内；所述土仓置换换刀系统包括盾尾同步注浆系统、凿除装置和砂浆液注入装置，所述砂浆液注入装置内充设砂浆液，所述砂浆液通过盾尾同步注浆系统对土仓内进行充填。

【技术特征摘要】
1.一种复合地层盾构渣土改良施工系统，其特征在于：包括膨润土系统、泡沫注入系统和土仓置换换刀系统，所述膨润土系统包括膨润土搅拌系统和膨润土注入系统；所述膨润土搅拌系统通过管道与盾构机的膨润土存储罐相连接；所述膨润土注入系统包括膨润土搅拌罐和膨润土发酵罐，所述膨润土搅拌罐通过出浆管与膨润土发酵罐相连接，所述膨润土存储罐与膨润土发酵罐之间连接有送浆管；所述泡沫注入系统包括泡沫泵和泡沫发生系统，所述泡沫泵配合所述泡沫发生系统使用，将泡沫发生系统产生的泡沫溶液注入所述刀盘前方的掌子面和土仓内；所述土仓置换换刀系统包括盾尾同步注浆系统、凿除装置和砂浆液注入装置，所述砂浆液注入装置内充设砂浆液，所述砂浆液通过盾尾同步注浆系统对土仓内进行充填。2.根据权利要求1所述的复合地层盾构渣土改良施工系统，其特征在于：所述泡沫溶液包括泡沫剂、P1聚合物和水，泡沫剂、P1聚合物和水的体积比为3:5:92。3.根据权利要求1所述的复合地层盾构渣土改良施工系统，其特征在于：所述泡沫溶液的注入量为每立方开挖方量及渣土注入350～500L泡沫溶液。4.根据权利要求1所述的复合地层盾构渣土改良施工系统，其特征在于：所述膨润土存储罐中装设膨润土泥浆，所述膨润土泥浆包括水、膨润土、混合粉煤灰和添加剂，所述水:膨润土:混合粉煤灰:添加剂的重量比为3.5:0.8:1.2:0.05。5.根据权利要求4所述的复合地层盾构渣土改良施工系统，其特征在于：所述混合粉煤灰包括一级粉煤灰和二级粉煤灰，其中一级粉煤灰与二级粉煤灰的重量比为4:6。6.根据权利要求1所述的复合地层盾构渣土改良施工系统，其特征在于：所述砂浆...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宏飞，张隽，赵香萍，赵峰峰，李晓，
申请(专利权)人：中铁十二局集团有限公司，中铁十二局集团第二工程有限公司，
类型：发明
国别省市：山西,14