CN101434476A - 密封堵漏材料及其在盾构进出洞施工中的应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种密封堵漏材料，其组分重量配比为：造浆剂1.5～3.0％，堵漏剂0.5～1.0％，建筑惰性物质1.0～2.0％，余量为水；该建筑惰性物质为颗粒状，由不同级大小颗粒混合，其含有云母、蛭石、果壳、石棉、橡胶颗粒和锯木屑其中的一种或几种的组合；本发明还公开了一种在盾构进出洞施工中应用所述密封堵漏材料进行封堵的施工方法，其操作步骤为：(1)在洞门圈处安装密封装置；(2)设置压注浆孔和应急注浆孔；(3)盾构推进过程中发生渗漏时，在泥水循环系统中逐渐加入所述密封堵漏材料并通过压注浆孔和应急注浆孔渗入地层孔隙以完成堵漏。本发明具有堵漏见效快、封堵能力强和适应范围广的优点，能够用于各类土层中盾构进出洞施工时的密封堵漏。

Description

密封堵漏材料及其在盾构进出洞施工中的应用方法

技术领域：

本发明涉及一种隧道工程用泥水浆液材料，特别涉及一种新型的密封堵漏材料及其在盾构进出洞施工中的应用方法。

背景技术：

在隧道工程施工中，盾构的进出洞工序是盾构法建造隧道的关键工序，该工序施工的优劣将直接影响建成后隧道或管道的轴线质量、进出洞口处环境保护的成效甚至影响到工程施工的成败。盾构的进出洞技术必须根据工程所处的水文地质、环境条件和环境保护要求的等级而制定，对于泥水平衡盾构的进出洞段而言，洞口建筑空隙的密封是个关键问题，如不妥善解决，将会引起洞口渗漏、地表下沉，而产生不可设想的后果。盾构在进出洞过程中，洞口与盾构壳体将形成环形的建筑空隙。为防止进出洞时泥水从洞门外通过此建筑空隙大量窜入井内而影响工作井和盾构内的施工，必须在洞口处设置性能良好的密封止水装置，确保初始泥水平衡的正确建立和施工安全。

目前，盾构进出洞间隙密封通常采用的方法是单向铰链板加“帘布橡胶板”的技术，前提是施工中必须保证“帘布橡胶板”不向井内翻出。“帘布橡胶板”是盾构机或顶管机在始发或结束推进时使用的一种临时止水止土密封装置，其形状根据掘进设备外形来决定，有圆形、方形和矩形，该装置安装在洞门圈内，它的构造由钢套环、环肋挡板、铰链扇形板、帘布橡胶板(橡胶大法兰板)、压板等组成，并设有若干根注浆管，其功能为：当洞门封堵墙凿除后，盾构机破土切削开始推进，切削下来的渣土或泥浆(送入土仓，泥浆和渣土混合)在掘进机壳体外部能被该密封装置有效地阻挡而避免外流或外溢，从而将土仓内土压或泥水压力保持在设定的压力值之内，以防止正面土体坍塌和地面沉降。上述方法是依靠“帘布橡胶板”的紧固及单向铰接板的保护来防止洞外土体向井内流失，但这无法彻底阻止带压泥水的渗漏，从而导致盾构机切口的压力平衡难以建立。

经对现有技术文献的检索发现，专利号为200520048061的中国专利“一种盾构隧道的进洞防水装置”具体涉及了一种用于盾构隧道的进洞防水装置，该装置在井圈进口处设置橡胶板，并通过气囊和弹簧钢板对之进行压合，以满足盾构进洞时的密封要求，当盾构进洞时，气囊充气膨胀，将橡胶板紧密包裹于盾构或衬砌外表面，使盾构与井圈之间间隙处具有很好的水密性，提高盾构进洞的安全系数。又，专利号为200520048063的中国专利“一种大直径盾构隧道出洞防水装置”公开了一种用于盾构隧道出洞处的大直径盾构隧道出洞防水装置，该装置包括井圈，井圈上固定设置有垂直面钢板和水平面钢板，垂直面钢板处固定有防水橡胶板，在水平面钢板上至少固定连接有二个钢丝刷，在钢丝刷之间的水平面钢板上预埋设置有油脂加注管。然而以上专利均从结构方面入手，试图改进密封装置以达到防渗漏的目的，但是一旦密封装置失效而发生渗漏，则上述专利就无法解决问题，因此单一的密封装置仍然难以避免渗漏情况的发生。

目前在密封装置失效条件下一般采取的措施是，当洞口发生渗漏而较难封住时采用埋管引流封堵，由引流管压入普通注浆浆液以完成洞门间隙的封堵，但是采用这种方法仍然存在有如下缺点：由于普通注浆浆液在泥水中易被稀释，致使其封堵能力大为下降，并且该浆液的初凝需要一定时间，因此该方法见效较慢，从而容易导致地面沉降、变形较大等不良后果。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是克服现有盾构机进出洞封堵用注浆浆液的缺点，提供一种封堵能力强、堵漏见效快的密封堵漏材料，其能够在盾构进出洞时针对各类土层的不同大小的孔隙进行堵漏。本发明还提供一种所述密封堵漏材料在盾构进出洞施工中的应用方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案如下：

一种密封堵漏材料，其组分重量配比为：造浆剂1.5～3.0％，堵漏剂0.5～1.0％，建筑惰性物质1.0～2.0％，余量为水。

本发明所述密封堵漏材料中的建筑惰性物质为颗粒状，其由不同级大小颗粒混合，该建筑惰性物质含有云母、蛭石、果壳、石棉、橡胶颗粒和锯木屑其中的一种或几种的组合。

一种在盾构进出洞施工中应用所述密封堵漏材料的施工方法，其特征在于：所述施工方法采用本发明所述密封堵漏材料进行封堵盾构进出洞圈与盾构间的渗漏，其操作步骤如下：

(1)在洞门圈处安装密封止水装置；

(2)设置压注浆孔和应急注浆孔；

(3)盾构推进过程中发生渗漏时，利用该密封堵漏材料通过压注浆孔和应急注浆孔压入或灌入洞圈内以完成对渗漏点的堵漏。

与现有技术相比较，本发明在现有泥水盾构进出洞密封装置的基础上，针对由于密封装置的原因发生渗漏的突发情况，在泥水循环系统中添加本专利所述的密封堵漏材料进行封堵。该密封堵漏材料成分中的造浆剂是含有聚丙稀酸盐类等高分子化合物的初始造浆材料，其能够在地层中很快凝固，形成布满整个泥水体系空间网架结构的框架；该密封堵漏材料成分中的建筑惰性物质和堵漏剂均含有不同大小颗粒的云母、蛭石、果壳、石棉、橡胶颗粒和锯末，因而其可以渗入土层中不同大小的孔隙中，及时起到封堵作用；此外，由于该建筑惰性物质为颗粒状，其具有较广的粒级分布，所以本发明所述密封堵漏材料可以通过混合不同颗粒级的建筑惰性物质，来适应具有不同大小孔隙的各类地层，如粘土层、砂土层等。

总之，本发明具有堵漏见效快、封堵能力强和适应范围广的优点，其能够用于各类土层中盾构进出洞施工时对洞圈与盾构之间空隙的密封堵漏。

附图说明：

图1是本发明的工作原理图。

具体实施方式：

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

某隧道工程采用φ14.87m气囊式泥水平衡盾构进行施工。隧道长1270米，衬砌采用单层衬砌，为通用环楔形管片，其外径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，进出洞段最大坡度均为4.5％，隧道最浅覆土8.6米。

该工程在施工中采用本发明所述密封堵漏材料进行封堵盾构进出洞圈与盾构间的渗漏。所述密封堵漏材料的组分重量配比为：造浆剂1.5～3.0％，堵漏剂0.5～1.0％，建筑惰性物质1.0～2.0％，余量为水。所述密封堵漏材料中的建筑惰性物质是指用于建筑工程中的一种物化特性比较稳定、与其它物质不易发生反应的添加材料，其为颗粒状，由不同级大小颗粒混合而成，具有较广的粒级分布，该建筑惰性物质含有云母、蛭石、果壳、石棉、橡胶颗粒和锯木屑其中的一种或者其中几种的组合，其在密封堵漏中起到填充孔隙及提高护壁稳定性的作用。所述密封堵漏材料中的造浆剂和堵漏剂是由市场上采购的现成系列产品，为专用于建筑材料的添加剂，其由中国石油天然气股份有限公司华北油田分公司下属任丘市超宇石油助燃剂有限公司生产，产品商标为华隧牌(HS)。所述造浆剂由高分子量的聚丙稀酸盐类、聚丙稀腈盐类、纤维类盐类、抗钙剂、增效添加剂等组成，是形成布满整个泥水体系的空间网架结构框架的初始造浆材料，其能够在地层中很快凝固，可起到增稠、絮凝和改善流变性的作用。所述堵漏剂也含有不同颗粒级配的原植物纤维和惰性物质，可封堵土层中的不同大小的孔隙，起到防止地面冒浆和开挖面土层跨塌的作用。

所述密封堵漏材料的几种实施例的不同组分重量配比如下：

实施例一：

造浆剂1.5％，堵漏剂1.0％，建筑惰性物质(含有云母、果壳、橡胶颗粒和锯木屑)1.5％，余量为水。

实施例二：

造浆剂3.0％，堵漏剂0.5％，建筑惰性物质(含有蛭石、石棉和锯木屑)2.0％，余量为水。

实施例三：

造浆剂2.3％，堵漏剂0.8％，建筑惰性物质(含有果壳)1.0％，余量为水。

上述某隧道工程在盾构进出洞施工中应用所述密封堵漏材料进行施工的具体步骤如下：

(一)在洞门圈处安装密封止水装置

为防止盾构进出洞时泥水通过洞口与盾构壳体之间的建筑空隙从洞门外窜入井内，首先在洞门圈处设置密封止水装置。该密封止水装置第一道采用的是环形钢板，第二道止水装置采用的是帘布橡胶板结合较薄的弹簧钢板。由于盾构存在以一定的坡度，所以环形钢板在内衬预埋钢板上的位置可以调整，但始终保持与盾构相互垂直。该密封止水装置能够阻挡绝大部分盾构机切削下来的渣土泥浆外流或外溢，从而将土仓内土压或泥水压力保持在设定的压力值之内，以防止正面土体坍塌和地面沉降。

(二)设置压注浆孔和应急注浆孔；

为保证盾构进出洞后洞圈处的止水效果，在箱体上两道帘布橡胶板之间沿外圈均匀布置12只(每30°设1只)直径为1″的压注浆孔，以加强箱体密封效果；另外在洞圈上预埋应急注浆孔，沿洞圈外上部的260°范围内，均匀布置14只直径为1″的应急注浆孔(每20°设1只)，在密封止水装置效果不好时应急使用。

(三)盾构推进过程中发生渗漏时，在泥水循环系统中逐渐加入所述密封堵漏材料来调整泥水，该密封堵漏材料的组分重量配比为：造浆剂(型号HS-1)2.0％，堵漏剂(型号HS-2)0.5％，锯木屑1.2％，余量为水。

在盾构进出洞段的施工过程中，孔隙主要产生在以下的几个方面：

①洞门圈周围的螺栓处；

②盾构机壳体的不平整或焊逢引起的与帘布橡胶板之间的孔隙；

③盾构机进入帘布橡胶板时造成帘布橡胶板破坏而产生的孔隙。

当以上三种情形之一或者三者同时发生时，该密封堵漏材料通过压注浆孔和应急注浆孔渗入地层孔隙。请参阅图1本发明的工作原理图，首先堵漏剂2和建筑惰性物质1中较大的颗粒在地层5中大的孔隙4处被阻挡而停留下来，继而中小颗粒渗进细小的孔隙4，形成封堵结构；随着盾构的掘进，原状土中的泥土量增加，胶体颗粒也随之增加，泥水的密度、粘度自然也上升，由于堵漏材料的加入，造浆剂3中的高分子材料能很快地在封堵结构表面形成致密的泥膜，填充孔隙空间，从而及时阻止渗漏，达到堵漏的效果。

本工程中采用了本发明所述密封堵漏材料进行封堵后，渗漏现象大为减少，个别渗漏点在加注所述密封堵漏材料后起到了立竿见影的效果，渗漏点的堵漏效果得到明显改善，据统计，泥水总漏失量约占总流量比例1.5％。

本发明所述密封堵漏材料可以根据盾构施工的地质条件，调整各组分的比例和颗粒级配，以适应具有不同孔隙的不同地层，因此本发明适应范围广，具有在不同土层、不同孔隙条件下较强的封堵能力，在粘土层中有较强的结构力和抑制分散能力，在砂土层中有较强的结构力和增粘的效果。

总之，本发明所述密封堵漏材料具有堵漏见效快、封堵能力强和适应范围广的优点，其施工简单、效果明显，不仅堵漏而且防漏，同时能够减小盾构施工对周边环境的影响，适用于各类土层中盾构进出洞施工时的密封堵漏，尤其适用于大型泥水盾构的隧道施工，特别在直径大于14m的超大直径盾构施工中洞门堵漏的效果尤为显著。

Claims (4)

1、一种密封堵漏材料，其特征在于：该材料的组分重量配比为：造浆剂1.5～3.0％，堵漏剂0.5～1.0％，建筑惰性物质1.0～2.0％，余量为水。

2、根据权利要求1所述的密封堵漏材料，其特征在于：所述建筑惰性物质为颗粒状，其由不同级大小颗粒混合。

3、根据权利要求2所述的密封堵漏材料，其特征在于：所述建筑惰性物质含有云母、蛭石、果壳、石棉、橡胶颗粒和锯木屑其中的一种或几种的组合。

4、一种在盾构进出洞施工中应用权利要求1、2或3所述密封堵漏材料的施工方法，其特征在于：所述施工方法采用权利要求1、2或3所述密封堵漏材料进行封堵盾构进出洞圈与盾构间的渗漏，其操作步骤如下：

(1)在洞门圈处安装密封止水装置；

(2)设置压注浆孔和应急注浆孔；

(3)盾构推进过程中发生渗漏时，利用该密封堵漏材料通过压注浆孔和应急注浆孔压入或灌入洞圈内以完成对渗漏点的堵漏。

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