一种泥浆填充盾壳-地层间隙的盾构机装置及其施工方法

1.本发明涉及盾构机的技术领域，尤其是一种泥浆填充盾壳-地层间隙的盾构机装置及其施工方法。


背景技术：

2.盾构机在通过曲线地层时，需要通过超挖刀开挖外径比刀盘外径更大的空间，由此导致盾构机的中盾外侧以及前盾、和尾盾内侧形成空隙，当地层土体向盾壳发生变形时，将影响盾构机的顺利通过，并加大曲线段地层扰动。现有的盾构施工中此问题是不可避免的，因此在通过小半径曲线时，盾构施工对周围地层扰动影响大，且盾构机姿态控制难度大。


技术实现要素：

3.本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种泥浆填充盾壳-地层间隙的盾构机装置及其施工方法，通过调节环形气囊的压力，以调整前盾止浆板向外翘出的角度，在盾构机装置通过曲线地段时使盾壳与地层的间隙内填充具有一定压力的膨润土浆液，从而防止地层变形而影响盾构机装置顺利通过，同时可极大地减小地层土体向盾壳与地层的间隙发生变形，达到减小盾构施工对地层扰动的目的。
4.本发明目的实现由以下技术方案完成：一种泥浆填充盾壳-地层间隙的盾构机装置，其特征在于：所述盾构机装置的前盾前端环向设置有一圈前盾止浆板安装槽，所述前盾止浆板安装槽内安装有一同其相配合的前盾止浆板，所述前盾止浆板前端固定在所述前盾止浆板安装槽内，所述前盾止浆板安装槽内侧设有一圈气囊凹槽，所述气囊凹槽靠近所述前盾止浆板安装槽前端设置，所述气囊凹槽内安装有与其相匹配的环形气囊，通过往所述环形气囊内充气以带动所述前盾止浆板向外张开；所述盾构机装置的盾壳上设置有泥浆注浆孔。
5.所述盾构机装置在所述前盾位于所述前盾止浆板向后一定距离位置、所述前盾与中盾总长的一半位置、所述中盾与尾盾铰接处向前一定距离位置、所述尾盾的中间位置的盾壳上均设有所述泥浆注浆孔，分别为第一泥浆注浆孔、第二泥浆注浆孔、第三泥浆注浆孔和第四泥浆注浆孔。
6.所述第一泥浆注浆孔、所述第二泥浆注浆孔、所述第三泥浆注浆孔和所述第四泥浆注浆孔分别沿其对应位置的盾壳环向设置有若干个。
7.所述第一泥浆注浆孔设置在所述前盾位于所述前盾止浆板向后0.2m-0.3m位置处，所述第三泥浆注浆孔设置在所述中盾与所述尾盾铰接处向前0.2m-0.3m位置处。
8.所述前盾止浆板距离所述前盾最前端0.2m-0.5m。
9.所述气囊凹槽深度为4cm-7cm。
10.所述前盾止浆板由从内至外依次设置的内侧钢板、钢丝层、外侧钢板组成，所述前盾止浆板通过螺栓和焊接固定在所述前盾止浆板安装槽内。
11.一种泥浆填充盾壳-地层间隙的盾构机装置的施工方法，其特征在于，所述施工方法包括以下步骤：当所述盾构机装置在直线地段施工时，前盾止浆板处于收回状态，所述前盾止浆板与前盾之间的夹角为0；当所述盾构机装置进入曲线地段时，对所述环形气囊进行充气，以使所述前盾止浆板向外张开，且所述前盾止浆板与所述前盾之间的夹角为0-60度，同时所述泥浆注浆孔内以恒定的注浆压力往盾壳与地层的间隙内注入膨润土浆液。
12.本发明的优点是：通过调节环形气囊的压力，以调整前盾止浆板向外翘出的角度，在盾构机装置通过曲线地段时使盾壳与地层的间隙内填充具有一定压力的膨润土浆液，从而防止地层变形而影响盾构机装置顺利通过，同时可极大地减小地层土体向盾壳与地层的间隙发生变形，达到减小盾构施工对地层扰动的目的。
附图说明
13.图1为传统盾构机通过曲线段示意图；图2为本发明盾构机装置通过曲线段示意图；图3为本发明盾构机装置进行同步注浆与膨润土注浆时的示意图；图4为本发明盾构机装置在前盾止浆板未伸出时的状态；图5为图4中a的放大图；图6为本发明盾构机在前盾止浆板伸出时的状态；图7为图6中b的放大图；图8为本发明断前盾止浆板断面图。
具体实施方式
14.以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：如图1-8所示，图中标记1-18分别表示为:前盾-中盾组合体1、尾盾2、泥浆注浆孔3、环形气囊4、内侧钢板5、钢丝层6、外侧钢板7、螺栓8、超挖刀9、顶推千斤顶10、尾盾刷11、尾盾止浆板12、盾构隧道13、刀盘14、螺旋输送机15、膨润土浆液16、注浆材料17、前盾止浆板18。
15.如图1所示，传统盾构机在通过盾构隧道13的曲线地层时，需要通过超挖刀9开挖外径比刀盘14外径更大的空间，由此导致盾构机的中盾外侧以及前盾、中盾和尾盾2内侧形成空隙，当地层土体向盾壳发生变形时，将影响盾构机的顺利通过，并加大在曲线段对地层扰动。
16.实施例：如图2-8所示，本实施例涉及一种泥浆填充盾壳-地层间隙的盾构机装置，盾构机装置从前到后依次设置有前盾、中盾和尾盾2，尾盾2上设有盾尾刷11和盾尾止浆板12，盾构机装置前端设有刀盘14，并且刀盘14上设有超挖刀9，盾构机装置内设置有螺旋输送机15和顶推千斤顶10。其中，盾构机装置的前盾前端环向设置有一圈前盾止浆板安装槽，并且前盾止浆板安装槽内安装有一同其相配合的前盾止浆板18，前盾止浆板18前端固定在前盾止浆板安装槽内，前盾止浆板安装槽内侧设有一圈气囊凹槽，并且气囊凹槽靠近前盾止浆板安装槽前端设置，气囊凹槽内安装有与其相匹配的环形气囊4，通过往环形气囊4内充气以带动前盾止浆板18向外张开。盾构机装置的盾壳上设置有泥浆注浆孔3。
17.如图2-8所示，盾构机装置在前盾位于前盾止浆板18向后0.2m-0.3m位置、前盾-中盾组合体1总长的一半位置、中盾与尾盾2铰接处向前0.2m-0.3m位置、尾盾2的中间位置的盾壳上均设有泥浆注浆孔3，分别为第一泥浆注浆孔、第二泥浆注浆孔、第三泥浆注浆孔和第四泥浆注浆孔。第一泥浆注浆孔、第二泥浆注浆孔、第三泥浆注浆孔和第四泥浆注浆孔分别沿其对应位置的盾壳环向设置有四个，其中，设于同一位置的泥浆注浆孔3间隔角度为90度，即分别设于对应位置的顶部、底部和两侧。前盾止浆板18距离前盾最前端0.2m-0.5m。气囊凹槽深度为4cm-7cm。环形气囊4采用橡胶制成。前盾止浆板18宽度为20cm-35cm，前盾止浆板18由从内至外依次设置的内侧钢板5、钢丝层6、外侧钢板7组成，其总长度为50cm-60cm，通过螺栓8固定在前盾外侧，并进行焊接。前盾止浆板18与前盾止浆板安装槽之间有2cm-4cm的搭接量。
18.如图2-8所示，本实施例还具有以下施工方法：当盾构机装置在直线地段施工时，前盾止浆板18处于收回状态，前盾止浆板18与前盾之间的夹角为0；当盾构机装置进入曲线地段时，对环形气囊4进行充气，以使前盾止浆板18向外张开，前盾止浆板18与前盾之间的夹角为0-60度，前盾止浆板18与前盾之间的实际夹角取决于盾壳与地层之间的空隙量，采用自适应式，同时泥浆注浆孔3内以恒定的注浆压力往盾壳与地层的间隙内注入膨润土浆液16并同步注入注浆材料17。
19.本实施例还具有以下有益效果：通过调节环形气囊的压力，以调整前盾止浆板向外翘出的角度，在盾构机装置通过曲线地段时使盾壳与地层的间隙内填充具有一定压力的膨润土浆液，从而防止地层变形而影响盾构机装置顺利通过，同时可极大地减小地层土体向盾壳与地层的间隙发生变形，达到减小盾构施工对地层扰动的目的。
20.虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。