CN101012752A - 超大直径盾构单液注浆的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种隧道工程技术领域的超大直径盾构单液注浆的施工方法。具体步骤如下:制备浆液,浆液在拌浆桶内搅拌时间1.5分钟强制搅拌;保证浆液的塌落度在10~12cm之间运输、储备;壳体同步注浆的注浆压力控制施工,控制注浆压力为:注浆点静止土压力值、注浆管损失压力、注浆压力差三者之和;盾尾控制各个注浆点的注浆压力施工,注浆压力控制同壳体注浆部位注浆压力控制。本发明①及时调整盾构机姿态,提高管片拼装质量;②提高后部同步注浆的注浆质量;③加强管片脱离盾尾产生建筑空隙时的同步注浆控制,减小对脱离盾尾后管片的影响;④增强成环隧道的稳定性;⑤减小对周边土体的扰动,较好地控制地表变形,达到保护环境的目的。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种隧道工程技术领域的施工方法,特别适用于直径超过11米的超大直径泥水盾构使用高比重抗剪切单液进行同步注浆的施工方法。
背景技术
同步注浆施工是盾构施工中的一种施工工艺。其原理是利用注浆泵等设备,由安装在盾构机尾部的注浆管,将浆液注入管片脱离盾尾后的建筑空隙中,以达到填充施工空隙,减小盾构施工对周边土体扰动,保护环境的目的。同步注浆施工是盾构法隧道施工中必不可少的关键工序。就目前盾构施工而言,同步注浆施工所采用的注浆材料众多,注浆施工存在以下两类注浆方式。第一类,地铁区间隧道施工采用的惰性浆液,该注浆方式具有含水量高、抗液化程度低和填充效果差等特点。第二类,越江隧道工程中大型泥水盾构施工采用速凝双液浆形式,该注浆方式具有注浆不均匀、注浆量过大和注浆效果难以控制等特点。
经对现有技术文献检索发现,专利申请号200410099180.X,名称为:用于地铁盾构可硬化浆液同步注浆的方法,其自述:制备可硬化浆液,通过盾构机壳体顶部两点注浆管注入管片外部。其特点是浆液一次成型,28天后可达5~9MPa。但是随着隧道施工向大直径方向发展,特别是直径超过11米的超大直径泥水盾构上述盾构同步注浆施工工艺无法适当满足当今盾构施工,主要表现为:①孤立地将注浆技术看成盾构施工中的一项技术,没有综合考虑盾构施工整体要求;②盾构姿态控制难度较大,对成型隧道质量产生较大的影响;③形成的隧道稳定性相对较差,对后期的运营相对不利;④地表变形控制较差,不利于环境保护;⑤管片成环质量较差,渗水点和碎裂点较多,真圆度较差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足,提供一种超大直径盾构单液注浆的施工方法。本发明在盾构施工过程中将盾构推进、管片拼装和同步注浆有机地结合起来进行同步注浆控制,采用使用高比重抗剪切单液浆液通过注浆泵对盾构机壳体和管片脱离盾尾产生的建筑空隙进行注浆充填,达到了提高隧道施工质量的目的。
本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明具体步骤如下:
步骤一:制备浆液,浆液在拌浆桶内搅拌时间1.5分钟,强制搅拌;
所述的浆液指标须达到以下要求:塌落度为10~14cm和屈服强度≥600Pa。称量系统须按国家规范进行定时检测。
步骤二:保证浆液的塌落度在10~12cm之间运输、储备;
所述的运输、储备,是指:在浆液运输和在盾构机车架上储存备用过程中必须在浆筒中增加搅拌装置,对浆液进行连续搅拌。
步骤三:同步注浆的注浆压力控制施工,控制注浆压力为:注浆点静止土压力值、注浆管损失压力、注浆压力差三者之和。
通过大量的现场原位试验、物理模拟试验以及数值模拟分析等研究,并通过在工程中不断应用和优化基础上确定所述的同步注浆压力为:P=P1+P2+P3
其中P1为该注浆点静止土压力值(Bar)
P2为注浆管损失压力,根据盾构机实际取值
P3为注浆压力差,取1.5Bar
注浆控制主要考虑盾构机姿态及其发展趋势、盾构机与成形隧道相对位置和盾构机纠偏幅度,与盾构推进、管片拼装等盾构施工工序有机地结合起来,合理的选择注浆施工工艺。
步骤四:盾尾控制各个注浆点的注浆压力施工,注浆压力控制同壳体注浆部位注浆压力控制。
在盾构推进过程中,同步进行注浆,及时填充盾构壳体与管片外径之间的建筑空隙。在同步注浆设备出现故障时,不允许盾构推进。在注浆过程中必须严格控制各个注浆点的注浆压力和注浆量。同时根据地表变形和环境监测反馈结果及时进行调整。
所述的注浆点,其控制实际的注浆量为建筑空隙的110%~130%。
所述的注浆点,由于高比重抗剪切单液具有触变性,在注浆压力下具有一定的流动性,故上部与下部注浆点的注浆量之比为6∶4。
本发明具有以下特点:
本发明采用高比重抗剪切单液浆形式,对盾构机壳体进行注浆,加强对管片脱离盾尾产生建筑空隙时同步注浆的控制。本发明与现有技术相比的显著效果在于:①及时调整盾构机姿态,提高管片拼装质量;②特别对泥水盾构机而言,在盾构机壳体注浆可阻断泥水向盾尾贯通的通道,提高后部同步注浆的注浆质量;③加强管片脱离盾尾产生建筑空隙时的同步注浆控制,减小对脱离盾尾后管片的影响;④增强成环隧道的稳定性;⑤减小对周边土体的扰动,较好地控制地表变形,达到对环境保护的目的。
具体实施方式
下面结合本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
某隧道工程采用φ14.87m气囊式泥水平衡盾构施工,隧道长1270米,衬砌采用单层衬砌,为通用环楔形管片,外径14.5m,内径13.3米,环宽2米。隧道平面轴线略呈反“S”型,最小曲率半径为1000m;竖向轴线呈“V”型,最大坡度4.5%。隧道最浅覆土8.6米。根据上海市工程建设规范《盾构法隧道工程施工及验收规范》(DGJ08-233-1999),隧道设计标准如下:
轴线平面偏差≤100mm;轴线高程偏差≤100mm;相邻环管片的高差≤30mm;水平直径与垂直直径差值在±0.6%D=±87mm以内;
隧道防水的质量验收标准为:不得有线流、滴漏和漏泥砂,隧道内面平均漏水量不超过0.1L/m2/d;
管片无贯穿裂缝,无大于0.2mm宽的裂缝及混凝土剥落现象;
在本实施例工程施工中具体实施方式如下:
①步骤一:制备浆液;
按设计配合比进行浆液的拌制,严格对各组浆材料进行称量,浆液在拌浆桶内搅拌时间1.5分钟(强制搅拌)。浆液均达到塌落度为10~14cm和屈服强度≥600Pa技术指标。称量系统按国家规范进行定时检测。
②步骤二:浆液运输、储备;
浆液运输筒和车架上的储浆筒均安装搅拌装置,在浆液运输和在盾构机车架上储存备用过程中对浆液进行连续搅拌,在浆液注入时的塌落度控制在8~12cm之间。
③步骤三:壳体注浆施工;
1)注浆压力控制
注浆压力设定P=P1+P2+P3
其中P1为该注浆点静止土压力值(Bar)
P2为注浆管损失压力,根据盾构机实际取值
P3为注浆压力差,取1.5Bar
2)注浆量控制
壳体注浆控制主要考虑盾构机姿态及其发展趋势、盾构机与成型隧道相对位置和盾构机纠偏幅度,与盾构推进、管片拼装等盾构施工工序有机地结合起来,合理的选择注浆点,设定注浆压力和注浆量。
④步骤四:盾尾注浆施工
在盾构推进过程中,盾构本体同步注浆系统6个注浆点(0°、60°、120°、180°、240°、300°)对盾尾后管片外部建筑空隙同步实施注浆,及时填充盾构壳体与管片外径之间的建筑空隙。在同步注浆设备出现故障时,不允许盾构推进。在注浆过程中严格控制各个注浆点的注浆压力和注浆量。同时根据地表变形和环境监测反馈结果及时进行调整。
1)注浆压力控制
注浆压力控制同壳体注浆部位注浆压力控制。
2)注浆量控制
理论注浆量为:
V=π/4·(14.852-14.52)×2=16.14m3
实际的注浆量为理论建筑空隙的110%~130%,即17.75~20.98m3。
上部与下部注浆点的注浆量之比为6∶4。
在实施该工法后,对隧道的施工质量进行检查统计。以600环管片为统计总量。
隧道平面和隧道高程质量统计如下:
项目 | 偏差≤50mm的环数 | 偏差≤50mm的环数占统计总量百分比 | 偏差>50mm的环数 | 偏差>50mm的环数占统计总量百分比 |
隧道平面 | 570 | 95% | 30 | 5% |
隧道高程 | 584 | 97.4% | 16 | 2.6% |
说明:隧道平面和高程偏差>50mm的环数主要发生在盾构试推进初期,在盾构试推进初期没有进行盾构壳体注浆,隧道轴线较难控制,在实施盾构壳体注浆后,隧道轴线基本控制在偏差≤50mm。整体隧道轴线控制全部在设计标准100mm以内。
隧道管片真圆度统计质量如下:
项目 | ≤±40mm的环数 | ≤±87mm的环数占统计总量百分比 |
隧道水平直径与垂直直径差值 | 572 | 95.33% |
说明:隧道水平直径与垂直直径差值全部在设计标准±87mm以内。
管片渗水统计以600环,每环10块管片,共6000块管片计算。整条隧道无线流、滴漏和漏泥砂现象,仅有表面湿迹现象。表面有湿迹现象的管片共112块,占统计总量的1.87%。
管片碎裂统计以600环,每环10块管片,共6000块管片计。整条隧道无贯穿裂缝,无大于0.2mm宽的裂缝及混凝土剥落现象,仅内表面有细微裂缝现象。内表面有细微裂缝现象的管片共138块,占统计总量2.3%。
与以往大型泥水盾构隧道相比,采用本同步注浆施工工艺后,本隧道的碎裂渗水情况均有明显的改善。
相邻环管片的高差全部≤15mm。
隧道稳定性统计如下,统计总量为239环:
隧道后期与施工期高程差值 | -70<A≤-40mm | -40<A<40mm |
环数 | 10 | 229 |
百分比 | 4.2% | 95.8% |
说明:隧道稳定性控制良好。与以往大型泥水盾构隧道相比,采用本同步注浆施工工艺后,本隧道的稳定性有了较大程度的提高。
地表沉降基本控制在+10mm~-40mm以内,沿线穿越民房、厂房、防汛墙和地下管线均保护良好。
本实施例表明,隧道的轴线控制、管片的成环质量、渗水和碎裂控制均超过设计标准;隧道施工对周边环境影响小,地表沉降控制和建/构筑物保护较为成功;隧道后期稳定性控制良好。
Claims (5)
1、一种超大直径盾构单液注浆的施工方法,其特征在于,具体步骤如下:
步骤一:制备浆液,浆液在拌浆桶内搅拌时间1.5分钟强制搅拌;
步骤二:保证浆液的塌落度在10~12cm之间运输、储备;
步骤三:壳体同步注浆的注浆压力控制施工,控制注浆压力为:注浆点静止土压力值、注浆管损失压力、注浆压力差三者之和;
步骤四:盾尾控制各个注浆点的注浆压力施工,注浆压力控制同壳体注浆部位注浆压力控制。
2、根据权利要求1所述的超大直径盾构单液注浆的施工方法,其特征是,所述的浆液要求:比重大于1.9g/cm3,塌落度为10~14cm和抗剪切屈服强度≥600Pa。
3、根据权利要求1所述的超大直径盾构单液注浆的施工方法,其特征是,所述的同步注浆压力为:P=P1+P2+P3,其中:
P1为该注浆点静止土压力值;
P2为注浆管损失压力,根据盾构机实际取值;
P3为注浆压力差,取1.5Bar。
4、根据权利要求1或者3所述的超大直径盾构单液注浆的施工方法,其特征是,所述的注浆点,其控制实际的注浆量为建筑空隙的110%~130%。
5、根据权利要求1或者4所述的超大直径盾构单液注浆的施工方法,其特征是,所述的注浆点,上部与下部注浆点的注浆量之比为6∶4。
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