双模式盾构机在长距离复合地层中模式转换方法技术

本发明专利技术涉及双模式盾构机施工领域，特别涉及一种双模式盾构机在长距离复合地层中模式转换方法，其步骤为：A、软岩地层转入到硬岩地层中，盾构机从土压平衡掘进模式转换到硬岩掘进模式，转换位置为硬岩地层中靠近软硬地层交界面；B、硬岩地层转入到软岩地层中，盾构机从硬岩掘进模式转换到土压平衡掘进模式时，转换位置为硬岩地层中靠近软硬地层交界面；本发明专利技术的目的在于提供一种更安全的双模式盾构机在长距离复合地层中模式转换方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及双模式盾构机施工领域，特别涉及一种双模式盾构机在长距离复合地 层中模式转换方法。
技术介绍
近年来，盾构机在国内的隧道项目上得到了广泛应用，一般来说盾构设备的种类 与地质一一对应，都是单模式盾构。盾构在软硬地层交替出现的地段掘进中，其间若还存 在软岩或上软下硬的复合地层以及重要建筑物时，采取的方法主要有两种：一种是采用 EPB掘进模式；另一种是先将硬岩段采用矿山法施工，再采用盾构空推拼装管片通过。采用 EPB (土压平衡掘进模式），虽然能很好应对软岩和建筑物，但在硬岩中掘进效率低下；采用 矿山法，不仅工序繁杂，成本高，而且由于爆破震动，不利于沉降控制和建筑物保护，为了解 决不同地质交替出现的情况，双模式可转换盾构应运而生，解决了在软硬地层交替出现的 地段正常掘进； 现有技术中，双模式盾构机在使用中，转换位置为软、硬地层交接处，此处岩层风 化程度较大，在地下水作用下，自稳性极差，模式转换施工风险大，安全性无法保障。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种更安全的双模式 盾构机在长距离复合地层中模式转换方法。 为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案： -种，其步骤为： A、软岩地层转入到硬岩地层中，盾构机从土压平衡掘进模式转换到硬岩掘进模 式，转换位置为硬岩地层中靠近软硬地层交界面； B、硬岩地层转入到软岩地层中，盾构机从硬岩掘进模式转换到土压平衡掘进模式 时，转换位置为硬岩地层中靠近软硬地层交界面。 模式转换工艺决定了转换期间须拆装螺旋输送机、中心回转接头、土仓内刮泥板 等EPB (土压平衡掘进模式）&TBM (硬岩掘进模式）不同掘进模式下的设备。在模式转换期 间，无法实现带压工作，只能在常压下工作，故TBM&EPB模式互转时，必须确保掘进掌子面 有足够的稳定性。 一般情况下理解，模式转换的最佳位置即为软、硬地层交界面处，而软、硬地层交 接处，岩层风化程度较大，在地下水作用下，自稳性极差，模式转换施工风险大，安全性无法 保障； 而本方法中，把模式转换位置选择在硬岩段靠近软、硬交接面处，使转换时，掘进 掌子面有足够的稳定性，确保了模式转换时地面建构筑物的安全， 作为本专利技术的优选方案，步骤A中，转换位置为硬岩地层中距软硬地层交界面 20~25m处，如果模式转换位置入硬岩段较多，则模式转换后，该段岩层掘进期间，刀具磨 损量增加，施工效率降低，施工成本增加，如果掘进参数控制不当，会造成刀具损坏，增加换 刀成本；如果模式转换位置太靠近软、硬交接面，则由于地层突变，掘进掌子面土层无自稳 性，导致模式转换无法完成，须采取其他方法对掌子面加固后方能进行模式转换，延长施工 工期，增加施工成本，而本优选方法对转换位置的限定，是模式转换前根据地勘资料，辅以 地质雷达或其他物探技术进行初步预判；施工过程中根据相关掘进参数的突变，并配合超 前地质钻最终确定模式转换最佳位置，即根据"地勘报告、地质雷达辅助技术初判，掘进参 数反馈细判"的原则确定地层软硬交界面，综合考虑EPB刀具配置在硬岩中的磨损和停机转 换模式的稳定性，确定从EPB转换到TBM (硬岩掘进模式）的最佳转换位置为硬岩地层中距 软硬交界面20~25m (盾构长度9. 95m+安全距离10~15m)，确保安全，提高掘进效率，降 低成本。 作为本专利技术的优选方案，步骤B中，转换位置为硬岩地层中距软硬地层交界面 20~25m处 作为本专利技术的优选方案，所述步骤A中，硬岩下限长度选定为100~150m，从TBM 转换到EPB是进入稳定性差的围岩，如果不及时转换模式，很可能面临塌方等安全事故，所 以不考虑硬岩下限长度，肯定是需要从TBM转换到EPB的，必定节约成本； 而从EPB转换到TBM如果未及时转换模式，仅是刀具磨损加重，施工进度上不去， 不经济，并未带来安全事故，但是有一种情况，如果硬岩长度很短，模式转换的成本可能超 过由于EPB在硬岩中掘进带来的刀具磨损严重所产生的经济损失，这种情况下，就不需要 转换了，所以这里就有一个硬岩下限长度的限定，而本申请的100~150m数据是从工期和 成本两个角度分析，得出模式转换中EPB转换到TBM的硬岩下限长度，更优化施工过程，提 高掘进效率，降低成本。 作为本专利技术的优选方案，在进行盾构的掘进模式转换前，先通过工期和施工成本 进行核算，核算出，硬岩下限长度，再确定是否进行掘进模式的转换，当盾构有软岩地层准 备进入硬岩地层时，此时，若不进行掘进模式转换，会导致如上述的问题存在，所以需要降 低掘进速度，如此，会增加工期和施工成本；但是，在施工中，盾构掘进模式的转换本身需要 一定的工期和一定的施工成本，所以，通过与不进行掘进模式转换的情况下所需的工期和 施工成本进行比较，确定是否需要进行掘进模式的转换，以达到最优施工方案。 作为本专利技术的优选方案，还包括步骤C，根据不同的地质条件，调换所述步骤A、B 顺序，或组合为多种排列顺序，适用于各种岩层。 作为本专利技术的优选方案，步骤A中，盾构机到达转换位置时，整个土压仓完全进入 硬岩地层后，盾构机停机，改变掘进模式，使转换过程更安全。 作为本专利技术的优选方案，步骤B中，盾构机到达转换位置时，盾构机停机，改变掘 进模式，使转换过程更安全。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果： 使施工过程更安全。【附图说明】： 图1为本专利技术方法的示意图；【具体实施方式】 下面结合实施例及【具体实施方式】对本专利技术作进一步的详细描述。但不应将此理解 为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
技术实现思路
所实现的技术均属于本 专利技术的范围。 实施例1 本实施例以南京至高淳城际快速轨道南京南站至禄口机场段工程TAOl标段为 例，具体过程如图1，为： A、软岩地层转入到硬岩地层中，盾构机从土压平衡掘进模式转换到硬岩掘进模 式，转换位置为硬岩地层中靠近软硬地层交界面； 地质条件从软岩向硬岩过渡，或者说从稳定性差过渡到稳定好的围岩，则需要将 掘进模式从EPB转换到TBM， 确定最佳转换位置，第一，从地质勘察资料入手，假设地质分界面是明确的，即在 地层软硬交界面是确定的情况下，在地质详勘资料的基础上，辅以地质雷达或其他物探技 术进行细化。 第二，分析EPB转换到TBM的力学变化，从软到硬，掘进速度下降，掘进荷载增大， 相应的扭矩、推力等需要增大，因此掘进参数会有一个较为显著地变化，因为涉及到稳定 性，转换位置选在硬岩中进行，即在掘进参数有显著变化，以使整个刀盘完全处于稳定性较 好的硬岩中，再开始进行模式转换作业。 具体为：模式转换前根据地勘资料，辅以地质雷达或其他物探技术进行初步预判； 施工过程中根据相关掘进参数的突变，并配合超前地质钻最终确定模式转换最佳位置，即 根据地勘报告、地质雷达辅助技术初判，掘进参数反馈细判，确定地层软硬交界面当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双模式盾构机在长距离复合地层中模式转换方法，其步骤为：A、软岩地层转入到硬岩地层中，盾构机从土压平衡掘进模式转换到硬岩掘进模式，转换位置为硬岩地层中靠近软硬地层交界面；B、硬岩地层转入到软岩地层中，盾构机从硬岩掘进模式转换到土压平衡掘进模式时，转换位置为硬岩地层中靠近软硬地层交界面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李青山，陈卓，陈强，夏炜洋，刘东，
申请(专利权)人：中铁二局股份有限公司，中铁二局股份有限公司城通分公司，
类型：发明
国别省市：四川;51