CN102434174B - 一种盾构隧道施工用膨润土注浆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盾构隧道施工用膨润土注浆方法，包括步骤：一、径向注浆孔开设：在盾构机盾体上部中心线上开设径向注浆孔；二、注浆管及管道控制阀安装；三、注浆连接管及注浆设备安装；四、盾构施工：采用盾构机进行盾构施工；当土仓内部实际压力小于盾构机正常盾构施工时土仓内部压力时，打开管道控制阀，并通过注浆设备向盾构机盾体外侧喷射Na基膨润土浆液，直至土仓内部实际压力与盾构机正常盾构施工时土仓内部压力相等时，关闭管道控制阀。本发明设计合理、施工步骤简单、实现方便且施工成本低、施工效果好，能够迅速填补盾构机施工过程中的土仓压力损失，保持土仓压力稳定，并有效确保施工隧道上部地层的沉降安全。
Description
技术领域
本发明属于盾构隧道施工技术领域，尤其是涉及一种盾构隧道施工用膨润土注浆方法。
背景技术
目前，我国各大城市都在建设和规划本市地铁建设，在一个城市中地铁网络往往由多条线路组成，随着地铁线路的不断增多，线路交叉及下穿建(构)筑物的情形在所难免，这些都预示着今后将会有大量的交叉隧道及下穿建(构)筑物的施工。
在交叉隧道施工过程中，特别是软土地层中新建盾构隧道下穿既有线施工中，如何保证既有线的沉降安全，成为下穿成功与否的关键。现如今，国内对交叉隧道进行施工时，一般均采取对两条相交隧道所夹的土体进行加固的方法，保证既有线的沉降安全。但对于软土地层中新建盾构隧道小间距下穿既有运行线施工中，很难对夹层土体进行加固，且加固施工可能会破坏夹层土体自身的稳定性，从而加大了既有运行线的沉降，增加了既有线的运营风险。因此，一般不采取提前对夹层土体的加固措施，而是通过盾构掘进的自身措施减小既有线的沉降，确保下穿施工顺利成功。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种盾构隧道施工用膨润土注浆方法，其设计合理、施工步骤简单、实现方便且施工成本低、施工效果好，能够迅速填补盾构机施工过程中的土仓压力损失，保持土仓压力稳定，并确保施工隧道上部地层的沉降安全。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种盾构隧道施工用膨润土注浆方法，所施工盾构隧道为下穿既有隧道、建筑物或构筑物的隧道段，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、径向注浆孔开设：在施工所用盾构机的盾构机盾体上部中心线上，开设一个或多个呈竖直向布设的径向注浆孔；
步骤二、注浆管安装：在步骤一中所述径向注浆孔上分别安装一根注浆管，并在注浆管上安装管道控制阀；
步骤三、注浆连接管安装：通过注浆连接管，将注浆管与内部存储有Na基膨润土浆液的注浆设备相接；所述Na基膨润土浆液为由Na基膨润土和水按照1∶10±1的质量比均匀配制而成的混合浆液；
步骤四、盾构施工：按照常规的盾构施工方法，采用所述盾构机对所施工隧道段进行盾构施工；且盾构施工过程中，通过布设在所述盾构机土仓内的压力检测单元对所述土仓内部的实际压力进行实时检测，并根据压力检测单元的实时检测结果对管道控制阀进行调控：当检测发现所述土仓内部的实际压力小于预先设定的盾构机正常盾构施工时所述土仓内部压力时，打开管道控制阀，并通过所述注浆设备向所述盾构机盾体外侧喷射Na基膨润土浆液，直至所述土仓内部的实际压力与预先设定的盾构机正常盾构施工时所述土仓内部压力相等时，关闭管道控制阀。
上述一种盾构隧道施工用膨润土注浆方法，其特征是：步骤三中配制所述Na基膨润土浆液时，还需采用泥浆粘度计对所述Na基膨润土浆液的粘度进行测试，且测试得出流出500立方厘米Na基膨润土浆液所需时间为25s±5s；所述泥浆粘度计为流出500立方厘米水所需时间为15s±0.5s的粘度计。
上述一种盾构隧道施工用膨润土注浆方法，其特征是：步骤四中通过所述注浆设备向所述盾构机盾体外侧喷射Na基膨润土浆液时，所述Na基膨润土浆的流量为60L/min±10L/min。
上述一种盾构隧道施工用膨润土注浆方法，其特征是：步骤一中所述的盾构机盾体包括由前至后组装为一体的前盾、中盾和盾尾，所述前盾前部安装有刀盘，且中盾后侧安装有管片拼装机；所述径向注浆孔位于所述中盾的上部中心线上。
上述一种盾构隧道施工用膨润土注浆方法，其特征是：步骤一中所述径向注浆孔的数量为一个。
上述一种盾构隧道施工用膨润土注浆方法，其特征是：步骤二中所述管道控制阀为由控制器进行控制的电磁控制阀；步骤四中盾构施工之前，还需通过与控制器相接的参数设置单元输入预先设定的盾构机正常盾构施工时所述土仓内部压力值；盾构施工过程中，所述压力检测单元对所述土仓内部的实际压力进行实时检测，并将所检测的实际压力信号同步传送至控制器，控制器对实时所检测的实际压力信号与预先设定的盾构机正常盾构施工时所述土仓内部压力值进行差值比较，并根据差值比较结果对管道控制阀进行自动开关控制。
上述一种盾构隧道施工用膨润土注浆方法，其特征是：步骤二中所述的注浆管呈竖直向布设，所述管道控制阀安装在注浆管底部，所述注浆连接管的一端与所述注浆设备相接且其另一端安装在管道控制阀上。
上述一种盾构隧道施工用膨润土注浆方法，其特征是：步骤一中所述的盾构机包括盾构机盾体和与所述盾构机盾体相配合使用的后配套设备，所述后配备设备包括管片运输设备和多节相互连接为一体的后配套台车组成，所述管片运输设备安装在所述盾构机盾体与多台所述后配套台车中位于最前侧的后配套台车之间；所述前盾与所述管片运输设备之间安装有螺旋输送机，且步骤三中所述的注浆设备布设在所述后配套台车上。
上述一种盾构隧道施工用膨润土注浆方法，其特征是：所述径向注浆孔位于所述中盾中前部的上部中心线上。
上述一种盾构隧道施工用膨润土注浆方法，其特征是：步骤三中所述注浆设备和所述注浆连接管组成向所述盾构机盾体外侧喷射Na基膨润土浆液的二次注浆系统。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、施工步骤简单、实现方便且投入施工成本低。
2、对现有盾构机改造简易且经济适用，对盾构机自身无损伤，只需在盾构机中盾12点钟位置，用氧气将盾构机盾体打穿，将装有球阀(即流量控制阀)的注浆短管焊接在打穿的注浆孔上；球阀及注浆短管的直径根据现有二次注浆设备确定即可。
3、对现有盾构机的改造极易实现，且改造费用很小，使用的设备及材料也是盾构施工必须使用的，不会增加新的施工成本，具有很好的经济性和适用性，特别容易推广使用。
4、工艺简单、设计新颖，经济性及可操作性强，适用范围广泛，能有效适用至采用盾构法施工的隧道下穿对沉降敏感的建(构)筑物的施工，特别是下穿既有运行线施工过程。因而，本发明广泛适用于城市地铁施工，特别是下穿既有地铁运行线等新建地铁盾构隧道建设。
5、使用效果好且实用价值高，通过二次注浆设备从盾体改造的注浆孔向盾体周围径向注入高稠度膨润土，可迅速挤压盾体周围气压，通过盾构机土仓壁上的压力传感器读数，控制膨润土的注入量，从而确保土仓压力损失能被高稠度的膨润土填补，达到土仓压力平衡稳定的效果，确保盾构机上方建(构)筑物，特别是既有运行线的沉降安全，同时注入的浆液又不会因为长时间停机固结在盾壳上影响后期盾构掘进。因而，本发明能有效地控制盾体上方地层沉降，保证了上方既有运行线的营运安全。尤其是在盾构机下穿既有运行线施工过程中，盾构机停机时采用本发明处理更为有效。
综上所述，本发明设计合理、施工步骤简单、实现方便且施工成本低、施工效果好，在盾构机停机过程中，利用盾构机中盾注浆孔，向盾体周围注入Na基膨润土的施工方案能够迅速填补停机过程中的土仓压力损失，保持土仓压力稳定，确保既有运行线的沉降安全。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的注浆方法流程框图。
图2为本发明所开设径向注浆孔的布设位置示意图。
图3为本发明所采用注浆管与管道控制阀的布设位置示意图。
图4为本发明所采用二次注浆系统的电路原理框图。
附图标记说明：
1-径向注浆孔； 2-注浆管； 3-管道控制阀；
4-压力检测单元； 5-中盾； 6-控制器；
7-参数设置单元； 8-显示单元； 9-数据存储单元。
具体实施方式
如图1所示的一种盾构隧道施工用膨润土注浆方法，所施工盾构隧道为下穿既有隧道、建筑物或构筑物的隧道段。本实施例中，所施工盾构隧道段(即新建隧道)为盾构区间下穿既有地铁隧道且与既有地铁隧道相交叉的隧道段，所施工盾构隧道的右线隧道与既有地铁隧道之间的净距为1.46m，所施工盾构隧道的左线隧道与既有地铁隧道之间的净距为1.23m，此小间距为国内目前最小下穿间距。既有地铁隧道主要位于砾质粘土层和全风化花岗岩层中；所施工盾构隧道主要穿越全风化花岗岩层和强风化花岗岩层，且所施工盾构隧道与既有地铁隧道之间所夹土体为全风化花岗岩，全风化花岗岩地质具有遇水软化、崩解、流淌的特性，此种地质对下穿施工中既有运行线(即既有地铁隧道)的沉降控制极为不利。由于既有地铁隧道的控制指标为运营线路轨道竖向变形±4mm，两轨道横向高差＜4mm，水平及水平三角坑高低差＜4mm/10m；轨距+6mm，-2mm；因而控制要求极为严格。
因而，在所施工隧道下穿既有地铁隧道运行线施工过程中，正常盾构施工停机时，如何填补盾构机土仓内部压力损失，保持土仓内部压力稳定，确保既有运行线沉降安全；同时，在新建盾构隧道下穿既有运行线施工过程中，一旦出现非正常盾构机停机时，如何填补土仓压力损失，保持土仓压力稳定，确保既有运行线沉降安全，均是施工成功与否的关键。
实际施工时，该膨润土注浆方法包括以下步骤：
步骤一、径向注浆孔开设：结合图2和图3，在施工所用盾构机的盾构机盾体上部中心线上，开设一个或多个呈竖直向布设的径向注浆孔1。
本实施例中，所述盾构机盾体包括由前至后组装为一体的前盾、中盾5和盾尾，所述前盾前部安装有刀盘，且中盾5后侧安装有管片拼装机。所述径向注浆孔1位于所述中盾5的上部中心线上。
本实施例中，所述径向注浆孔1的数量为一个，且所述径向注浆孔1位于所述中盾5中前部的上部中心线上。
步骤二、注浆管安装：在步骤一中所述径向注浆孔1上分别安装一根注浆管2，并在注浆管2上安装管道控制阀3。
本实施例中，所述注浆管2呈竖直向布设，所述管道控制阀3安装在注浆管2底部，所述注浆连接管的一端与所述注浆设备相接且其另一端安装在管道控制阀3上。
本实施例中，所述管道控制阀3为由控制器6进行控制的电磁控制阀。实际施工时，也可以采用手动控制阀。
步骤三、注浆连接管安装：通过注浆连接管，将注浆管2与内部存储有Na基膨润土浆液的注浆设备相接；所述Na基膨润土浆液为由Na基膨润土和水按照1∶10±1的质量比均匀配制而成的混合浆液。
本实施例中，所述Na基膨润土浆液为由Na基膨润土和水按照1∶10的质量比均匀配制而成的混合浆液。实际施工过程中，对所述Na基膨润土浆液进行配制时，也可根据实际具体需要，对Na基膨润土和水之间的质量比进行相应调整。
本实施例中，所述盾构机包括盾构机盾体和与所述盾构机盾体相配合使用的后配套设备，所述后配备设备包括管片运输设备和多节相互连接为一体的后配套台车组成，所述管片运输设备安装在所述盾构机盾体与多台所述后配套台车中位于最前侧的后配套台车之间；所述前盾与所述管片运输设备之间安装有螺旋输送机，且步骤三中所述的注浆设备布设在所述后配套台车上。所述管片运输设备包括管片运送小车、运送管片的电动葫芦和连接桥轨道，所述连接桥轨道连接在盾尾与多台所述后配套台车中位于最前侧的后配套台车之间。
步骤三中配制所述Na基膨润土浆液时，还需采用泥浆粘度计对所述Na基膨润土浆液的粘度进行测试，且测试得出流出500立方厘米Na基膨润土浆液所需时间为25s±5s。所述泥浆粘度计为流出500立方厘米水所需时间为15s±0.5s的粘度计。本实施例中，测试得出流出500立方厘米Na基膨润土浆液所需时间为25s。实际施工时，也可以根据具体需要，对所述Na基膨润土浆液的粘度进行相应调整。
所述注浆设备和所述注浆连接管组成向所述盾构机盾体外侧喷射Na基膨润土浆液的二次注浆系统。
本实施例中，注浆材料选择粘稠性较强的Na基膨润土，此种材料可迅速通过搅拌形成粘稠液体，注入盾构体盾体周围空隙后，能迅速填补盾构机土仓内气压的损失；即使长时间停机也不会将盾构机困住；同时，由于此种材料是同步注浆浆液所用原料的一种，可最大限度地减小对同步注浆浆液强度的影响，达到很好的使用效果。
步骤四、盾构施工：按照常规的盾构施工方法，采用所述盾构机对所施工隧道段进行盾构施工；且盾构施工过程中，通过布设在所述盾构机土仓内的压力检测单元4对所述土仓内部的实际压力进行实时检测，并根据压力检测单元4的实时检测结果对管道控制阀3进行调控：当检测发现所述土仓内部的实际压力小于预先设定的盾构机正常盾构施工时所述土仓内部压力时，打开管道控制阀3，并通过所述注浆设备向所述盾构机盾体外侧喷射Na基膨润土浆液，直至所述土仓内部的实际压力与预先设定的盾构机正常盾构施工时所述土仓内部压力相等时，关闭管道控制阀3。
预先设定的盾构机正常盾构施工时所述土仓内部压力为按照常规盾构施工中盾构机土仓压力的确定方法所确定的盾构机正常盾构施工时所述土仓的内部压力值，实际施工过程中，还需根据对盾构机上方既有隧道、建筑物或构筑物的沉降监测情况，对预先设定的盾构机正常盾构施工时所述土仓内部压力进行相应调整。
本实施例中，所采用的压力检测单元4为现有盾构机土仓内壁上所布设的压力传感器。
实际施工过程中，通过所述注浆设备向所述盾构机盾体外侧喷射Na基膨润土浆液时，所述Na基膨润土浆的流量为60L/min±10L/min。本实施例中，所述Na基膨润土浆的流量为60L/min，实际施工时，可以根据具体需要，对所述Na基膨润土浆的流量进行相应调整。
本实施例中，结合图4，盾构施工之前，还需通过与控制器6相接的参数设置单元7输入预先设定的盾构机正常盾构施工时所述土仓内部压力值；盾构施工过程中，所述压力检测单元4对所述土仓内部的实际压力进行实时检测，并将所检测的实际压力信号同步传送至控制器6，控制器6对实时所检测的实际压力信号与预先设定的盾构机正常盾构施工时所述土仓内部压力值进行差值比较，并根据差值比较结果对管道控制阀3进行自动开关控制。
实际使用过程中，还需采用与控制器6相接的显示单元8对压力检测单元4所检测压力信号进行同步显示，同时还需采用与控制器6相接的数据存储单元9对压力检测单元4所检测压力信号进行同步存储。
综上，实际使用时，将Na基膨润土放入搅拌罐内兑水搅拌，稠度可根据注浆效果随时调整，并将注浆设备通过注浆连接管与盾构机中盾提前装好的球阀连接，当盾构机停机且土仓内部压力减小后，立即开动注浆设备，同时打开管道控制阀3向盾构机盾体后方注入膨润土浆液，当盾构机操作室内土仓压力传感器压力值上升后立即停止注浆；否则需继续注浆；注浆必须使土仓压力保持不变，或根据盾构机上方既有运行线的监测情况调整土仓压力的变化。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种盾构隧道施工用膨润土注浆方法，所施工盾构隧道为下穿既有隧道、建筑物或构筑物的隧道段，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、径向注浆孔开设：在施工所用盾构机的盾构机盾体上部中心线上，开设一个或多个呈竖直向布设的径向注浆孔（1）；
步骤二、注浆管安装：在步骤一中所述径向注浆孔（1）上分别安装一根注浆管（2），并在注浆管（2）上安装管道控制阀（3）；
步骤三、注浆连接管安装：通过注浆连接管，将注浆管（2）与内部存储有Na基膨润土浆液的注浆设备相接；所述Na基膨润土浆液为由Na基膨润土和水按照1︰10±1的质量比均匀配制而成的混合浆液；
步骤四、盾构施工：按照常规的盾构施工方法，采用所述盾构机对所施工隧道段进行盾构施工；且盾构施工过程中，通过布设在所述盾构机土仓内的压力检测单元（4）对所述土仓内部的实际压力进行实时检测，并根据压力检测单元（4）的实时检测结果对管道控制阀（3）进行调控：当检测发现所述土仓内部的实际压力小于预先设定的盾构机正常盾构施工时所述土仓内部压力时，打开管道控制阀（3），并通过所述注浆设备向所述盾构机盾体外侧喷射Na基膨润土浆液，直至所述土仓内部的实际压力与预先设定的盾构机正常盾构施工时所述土仓内部压力相等时，关闭管道控制阀（3）。
2.按照权利要求1所述的一种盾构隧道施工用膨润土注浆方法，其特征在于：步骤三中配制所述Na基膨润土浆液时，还需采用泥浆粘度计对所述Na基膨润土浆液的粘度进行测试，且测试得出流出500立方厘米Na基膨润土浆液所需时间为25s±5s；所述泥浆粘度计为流出500立方厘米水所需时间为15s±0.5s的粘度计。
3.按照权利要求1或2所述的一种盾构隧道施工用膨润土注浆方法，其特征在于：步骤四中通过所述注浆设备向所述盾构机盾体外侧喷射Na基膨润土浆液时，所述Na基膨润土浆的流量为60L/min±10L/min。
4.按照权利要求1或2所述的一种盾构隧道施工用膨润土注浆方法，其特征在于：步骤一中所述的盾构机盾体包括由前至后组装为一体的前盾、中盾（5）和盾尾，所述前盾前部安装有刀盘，且中盾（5）后侧安装有管片拼装机；所述径向注浆孔（1）位于所述中盾（5）的上部中心线上。
5.按照权利要求1或2所述的一种盾构隧道施工用膨润土注浆方法，其特征在于：步骤一中所述径向注浆孔（1）的数量为一个。
6.按照权利要求1或2所述的一种盾构隧道施工用膨润土注浆方法，其特征在于：步骤二中所述管道控制阀（3）为由控制器（6）进行控制的电磁控制阀；步骤四中盾构施工之前，还需通过与控制器（6）相接的参数设置单元（7）输入预先设定的盾构机正常盾构施工时所述土仓内部压力值；盾构施工过程中，所述压力检测单元（4）对所述土仓内部的实际压力进行实时检测，并将所检测的实际压力信号同步传送至控制器（6），控制器（6）对实时所检测的实际压力信号与预先设定的盾构机正常盾构施工时所述土仓内部压力值进行差值比较，并根据差值比较结果对管道控制阀（3）进行自动开关控制。
7.按照权利要求1或2所述的一种盾构隧道施工用膨润土注浆方法，其特征在于：步骤二中所述的注浆管（2）呈竖直向布设，所述管道控制阀（3）安装在注浆管（2）底部，所述注浆连接管的一端与所述注浆设备相接且其另一端安装在管道控制阀（3）上。
8.按照权利要求4所述的一种盾构隧道施工用膨润土注浆方法，其特征在于：步骤一中所述的盾构机包括盾构机盾体和与所述盾构机盾体相配合使用的后配套设备，所述后配套设备包括管片运输设备和多节相互连接为一体的后配套台车组成，所述管片运输设备安装在所述盾构机盾体与多台所述后配套台车中位于最前侧的后配套台车之间；所述前盾与所述管片运输设备之间安装有螺旋输送机，且步骤三中所述的注浆设备布设在所述后配套台车上。
9.按照权利要求4所述的一种盾构隧道施工用膨润土注浆方法，其特征在于：所述径向注浆孔（1）位于所述中盾（5）中前部的上部中心线上。
10.按照权利要求1或2所述的一种盾构隧道施工用膨润土注浆方法，其特征在于：步骤三中所述注浆设备和所述注浆连接管组成向所述盾构机盾体外侧喷射Na基膨润土浆液的二次注浆系统。
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