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【发明授权】一种填充盾构隧道空隙的填充方法及实现该方法的盾构机_山东大学_201811313496.2 

申请/专利权人:山东大学

申请日:2018-11-06

公开(公告)日:2021-04-13

公开(公告)号:CN109538221B

主分类号:E21D9/06(20060101)

分类号:E21D9/06(20060101);E21D11/10(20060101)

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2021.04.13#授权;2019.04.23#实质审查的生效;2019.03.29#公开

摘要:本发明公开了一种填充盾构隧道空隙的填充方法及实现该方法的盾构机,本方法采用填充材料中速凝剂与其余材料分开填入盾构机周围的空隙中,这样既可以保证盾构机前部不会与周围的岩体产生较大的摩擦力影响刀盘前进挖掘,也可以保证盾构管片周围的填充材料具有相应的强度,降低地表沉降。

主权项:1.一种填充盾构隧道空隙的填充方法,其特征在于,填充材料中速凝剂与其他填充材料分开填充,在盾构机挖掘过程中先向盾构隧道空隙中填充其他填充材料;然后在其他填充材料形成一定的初始强度后,再向其他填充材料中注入速凝剂,速凝剂使得其他填充材料迅速固化,在盾构管片周围的空隙处形成相应的强度;具体步骤如下:盾构机刀盘开挖一段距离后,在刀盘的后方从盾构机的内部往四周注入不包括速凝剂的其他填充材料,其他填充材料填充了盾构隧道的空隙并且形成了初步的强度,该步骤完成之后,继续开启盾构机往掌子面方面挖掘,等到一个开挖步完成之后,在最初注入的填充材料的位置处添加速凝剂,使得注入的填充材料迅速固化,在盾构管片周围的空隙处形成相应的强度,减少地表的沉降,并且在盾构刀盘的后方继续从盾构机的内部往四周注入除速凝剂之外的填充材料;所述的填充方法为循环进行方法,即在第一个开挖步完成以后,每一个步骤就是把填充材料分开进行填充;挖掘的同时之前注入的其他填充材料随之后移,在后移的其他填充材料位置处添加速凝剂促进材料固化,添加了速凝剂的填充材料填补空隙的同时,盾尾刷也刷着油脂持续前进密封,并且盾尾同步注浆也随之进行,盾尾同步注浆B液和盾尾同步注浆A液分别通过液泵送装置和B液泵送装置泵入,通过双液注浆混合装置进行混合后,送入到盾尾,形成盾尾注入材料,整个开挖过程持续进行,保证通过速凝剂添加口的填充材料不断地被固化,以实现填充。

全文数据:一种填充盾构隧道空隙的填充方法及实现该方法的盾构机技术领域本发明涉一种填充盾构隧道空隙的填充方法及实现该方法的盾构机。背景技术近些年来随着我国经济的迅速腾飞,与人民生活息息相关的交通运输行业也迎来了发展的春天,从地面的公路到地下的铁路,人们的出行变得越来越便捷。在用盾构法修建隧道时,盾构机刀盘在最前端开挖时经常会出现超挖的情况,这就导致盾构机前端及之后的管片会与周围岩体形成一定的空隙,这部分空隙如果不及时处理,则会使隧道与周围岩体形成的整体强度降低,会引起地表塌陷等工程问题,严重的将会导致隧道崩塌等工程事故,造成不必要的经济损失。这时通常采用填充材料来充填空隙以保证整体强度,减少地面沉降,降低盾构隧道发生灾害的危险。填充材料通常在刀盘的后方,从盾构机的内部进行添加,然而在添加填充材料的时候,若填充材料添加的时机不对,或者性能达不到所需的要求时则会影响整体的填充效果,如果填充材料从盾构机内部填充到盾构机前端靠近刀盘的位置时强度很大的话,则会在盾构机与周围岩体之间会产生很大的摩擦力,进而影响盾构机继续往前挖掘,如果填充材料在盾构机前端时强度不高,随着盾构机的前行最初的填充材料与后面的管片相接触,此时若达不到相应的强度,则这一部分的填充效果不会到达预期的强度,地表沉陷的风险依然存在。发明内容针对以上盾构隧道中存在的安全问题,为了解决上述问题,本发明提供了一种填充盾构隧道空隙的填充方法及实现该方法的盾构机。为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:一种填充盾构隧道空隙的填充方法,其特征在于,填充材料中速凝剂与其他填充材料分开填充,在盾构机挖掘过程中先向盾构隧道空隙中填充其他填充材料;然后在其他填充材料形成一定的初始强度后,再向其他填充材料中注入速凝剂,速凝剂使得其他填充材料迅速固化,在盾构管片周围的空隙处形成相应的强度。这样既可以保证盾构机前部不会与周围的岩体产生较大的摩擦力影响刀盘前进挖掘,也可以保证盾构管片周围的填充材料具有相应的强度,降低地表沉降。进一步的,具体方法为:盾构机刀盘开挖一段距离后,在刀盘的后方从盾构机的内部往四周注入除速凝剂之外的其他填充材料,其他填充材料填充了空隙并且形成了初步的强度,并且产的摩擦阻力不大,不影响后面盾构机的挖掘前行;在前面的步骤完成之后,继续开启盾构机往掌子面方向挖掘,此时最初注入的填充材料也随之后移,等到一个开挖步完成之后,在最初注入的填充材料的位置处添加速凝剂,使得注入的填充材料迅速固化,在盾构管片周围的空隙处形成相应的强度,减少地表的沉降,并且在盾构刀盘的后方继续从盾构机的内部往四周注入除速凝剂之外的填充材料。以上过程是为盾构隧道空隙填充的方法,循环该方法以保证盾构机挖掘的顺利进行,及降低地表沉降保证施工及后续使用的安全。进一步的,所述的不包括速凝剂的其他填充材料的注入位置一般取盾构刀盘后方不远处,具体根据开挖环境及周围土质进行调整,在保证不产生较大摩擦阻力的情况下将盾构机前端的空隙充满。进一步的,所述的速凝剂是指所有可以促进填充材料固化,加快填充材料强度形成过程的材料,具体的添加位置要根据实际开挖的步骤进行调整,在盾构机挖掘前进之后,上一开挖步注入的填充材料到达速凝剂注射的位置,注射速凝剂之后,盾构机继续前行,此时这一部分添加了速凝剂的填充材料强度上升,覆盖在盾构机的周围可以很好的起到填充作用。进一步的,所述的填充方法为循环进行方法,即在第一个开挖步完成以后,每一个步骤就是把填充材料分开进行填充。进一步的,在所述的盾构机的壳体上开设有两个孔,分别为其他填充材料注入孔和速凝剂注入口;且沿着盾构机前进方向,所述的速凝剂注入口位于其他填充材料注入孔的后方。进一步的,所述的其他填充材料注入孔和速凝剂注入口通过管路分别与速凝剂泵送装置和其他填充材料泵送装置相连。进一步的,所述的其他填充材料注入孔和速凝剂注入口的连接管路之间还设有使两者相互连通的管路,在使两者相互连通的管路上设有一个可以随时开启的其他填充材料与速凝剂混合装置。本发明具有以下优点:本发明提出的填充方法中,填充材料中速凝剂与其余材料分开填入盾构机周围的空隙中,使得前端的其他填充材料不会产生较大的摩擦阻力,对盾构机的前进挖掘影响不大;而在注射速凝剂之后,盾构机继续前行,此时这一部分添加了速凝剂的填充材料强度上升,覆盖在盾构机的周围可以很好的起到填充作用,保证盾构管片周围的填充材料具有相应的强度,进一步减少地表沉降。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。图1为本发明盾构机挖掘路线为直线的平面图;图2为本发明盾构机挖掘路线为曲线的平面图;图3为本发明盾构机开始挖掘地下结构与地基处理土的侧视图;图4为本发明盾构机穿越地下结构与地基处理土的侧视图;图5为本发明所述空隙填充方法的示意图;图例说明:1-盾构机;2-盾构管片;3-空隙;4-地下结构;5-处理过的地基;6-盾构机外壳;7-填充材料注入孔;8-盾尾刷;9-盾尾密封仓;10-管片注浆孔;11-油脂输送孔;12-盾尾同步注浆A液;13-A液泵送装置;14-盾尾同步注浆B液;15-B液泵送装置;16-盾尾油脂;17-油脂泵送装置;18-速凝剂;19-速凝剂泵送装置;20-其他填充材料;21-其他填充材料泵送装置;22-双液注浆混合装置;23-填充材料与速凝剂混合装置;24-未添加速凝剂的填充材料;25-盾尾注入材料;26-添加了速凝剂的填充材料,27-速凝剂注入孔。具体实施方式应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和或它们的组合;正如背景技术所介绍的,现有技术中填充材料通常在刀盘的后方,从盾构机的内部进行添加,然而在添加填充材料的时候,若填充材料添加的时机不对,或者性能达不到所需的要求时则会影响整体的填充效果,如果填充材料从盾构机内部填充到盾构机前端靠近刀盘的位置时强度很大的话,则会在盾构机与周围岩体之间会产生很大的摩擦力,进而影响盾构机继续往前挖掘,如果填充材料在盾构机前端时强度不高,随着盾构机的前行最初的填充材料与后面的管片相接触,此时若达不到相应的强度,则这一部分的填充效果不会到达预期的强度,地表沉陷的风险依然存在。具体的,如图1中所示,盾构机1盾构机的掘进方向为直线,盾构机1的盾构管片2与开挖结构之间形成了空隙3;如图2所示,盾构机1盾构机的掘进方向为曲线,盾构机1的盾构管片2与开挖结构之间也形成了空隙3;若盾构机的掘进方向为直线的话,超挖产生的空隙会比较小,相比图2,若盾构机的掘进方向为曲线,特别是曲线前进的情况,即使盾构机的刀盘为圆形,在弯曲掘进时在转弯的外侧由于转弯的缘故总会产生较大的空隙,这一部分空隙如果不采取相应的措施的话会引起地面塌陷等工程问题。因此无论是直线掘进还是弯曲掘进,在前端产生空隙位置使用填充材料进行填充,以增强整体的结构强度减少地表塌陷,如果填充的材料固化时间过短或者强度增长过快的话,会使盾构机前部与周围的岩体结合在一起,产生较大的摩擦阻力影响刀盘的继续挖掘,造成不必要的浪费。为了解决以上存在的问题,本实施例中提出了一种填充盾构隧道空隙的填充方法,具体的,填充材料中速凝剂与其他填充材料分开填充,在盾构机挖掘过程中先向盾构隧道空隙中填充其他填充材料;然后在其他填充材料形成一定的初始强度后,再向其他填充材料中注入速凝剂,速凝剂使得其他填充材料迅速固化,在盾构管片周围的空隙处形成相应的强度。这样既可以保证盾构机前部不会与周围的岩体产生较大的摩擦力影响刀盘前进挖掘,也可以保证盾构管片周围的填充材料具有相应的强度,降低地表沉降。具体的方法步骤如下:盾构机刀盘开挖一段距离后,在刀盘的后方从盾构机的内部往四周注入除速凝剂之外的填充材料,填充了空隙并且形成了初步的强度,并且产的摩擦阻力不大,不影响后面盾构机的挖掘前行;前面的步骤完成之后,继续开启盾构机往掌子面方面挖掘,此时最初注入的填充材料也随之后移,等到一个开挖步完成之后,在最初注入的填充材料的位置处添加速凝剂,使得注入的填充材料迅速固化,在盾构管片周围的空隙处形成相应的强度,减少地表的沉降,并且在盾构刀盘的后方继续从盾构机的内部往四周注入除速凝剂之外的填充材料。如图3与图4所示,当盾构机1通过地下结构4中处理过的地基5或者地下连续墙的区段时,采用如此方法,在未添加凝固剂之前的时候可以起到减少盾构机与周围改良地基摩擦力的作用,使得盾构机可以顺利通过,并且增加了凝固剂之后产生的强度有效的减少地表沉降。实现上述方法的盾构机如图5所示,具体如下:在盾构机1上设置其他填充材料注入孔7、速凝剂注入孔27;且沿着盾构机前进方向,所述的速凝剂注入口27位于其他填充材料注入孔7的后方。此外还设有油脂输送孔11;填充材料注入孔7与填充材料泵送装置21相连,速凝剂注入孔27与速凝剂泵送装置19相连;油脂输送孔11与油脂泵送装置17相连;在盾构管片2上设有管片注浆孔10;对应盾尾部分的盾构管片注浆孔与A液泵送装置和B液泵送装置相连;移除速凝剂的其他填充材料20与速凝剂18分开泵送,移除速凝剂的其他填充材料20经过泵送机被泵送到刀盘的后方开始对盾构机前端的空隙进行填充,见附图中的未添加速凝剂的填充材料24;填充完成之后进行下一个挖掘步骤,此时之前注入的其他填充材料也随之后移,此时在后移的其他填充材料位置处添加速凝剂促进材料固化,增强填充的效果,见附图中的添加了速凝剂的填充材料26,填补空隙的同时,盾尾刷8也刷着油脂持续前进,起到密封的作用,并且盾尾同步注浆也随之进行盾尾同步注浆B液14和盾尾同步注浆A液12分别通过A液泵送装置13和B液泵送装置15泵入通过双液注浆混合装置22进行混合后,送入到盾尾,形成盾尾注入材料25,整个开挖过程持续进行,保证通过速凝剂添加口的填充材料不断地被固化,以起到填充的作用。此外,在图5中,移除速凝剂的填充材料的连接管路与速凝剂的连接管路中间用一个管路连接,同时在该管路上还设置了填充材料与速凝剂混合装置23,目的是为了在遇到地质情况较差的情况时,如果还采用该方法注入填充材料时,可能会出现强度不足的情况,因此要从一开始就混合注入填充材料,确保施工的安全。以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

权利要求:1.一种填充盾构隧道空隙的填充方法,其特征在于,填充材料中速凝剂与其他填充材料分开填充,在盾构机挖掘过程中先向盾构隧道空隙中填充其他填充材料;然后在其他填充材料形成一定的初始强度后,再向其他填充材料中注入速凝剂,速凝剂使得其他填充材料迅速固化,在盾构管片周围的空隙处形成相应的强度。2.如权利要求1填充盾构隧道空隙的填充方法,其特征在于,具体步骤如下:盾构机刀盘开挖一段距离后,在刀盘的后方从盾构机的内部往四周注入不包括速凝剂的其他填充材料,其他填充材料填充了盾构隧道的空隙并且形成了初步的强度,该步骤完成之后,继续开启盾构机往掌子面方面挖掘,等到一个开挖步完成之后,在最初注入的填充材料的位置处添加速凝剂,使得注入的填充材料迅速固化,在盾构管片周围的空隙处形成相应的强度,减少地表的沉降,并且在盾构刀盘的后方继续从盾构机的内部往四周注入除速凝剂之外的填充材料。3.如权利要求2填充盾构隧道空隙的填充方法,其特征在于,所述的不包括速凝剂的其他填充材料的注入位置一般取盾构刀盘后方不远处,具体根据开挖环境及周围土质进行调整,在保证不产生较大摩擦阻力的情况下将盾构机前端的空隙充满。4.如权利要求1填充盾构隧道空隙的填充方法,其特征在于,所述的速凝剂是指所有可以促进填充材料固化,加快填充材料强度形成过程的材料。5.如权利要求1填充盾构隧道空隙的填充方法,其特征在于,所述速凝剂具体的添加位置要根据实际开挖的步骤进行调整。6.如权利要求5填充盾构隧道空隙的填充方法,其特征在于,所述的填充方法为循环进行方法,即在第一个开挖步完成以后,每一个步骤就是把填充材料分开进行填充。7.实现权利要求1-6任一所述的填充盾构隧道空隙的填充方法的盾构机,其特征在于,在所述的盾构机的壳体上开设有两个孔,分别为其他填充材料注入孔和速凝剂注入口;且沿着盾构机前进方向,所述的速凝剂注入口位于其他填充材料注入孔的后方。8.如权利要求7所述的盾构机,其特征在于,所述的其他填充材料注入孔和速凝剂注入口通过管路分别与速凝剂泵送装置和其他填充材料泵送装置相连。9.如权利要求7所述的盾构机,其特征在于,所述的其他填充材料注入孔和速凝剂注入口的连接管路之间还设有使两者相互连通的管路,在使两者相互连通的管路上设有一个可以随时开启的其他填充材料与速凝剂混合装置。

百度查询: 山东大学 一种填充盾构隧道空隙的填充方法及实现该方法的盾构机

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