[发明专利]一种水下盾构隧道超高水压条件掘进换刀方法

说明书

本发明公开一种水下盾构隧道超高水压条件掘进换刀方法，步骤如下：步骤一：盾构掘进前，收集分析水下隧道建设条件资料；步骤二：预设若干个换刀加固点；步骤三：到达预设加固点主动换刀；步骤四：分析数据，并动态调整前方换刀加固点；步骤五：中间地带，被动带压进仓换刀；步骤六：非常状态下冻结脱困换刀。本发明可实现水下或海底盾构隧道超过1MPa的超高水压条件下的换刀作业，确保盾构机能够高效安全掘进，工法工艺简单，结构安全合理，施工方便快捷，大大减小换刀时间并降低施工风险。

技术领域

本发明属于隧道和地下工程设计与施工技术领域，尤其涉及一种在海域及水下超高水压条件下进行长距离盾构隧道施工时，为保证盾构顺利安全掘进而进行的更换刀具的方法。

背景技术

我国城市多依水而建，海滨城市和岛屿城市因大海而迅速发展。但海洋和河流也限制了城市的交通发展。随着经济发展和技术进步，越来越多的水下隧道开始建设，应用工法最多的就是盾构法隧道。对于跨越水深较大的情况，盾构法水下隧道的建设面临建设条件复杂、高水压换刀等重大难题，直接限制了盾构法水下隧道的适用范围。

由于长距离的水下隧道盾构掘进刀具磨损不可避免，高水压、长距离掘进条件下的穿江越海盾构法隧道面临最大的难题就是换刀作业。目前常用的几种换刀方式包括开舱常压换刀技术、带压进舱换刀技术、饱和气体带压进舱换刀技术和基于换刀装置的常压换刀技术等。广深港狮子洋隧道全长10.8km，其中盾构段9.34km,为双管单线隧道，外径10.8m，该隧道穿越珠江入海口的狮子洋，河面宽度6.1km，结构承受最大水压约0.67MPa。佛莞城际狮子洋隧道隧道工程全长6.15km，水域宽度约1.8km，深槽水深10～15m；盾构管片外径13.1m，开挖直径约13.6m，隧道承受的最大水压力约0.78MPa。纬三路越江隧道工程全长4.1km，采用双管双层八车道设计；盾构管片外径14.5m，开挖直径约14.98m，隧道承受的最大水压力约0.72MPa。苏通GIL综合管廊隧道全长5.5km，管廊直径11.6m，主要穿越砂层，结构承受的最大水压约0.86MPa。上述隧道盾构换刀采用了饱和气体带压进舱换刀技术和基于换刀装置的常压换刀技术，但功效低、费用高、安全风险大，实施过程中都遇到很大困难，造成工期延误或者费用大幅增加。

目前在超高水压即水压超过1MPa(100m水头高度)时，还没有盾构在如此高水压下的实践方面的经验，造成了盾构隧道在此种条件下实施的局限，直接影响工程建设的可行性。而且，采用饱和气体带压换刀，费用高及工效极低；基于换刀装置的常压换刀则不能完全更换刀具，只能更换35％～40％的刀具。更重要的是，目前盾构隧道工程都是在掘进过程中根据监测结果发现刀具需要更换时，再停机进行换刀作业，被动的换刀作业安全风险很高，施工周期很长。同时，超高水压时候工人进入舱内能够作业的时间很短，而且出舱后还容易造成身体伤害。

因此，考虑水下盾构隧道超高水压的工作条件，结合盾构机械和地质条件，为确保海底盾构隧道施工风险可控，提高施工效率，减小施工风险，提出一种由主动换刀预设加固点、被动饱和潜水带压换刀和非常状态下冻结加固脱困组合的水下盾构隧道超高水压条件掘进换刀方法，确保盾构机在超高水压的海域高效安全掘进，保证超高水压下盾构隧道的可实施性。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述传统盾构法隧道带压换刀方法不能应用于超高水压海底隧道技术问题，提供一种水下盾构隧道超高水压条件掘进换刀方法，实现水下或海底盾构隧道超过1MPa的超高水压条件下的换刀作业，确保盾构机能够高效安全掘进，工法工艺简单，结构安全合理，施工方便快捷，大大减小换刀时间并降低施工风险。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种水下盾构隧道超高水压条件掘进换刀方法，步骤如下：

步骤一：盾构掘进前，收集分析水下隧道建设条件资料；

步骤二：预设若干个换刀加固点；

步骤三：到达预设加固点主动换刀；