CN103334772A - 一种能稳定暗挖砂层掌子面的浆液、浆液制备方法、注浆设备及其注浆工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种稳定暗挖砂层掌子面土体的浆液，主要由水聚丙烯酰胺化学剂与水泥浆混合制成，其中水泥浆的水灰质量比为1.6∶1～2∶1；水泥浆与聚丙烯酰胺化学剂体积比为1.5∶1～2∶1，本发明还涉及一种稳定暗挖砂层掌子面土体的浆液的注浆设备及注浆工艺，其中注浆设备主要由一个储浆罐、浆液入口阀门、浆液出口阀门、进风口阀门、应急阀门、一个进风口、一个出浆管、一浆液入口和一个压力表组成。本发明可解决暗挖施工时掌子面土体自稳差，特别是砂层或者砂卵石地层等自稳能力较差的开挖掌子面的稳定问题。

Description

一种能稳定暗挖砂层掌子面的浆液、浆液制备方法、注浆设备及其注浆工艺

技术领域

本发明涉及地下建筑工程技术领域，尤其涉及一种能稳定暗挖砂层掌子面的浆液、浆液制备方法、注浆设备及其工艺方法。

背景技术

随着城市轨道交通线网的不断加密，受周边邻近建(构)筑物、密集的地下管线以及繁忙的地面交通影响等，车站往往无法采用明挖法施工。因此，暗挖法施作地铁车站运用已越来越普遍，如何在保证安全的前提下加快暗挖车站的施工进度及效率是当前地铁工程重一个重要课题。

暗挖土方开挖施工是地铁工程中关键的工序，如何快速高效地进行土方开挖施工是地铁施工控制重点。根据暗挖施工工艺，初支土方开挖施工工艺基本分为一般土方开挖、格栅架立及喷射混凝土等步骤。同时，由于施工工艺的限制土方开挖完成后需至少有几小时进行格栅架立、超前支护等必须步骤。所以，在开挖完后掌子面的自稳能力直接威胁到操作人员的安全，并且，如果由于自稳能力差也将带来前方土体坍塌风险也会影响到周边管线及地面环境安全。在以往的施工过程中由于掌子面暴露时间过久而又未采取措施产生的坍塌事故累见不鲜，造成的社会影响也很大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能稳定暗挖砂层掌子面的浆液、浆液制备方法、注浆设备及其施工方法。可解决暗挖施工时掌子面土体自稳差，特别是砂层或者砂卵石地层等自稳能力较差的开挖掌子面的稳定问题，这对于有效控制暗挖土方开挖施工风险，保证周边环境安全，提高施工工效、加快施工进度具有重大意义。

本发明的技术方案如下：

一种稳定暗挖砂层掌子面土体的浆液，主要由水聚丙烯酰胺化学剂与水泥浆混合制成，其中水泥浆的水灰质量比为1.6∶1～2∶1；水泥浆与聚丙烯酰胺化学剂体积比为1.5∶1～2∶1。

一种稳定暗挖砂层掌子面土体的浆液的制备方法，包括以下步骤：

将稀释好的水聚丙烯酰胺化学剂缓缓加入到水泥浆液中，混合浆液的使用方法是先按质量比配置出水泥浆，再用水泥浆同聚丙烯酰胺化学剂按体积比配置注浆料剂。

一种稳定暗挖砂层掌子面土体的浆液的注浆设备，主要由一个储浆罐、四个阀门(浆液入口阀门、浆液出口阀门、进风口阀门、应急阀门)、一个进风口、一个出浆管、一浆液入口、一个压力表组成。

进一步地，储浆罐可以用螺旋管、无缝钢管等材料直接焊接罐底和罐顶而成；

进一步地，除浆液入口处用2时钢管焊接外，其它3个阀门处钢管均采用1时钢管焊接而成。

一种稳定暗挖砂层掌子面土体的浆液注浆设备的工艺方法，包括以下步骤：

①打开阀门2、3进行吹管，检验机具气密性，同时将超前小导管中的砂土排除，保证其注浆管道畅通，必要时应进行压水试验。

②关闭阀门2、3，打开阀门1，用量杯容器向罐内加上事先算好体积的混合液(黄庄站小导管设计为2m，单根需要注浆量为：π×0.152×2×0.5×1000＝70L)。

③关闭阀门1，将注浆导管连接到待注浆管塞好止浆塞(注：注浆管一定要连接牢固，防止注浆管脱落造成浆液溅射，止浆塞可以起到防止浆液渗漏作用)。

④打开阀门2，对主罐进行加压，设计注浆压力要求0.4-0.6Mpa。此过程主要控制注浆实际压力，我们在牛角泵上方设计安装了一个压力表，避免了因压力过大造成浆液扩散范围加大造成后续开挖困难和浆液的浪费，或者压力不足起不到加固地层的效果等情况。

⑤当注浆压力达到设计的80％时打开阀门3，进行注浆，打开风压阀门实施注浆时，最好采用二次送风(间隔2～3min)，可以将浆液压入导管中排出管中气体，并让浆液有一定的扩散时间。注浆结束标准为注浆量已达到设计注浆量，或地表及掌子面漏浆，即可结束本孔注浆(最主要控制注浆压力使其不大于设计要求)。

⑥关闭阀门2，同时打开阀门4将剩余浆液放入事先准备好的500L容器中，可以重复利用。

⑦将注浆嘴从小导管处解下，并用棉线将其口封堵好，确保管口不堵塞，以备后续二次注浆使用。

本发明的技术要点是运用自行设计制作的注浆喷浆设备，根据现场地层实际情况配置满足实际要求的浆液。此快速稳定掌子面注浆施工工艺原理是在注浆设备储浆罐内注入适量的浆液后，向里面送风，打开出浆阀门后，靠风的动力把配置好的浆液喷洒至暗挖掌子面，从而起到快速固结掌子面地层的效果。浆液配比可以根据掌子面地层情况随时进行调整。

本发明的有益效果是：本发明的的注浆设备和注浆工艺容易掌握，且机具制造成本低廉，具有容易修理和内部清洗等优点，注浆材料配置灵活，在砂层或卵石层中注浆效果明显，杜绝了塌方，保证了暗挖工程的顺利实现，在类似的地层中具有很好的推广价值。

附图说明

图1是一种能快速稳定暗挖砂层掌子面注浆设备示意图；

图2是一种能快速稳定暗挖砂层掌子面注浆喷浆过程流程示意图；

附图标记说明：1.浆液入口；2.浆液入口阀门；3.进风口阀门；4.进风口阀门；5.储浆罐；6.应急阀门；7.浆液出口阀门；8.浆液出口；9.压力表；10.止浆塞；11.喷浆嘴。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的工艺做进一步说明。

(1)自制注浆设备的介绍

本注浆及喷浆设备主要由一个储浆罐、四个阀门(浆液入口阀门、浆液出口阀门、进风口阀门、应急阀门)、一个进风口、一个出浆管、一喇叭形浆液入口、一个压力表组成。其中储浆罐可以用螺旋管、无缝钢管等材料直接焊接罐底和罐顶而成；除阀门1位置的浆液入口处用2时钢管焊接外，其它3个阀门处钢管用1时钢管焊接而成，具体见图1。

注浆所用配套工具：500L塑料容器2个(配浆液用)、搅拌棒、高压风管、量杯等。

本注浆及喷浆设备原理是在储浆罐内注入按现场要求配置好的混合浆液后，向里面送风，打开出浆阀门后，靠风的动力把浆液送至注浆管，通过注浆管端头安装的喷头将浆液均匀地喷洒在砂层或砂砂卵石层掌子面上，利用混合浆液与沙粒之间的物理与化学反应，使沙粒变大并形成沙结皮层，具有较好的固结强度。从而达到固结稳定掌子面的效果。

(2)浆液配置

进行混合浆液配置，为水聚丙烯酰胺化学剂与水泥浆混合后，生成新的注浆浆液。

混合配置浆液：将稀释好的水聚丙烯酰胺化学剂缓缓加入到水泥浆液中，混合浆液的使用方法是先按质量比配置出水泥浆，再用水泥浆同聚丙烯酰胺化学剂按体积比配置注浆料剂。

注浆料剂基本比例：1)水泥浆的水灰质量比：2∶1，比如水100kg：水泥50kg；2)水泥浆同聚丙烯酰胺化学剂体积比：2∶1，比如水泥浆10L：固沙剂10L。此比例初凝时间约为1min，固沙强度强。

(3)注浆设备使用的工艺流程，见图2。

①打开阀门2、3进行吹管，检验机具气密性，同时将超前小导管中的砂土排除，保证其注浆管道畅通，必要时应进行压水试验。

②关闭阀门2、3，打开阀门1，用量杯容器向罐内加上事先算好体积的混合液(黄庄站小导管设计为2m，单根需要注浆量为：π×0.152×2×0.5×1000＝70L)。

③关闭阀门1，将注浆导管连接到待注浆管塞好止浆塞(注：注浆管一定要连接牢固，防止注浆管脱落造成浆液溅射，止浆塞可以起到防止浆液渗漏作用)。

④打开阀门2，对主罐进行加压，设计注浆压力要求0.4-0.6Mpa。此过程主要控制注浆实际压力，我们在牛角泵上方设计安装了一个压力表，避免了因压力过大造成浆液扩散范围加大造成后续开挖困难和浆液的浪费，或者压力不足起不到加固地层的效果等情况。

⑤当注浆压力达到设计的80％时打开阀门3，进行注浆，打开风压阀门实施注浆时，最好采用二次送风(间隔2～3min)，可以将浆液压入导管中排出管中气体，并让浆液有一定的扩散时间。注浆结束标准为注浆量已达到设计注浆量，或地表及掌子面漏浆，即可结束本孔注浆(最主要控制注浆压力使其不大于设计要求)。

⑥关闭阀门2，同时打开阀门4将剩余浆液放入事先准备好的500L容器中，可以重复利用。

⑦将注浆嘴从小导管处解下，并用棉线将其口封堵好，确保管口不堵塞，以备后续二次注浆使用。

Claims (6)

1.一种稳定暗挖砂层掌子面土体的浆液，主要由水聚丙烯酰胺化学剂与水泥浆混合制成，其中水泥浆的水灰质量比为1.6∶1～2∶1；水泥浆与聚丙烯酰胺化学剂体积比为1.5∶1～2∶1。

2.权利要求1所述的稳定暗挖砂层掌子面土体的浆液的制备方法，包括以下步骤：将稀释好的水聚丙烯酰胺化学剂缓缓加入到水泥浆液中，混合浆液的使用方法是先按质量比配置出水泥浆，再用水泥浆同聚丙烯酰胺化学剂按体积比配置注浆料剂。

3.权利要求1所述的稳定暗挖砂层掌子面土体的浆液的注浆设备，主要由一个储浆罐、浆液入口阀门、浆液出口阀门、进风口阀门、应急阀门、一个进风口、一个出浆管、一浆液入口和一个压力表组成。

4.根据权利要求3所述的注浆设备，其中储浆罐用螺旋管或无缝钢管等材料直接焊接罐底和罐顶而成。

5.根据权利要求3所述的注浆设备，其中的阀门采用钢管焊接而成。

6.权利要求3-5任一项所述的稳定暗挖砂层掌子面土体的浆液注浆设备的工艺方法，包括以下步骤：

①打开浆液入口阀门和进风口阀门进行吹管，检验机具气密性，同时将超前小导管中的砂土排除，保证其注浆管道畅通，必要时应进行压水试验；

②关闭浆液入口阀门和进风口阀门，打开浆液入口，用量杯容器向罐内加上事先算好体积的混合液；

③关闭浆液入口，将注浆导管连接到待注浆管并塞好止浆塞；

④打开浆液入口阀门，对主罐进行加压，设计注浆压力要求0.4-0.6Mpa；

⑤当注浆压力达到设计的80％时打开进风口阀门，进行注浆，打开风压阀门实施注浆时，最好采用二次送风(间隔2～3min)，可以将浆液压入导管中排出管中气体，并让浆液有一定的扩散时间。注浆结束标准为注浆量已达到设计注浆量，或地表及掌子面漏浆，即可结束本孔注浆(最主要控制注浆压力使其不大于设计要求)。

⑥关闭阀门2，同时打开阀门4将剩余浆液放入事先准备好的500L容器中，可以重复利用。

⑦将注浆嘴从小导管处解下，并用棉线将其口封堵好，确保管口不堵塞，以备后续二次注浆使用。

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