一种泥水盾构开挖仓泥浆液面高度自适应调节方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及复杂地层泥水盾构隧道掘进技术领域，尤其涉及一种泥水盾构开挖仓泥浆液面高度自适应调节方法及系统。自适应调节方法，根据粉细砂层在掌子面上所处位置调整泥浆液面高度，包括：当所述粉细砂层层顶与掌子面顶端之间的土层厚度小于等于预定厚度值时，全液面满仓掘进；当所述粉细砂层层顶与掌子面顶端之间的土层厚度大于所述预定厚度值时，所述泥浆液面高于临界点，且所述泥浆液面与所述临界点的高度差不低于所述预定厚度值。通过本发明专利技术有效缓解刀盘结泥饼问题的同时，避免了气压从渗透系数较大的掌子面土层中泄出，进而引发掌子面坍塌失稳等严重工程事故的问题。子面坍塌失稳等严重工程事故的问题。子面坍塌失稳等严重工程事故的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种泥水盾构开挖仓泥浆液面高度自适应调节方法及系统


[0001]本专利技术涉及复杂地层泥水盾构隧道掘进
，尤其涉及一种泥水盾构开挖仓泥浆液面高度自适应调节方法及系统。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]随着城市地下空间的开发和盾构技术的发展，超大泥水盾构掘进开挖隧道在过江隧道、海底隧道和城市隧道等工程中被广泛应用，泥水盾构隧道所涉及地层分布包括上软下硬地层、上硬下软地层、高粘性地层等多种复杂地层。而大直径泥水盾构在复杂地层下掘进时，刀盘极易发生结泥饼现象，造成刀盘刀具贯入度降低，盾构机推力和扭矩显著增大，盾构掘进效率大幅降低，因此大直径泥水盾构在复杂地层中掘进刀盘易发生结泥饼现象是当前盾构施工中的一个重要难题。
[0004]现有的解决刀盘结泥饼问题的方法有渣土改良、水射流冲刷和半仓气压法等方法。对于泥水盾构的半仓气压法开挖，即开挖仓内部同时存在半仓泥浆和半仓空气，依靠泥水压和气压共同作用维持掌子面稳定性，当刀盘通过上部临空区域时，在离心力作用下一定程度上可促使粘结在刀盘上的渣土自动脱落，从而有效缓解结泥饼的现象。此方法目前相关研究较少，并且开挖仓泥浆液面高度调节没有严格的规范参考，对于不同的复杂地层下泥浆液面高度不能对应灵活调整，甚至会引发掌子面坍塌失稳等严重工程事故。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术实施例的目的是提供一种泥水盾构开挖仓泥浆液面高度自适应调节方法及系统。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术实施例提供了如下技术方案：
[0007]一种泥水盾构开挖仓泥浆液面高度自适应调节方法，根据粉细砂层在掌子面上所处位置调整泥浆液面高度，包括：当所述粉细砂层层顶与掌子面顶端之间的土层厚度小于等于预定厚度值时，全液面满仓掘进；当所述粉细砂层层顶与掌子面顶端之间的土层厚度大于所述预定厚度值时，所述泥浆液面高于临界点，且所述泥浆液面与所述临界点的高度差不低于所述预定厚度值；其中，所述临界点的确定包括：由上往下依次判断所述土层中各层渗透系数k，直到出现k大于预定值的土层n，以土层n的层顶作为临界点，否则以粉细砂层的层顶作为临界点。
[0008]优选地，所述预定厚度值为500mm，所述预定值为10
‑7m/s。
[0009]优选地，所述临界点的确定包括：若粉细砂层层顶与掌子面顶端之间有多种不同地层，包括土层1、土层2
……
土层n，由上往下依次判断各土层渗透系数k；若土层1渗透系数k＞10
‑7m/s，则泥水盾构开挖仓采用全液面满仓掘进；若土层1渗透系数k≤10
‑7m/s，继续对
土层2进行判断，若土层2渗透系数k＞10
‑7m/s，则以土层2的层顶作为临界点；若土层1和土层2的渗透系数均满足k≤10
‑7m/s，且无土层3，则以土层2的层底作为临界点，若有土层3则进入下一步；以此类推，直到最后对土层n进行判断，若土层n渗透系数k＞10
‑7m/s，则以土层n的层顶作为临界点；若土层1～土层n的渗透系数均满足k≤10
‑7m/s，则以土层n的层底作为临界点。
[0010]优选地，当盾构机在进行非满仓掘进时，若排浆的比重与送浆的比重相等，则提高刀盘转速。
[0011]优选地，当盾构机在进行非满仓掘进时，开挖仓气压泄除或原有空气压缩机损坏时，为空气仓提供额外充足的气压，同时向空气仓与掌子面接触的部分喷洒泥浆，泥浆在气压作用下向掌子面渗透形成泥膜。
[0012]本专利技术实施例还提供了一种用于如上所述的泥水盾构开挖仓泥浆液面高度自适应调节方法的自适应调节系统，包括：空气压缩装置、送浆装置、排浆装置和监测装置，所述空气压缩装置用于为空气仓提供充足恒定的气压，所述送浆装置用于为泥水仓泵送充足的泥浆，所述排浆装置用于排出泥水仓中的泥浆，所述监测装置用于监测开挖仓中的泥浆液面高度。
[0013]优选地，所述空气压缩装置包括空气压缩机、送气管道和排气管道，所述送气管道一端与所述空气压缩机连接，另一端与空气仓连通，所述排气管道一端与所述空气压缩机连接，另一端与空气仓连通。
[0014]优选地，所述送浆装置包括送浆泵和送浆管道，所述送浆管道一端与所述送浆泵连通，另一端与泥水仓连通；所述排浆装置包括排浆泵和排浆管道，所述排浆管道一端与所述排浆泵连通，另一端与泥水仓连通。
[0015]优选地，还包括总控系统和用于调整刀盘转速的刀盘转速控制装置，所述送浆管道上设置有送浆比重计，所述排浆管道上设置有排浆比重计，所述刀盘转速控制装置、送浆比重计和排浆比重计均与总控系统电性连接。
[0016]优选地，还包括应急装置，所述应急装置包括备用空气压缩机和泥浆喷洒装置，所述空气压缩机通过管道与所述泥浆喷洒装置连通，所述泥浆喷洒装置用于向空气仓与掌子面接触的部分喷洒泥浆形成泥膜。
[0017]本专利技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0018]1、本专利技术的泥水盾构开挖仓泥浆液面高度自适应调节方法，针对不同的复杂地层，依据该方法盾构机开挖仓泥浆液面高度可自适应调节，为超大泥水盾构的非满仓开挖提供了一套技术规范流程方法，有效缓解刀盘结泥饼问题的同时，避免了气压从渗透系数较大的掌子面土层中泄出，进而引发掌子面坍塌失稳等严重工程事故的问题。
[0019]2、当排浆的比重与送浆的比重大致相等时，通过调节提高刀盘转速，刀盘在旋转离心力作用下，通过空气仓临空区域时，一定程度上可促使粘结在刀盘上的渣土自动脱落，从而有效缓解结泥饼的现象。
[0020]3、当空气仓意外泄压时，通过为空气仓提供额外充足的气压，同时向空气仓与掌子面接触的部分喷洒泥浆，泥浆在气压作用下向掌子面渗透形成泥膜，从而减小气压从掌子面泄除的现象，使空气仓能够维持原有的气压平衡，以保证掌子面稳定性。
[0021]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明
显，或通过本专利技术的实践了解到。
[0022]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0023]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0024]图1是本专利技术实施例的自适应调节方法示意图；
[0025]图2是本专利技术实施例的自适应调节系统示意图；
[0026]图中：1、空气压缩装置；1
‑
1、空气压缩机；1
‑
2、送气管道；1
‑
3、排气管道；1
‑
4、送气阀门；1
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5、排气阀门；2、送浆装置；2
‑
1、送浆泵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泥水盾构开挖仓泥浆液面高度自适应调节方法，其特征在于，根据粉细砂层在掌子面上所处位置调整泥浆液面高度，包括：当所述粉细砂层层顶与掌子面顶端之间的土层厚度小于等于预定厚度值时，全液面满仓掘进；当所述粉细砂层层顶与掌子面顶端之间的土层厚度大于所述预定厚度值时，所述泥浆液面高于临界点，且所述泥浆液面与所述临界点的高度差不低于所述预定厚度值；其中，所述临界点的确定包括：由上往下依次判断所述土层中各层渗透系数k，直到出现k大于预定值的土层n，以土层n的层顶作为临界点，否则以粉细砂层的层顶作为临界点。2.如权利要求1所述的泥水盾构开挖仓泥浆液面高度自适应调节方法，其特征在于，所述预定厚度值为500mm，所述预定值为10
‑7m/s。3.如权利要求2所述的泥水盾构开挖仓泥浆液面高度自适应调节方法，其特征在于，所述临界点的确定包括：若粉细砂层层顶与掌子面顶端之间有多种不同地层，包括土层1、土层2
……
土层n，由上往下依次判断各土层渗透系数k；若土层1渗透系数k＞10
‑7m/s，则泥水盾构开挖仓采用全液面满仓掘进；若土层1渗透系数k≤10
‑7m/s，继续对土层2进行判断，若土层2渗透系数k＞10
‑7m/s，则以土层2的层顶作为临界点；若土层1和土层2的渗透系数均满足k≤10
‑7m/s，且无土层3，则以土层2的层底作为临界点，若有土层3则进入下一步；以此类推，直到最后对土层n进行判断，若土层n渗透系数k＞10
‑7m/s，则以土层n的层顶作为临界点；若土层1～土层n的渗透系数均满足k≤10
‑7m/s，则以土层n的层底作为临界点。4.如权利要求1所述的泥水盾构开挖仓泥浆液面高度自适应调节方法，其特征在于，当盾构机在进行非满仓掘进时，若排浆的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王承震，王志成，于文端，孙腾云，徐恒吉，杨民强，郭建豪，丁万涛，曹凯，文毅然，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：