买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：中交一公局第三工程有限公司;中交一公局集团有限公司;中国交通建设股份有限公司轨道交通分公司

摘要：本发明公开了长距离大纵坡砂泥岩互层盾构刀盘快速选型及施工方法，针对砂泥岩互层的地质水文特点，按软硬程度和富水性进行分类并建立综合分类体系，提出基于地层适应性的盾构刀盘结构和刀具配置快速选型关键技术及刀盘控制施工方法，降低盾构刀具的磨损，有效减少换刀次数，提高施工效率。在土压平衡作业模式下，同步启动具有注入口布局优化和改良剂适用性的刀盘渣土改良剂系统以及装置布局和冲刷动力优化的刀盘高压冲刷系统，以应对刀盘结泥饼的重要问题。采用信号无线网络传输技术进行刀具磨损检测，并利用泥浆渗透成膜技术进行带压换刀，解决了“检测难、换刀险”的施工难题。

主权项：1.长距离大纵坡砂泥岩互层盾构刀盘控制施工方法，其特征在于，包括：S1.地质勘探：根据原位测试技术进行地质勘探，获取相关岩土特性和水文地质条件，及时掌握地层变化；1.方案设计：考虑到大纵坡砂泥岩互层的特点，采用原位测试技术，即岩土钻孔试验、动力触探试验和水量检测等相结合的方式，并确定勘探点位和间距；2.钻孔取样：选择合适的岩土钻孔设备进行试验，通过在土体中钻探孔洞并进行取样分析，获取砂泥岩的含量和物理力学性质；3.动力触探：使用动力触探设备对地层进行测试，通过在土体中连续冲击一根细长的钢棒，然后测量钢棒反弹的高度和时间，可以推算出土体的力学特性；4.水量监测：在抽水钻孔完成后，通过在地下水井中安装水泵，进行涌水量和水位的监测，以评估地层的富水性。S2.数据分析：对地质勘察获得的数据进行分析和评估，综合考虑砂泥岩含量、抗压强度、单位涌水量等因素，对地层进行分类和评价；1.软硬程度分类：砂泥岩互层的软硬程度按照砂泥岩所占不同百分比含量和对应岩体的抗压强度划分为3个等级：①.A1:软质岩层，即泥岩含量超过50％,砂岩含量小于25％,对应抗压强度小于20MPa；②.A2:中等硬度岩层，即砂岩和泥岩分布不均匀的复合岩层，对应抗压强度在20MPa到60MPa之间；③.A3:硬质岩层，即砂岩含量超过50％,泥岩含量小于25％,对应抗压强度大于60MPa；2.富水性分类：砂泥岩互层的富水性按照抽水钻孔单位涌水量q划分为3个等级：①.B1:弱富水性，即q≤0.1Ls·m；②.B2:中等富水性，即0.1Ls·mq≤1.0Ls·m；③.B3:强富水性，即1.0Ls·mq≤5.0Ls·m；S3.快速选型建立综合分类体系并进行盾构刀盘结构和刀具配置快速选型，其特征在于：①.A1B1:软质弱富水性岩层，所述盾构刀盘可采用直径为8.2-8.3m且开口率在60％-70％的辐条式刀盘；所述盾构刀具可采用“4-8把中心齿刀+32-36把正面齿刀+120-124把切刀+16-20把刮刀”的组合方式；②.A1B2:软质中等富水性岩层，所述盾构刀盘可采用直径为8.2-8.3m且开口率在60％-70％的辐条式刀盘；所述盾构刀具可采用“4-8把中心齿刀+32-36把正面齿刀+124-128把切刀+20-24把刮刀”的组合方式；③.A1B3:软质强富水性岩层，所述盾构刀盘可采用直径为8.2-8.3m且开口率在35％-50％的辐条面板式刀盘；所述盾构刀具可采用“4-8把中心齿刀+32-36把正面齿刀+128-132把切刀+24-28把刮刀”的组合方式；④.A2B1:中等硬度弱富水性岩层，所述盾构刀盘可采用直径为8.3-8.5m且开口率在35％-50％的辐条面板式刀盘；所述盾构刀具可采用“4-8把中心双刃滚刀+32-36把正面单刃滚刀+6-8把边缘单刃滚刀+78-82把切刀+16-20把刮刀”的组合方式；⑤.A2B2:中等硬度中等富水性岩层，所述盾构刀盘可采用直径为8.3-8.5m且开口率在35％-50％的辐条面板式刀盘；所述盾构刀具可采用“4-8把中心双刃滚刀+32-36把正面单刃滚刀+6-8把边缘单刃滚刀+82-86把切刀+20-24把刮刀”的组合方式；⑥.A2B3:中等硬度强富水性岩层，所述盾构刀盘可采用直径为8.3-8.5m且开口率在35％-50％的辐条面板式刀盘；所述盾构刀具可采用“4-8把中心双刃滚刀+32-36把正面单刃滚刀+6-8把边缘单刃滚刀+86-70把切刀+24-28把刮刀”的组合；⑦.A3B1:硬质弱富水性岩层，所述盾构刀盘可采用直径为8.5-8.8m且开口率在25％-40％的面板式刀盘；所述盾构刀具可采用“4-8把中心单刃滚刀+32-36把正面单刃滚刀+10-16把边缘单刃滚刀+78-82把切刀+6-10把刮刀”的组合方式；⑧.A3B2:硬质中等富水性岩层，所述盾构刀盘可采用直径为8.5-8.8m且开口率在25％-40％的面板式刀盘；所述盾构刀具可采用“4-8把中心单刃滚刀+32-36把正面单刃滚刀+10-16把边缘单刃滚刀+82-86把切刀+10-14把刮刀”的组合方式；⑨.A3B3:硬质强富水性岩层，所述盾构刀盘可采用直径为8.5-8.8m且开口率在35％-50％的辐条面板式刀盘；所述盾构刀具可采用“4-8把中心单刃滚刀+32-36把正面单刃滚刀+10-16把边缘单刃滚刀+86-70把切刀+14-18把刮刀”的组合方式；S4.掘进开挖启动盾构机，刀盘开始转动施工，采用土压平衡模式作业，刀盘转速控制在1.0-1.4rmin；S5.除黏去泥刀盘施工过程中，同步开启刀盘渣土改良剂系统和刀盘高压冲刷系统，进行刀盘结泥饼的防治；1.配置刀盘渣土改良剂系统所述刀盘渣土改良剂系统包括泡沫剂系统和膨润土系统。①.所述泡沫剂系统由泡沫剂箱、水箱、泡沫发生器、空压机、各种管道泵和加注管路组成。所述管道泵将泡沫剂箱中的发泡剂与水箱中的水混合到泡沫发生器内，所述空压机将压缩空气通过管路进入到泡沫发生器内，使液体膨胀产生泡沫，所述输送管路将制得的泡沫加注到刀盘前方和土仓的注入口；所述膨润土系统由膨润土箱、输送泵、加注管路和空压机等组成；②.所述膨润土箱中分别加入膨润土和水，所述空压机将压缩空气通过管路进入到膨润土箱，对膨润土进行充分搅拌，所述膨润土输送泵将搅拌好的膨润土液通过输送管路同样加注到刀盘前方和土仓的注入口。所述刀盘前方和土仓的注入口均设置4-6个，且各个刀盘注入口与中心距离各不相同，保证注射轨迹不重合；2.配置刀盘高压冲刷系统所述刀盘高压冲刷系统包括刀盘中心高压清洗系统和泥浆排出系统；①.所述高压清洗系统由清水池、高压管道、分支器、加压泵和高压喷头等组成，所述清水池通过直径200-250mm的高压管道和两台压力10-15bar的加压泵a进行加压，所述高压管道a另一端到达盾构机后通过分支器分成4-6根直径为80-100mm的支管，所述每个支管通过分别连接一台压力为14-18bar的加压泵b引入舱内前闸门，所述支管另一端全部均布固定在前闸门后方壳体内壁上并分别连接4-6个直径为20-30mm的高压喷头正对刀盘中心进行高压清洗；②.所述泥浆排出系统由污水池、盾构机内切割机具、压力为20-24bar的排浆泵和直径为300-400mm的排浆管等组成，所述切割机具将高压清洗后泥浆内的大粘土块切碎后，泥浆通过所述排浆泵和排浆管进入污水池内；S6.磨损检测采用信号无线网络传输技术，对刀具磨损检测数据进行采集。该方法包括刀具磨损传感器、信号放大器、DA转换器、发射仪器、中继仪器和接收仪器等组件。在盾构刀具工作时，所述传感器实时监控刀具磨损情况，并将采集的数字信号发送至所述信号放大器。所述信号放大器对信号进行放大和滤波处理后，将处理后的数字信号传输至所述DA转换器，将其转换为电压信号。随后，所述发射仪器将电压信号发射出去，经过所述中继仪器传输，最终由所述接收仪器接收到所需的实验数据；S7.刀具更换基于磨耗检测反馈的具体数据和大纵坡砂泥岩互层的地质特点，利用泥浆渗透成膜技术对无法正常工作的刀具进行停机后带压开舱更换；1.换刀选址重复步骤S1.地质勘探操作，并且在盾构机刀盘前方50-60cm处,采用旋挖钻机取孔2-4个,进行补勘，该结果应与步骤S1.地质勘探结果相吻合；尽量选择局部土质自稳性相对较好、10m范围内没有建筑物、来往车辆较少及尽量避开地下管线处作为停机地点；2.加固停机停机前，检查注浆管路,确保管路畅通。对管片与土体之间进行连续不断地同步注浆加固，盾构机理论同步注浆量为3.5-4.0m3环,填充系数取1.6-1.8,每环实际注入6.0-6.5m3；3.止水施工盾构机停机后,对倒数第4-5环管片注入双液浆,形成环箍,对环箍前方管片吊装孔钻孔,钻孔深度为50-55cm,钻孔后无水流出,则环箍止水施工情况良好,否则重复此施工步骤；4.泥膜保压采用注浆泵和搅拌箱并通过刀盘注入孔将高黏度泥浆材料注入土仓内。注入过程中保证仓内压力基本稳定,泥浆材料全部注完后,继续保持刀盘匀速转动一定时间,确保刀盘前方泥膜有效建成。进行泥浆材料置换渣土,在此过程中设置压力略高于工作压力，保压时间为120-125min。最后对3-4处不同部位进行放浆取样验证,确保泥浆渗透成膜完成。5.气密性检验泥浆渗透成膜完成后,进行排土换气作业,将土仓内渣土排出14-13,边排出边加压,排土期间保证土仓气压表压力为1.8-1.9bar。随后将舱内泥浆材料上半部分排出后,进行保压,2h压力降至85％以上为合格，若不合格，则重复泥膜保压操作；6.带压换刀施工人员进入人仓后,对人仓进行缓慢加压,加压速率可控制在5×103-1×104Pamin，人仓加至与土仓相一致的压力后，人仓内施工人员打开阀门与土仓相连接,进行压力平衡。当压力平衡后,施工人员进入土仓换刀作业并检查刀盘和磨损刀具后,从外圈向中心依次更换刀具。在土仓顶部处设置吊点,用1-1.5t的手动葫芦吊住磨损刀具,施工人员拆除磨损刀具螺栓,再通过手动葫芦将旧刀转运出仓。利用相反的顺序更换相应新刀,将新刀通过螺栓紧固；工作完成后，施工人员进去人仓,关闭与土仓连接闸门，用“人仓放气”球阀将人仓内的压力降至与外部压力一致时,随后将携带的工具全部清除出仓；7.质量验收质检人员要对所有的刀具安装质量进行检查。检查无误后,通过膨润土系统对土仓注入膨润土,一边注入膨润土,一边排除仓内空气,过程中保持压力平衡稳定。土仓内重新建立土压平衡后,启动刀盘与推进系统恢复盾构掘进。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 中交一公局第三工程有限公司 中交一公局集团有限公司 中国交通建设股份有限公司轨道交通分公司 长距离大纵坡砂泥岩互层盾构刀盘快速选型及施工方法