CN104478369A - 矩形盾构施工的同步注浆方法及注浆浆液 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矩形盾构施工的同步注浆方法，包括：配制注浆浆液，所述注浆浆液包括干粉和膨胀剂，所述干粉由40％的复合硅酸盐水泥、50％的海带粉、以及10％的沸石粉按质量比混合而成；于矩形盾构的机壳上设置多个注浆孔，通过多个所述注浆孔同时向安装好的管节和土层之间注入所述注浆浆液；在注入所述注浆浆液的过程中，控制各个所述注浆孔的注浆量和注浆压力，通过所述注浆浆液填充所述管节和所述土层之间的间隙。本发明提供了一种适用于矩形盾构的注浆浆液，相较于现有的圆形盾构的注浆浆液具有较高的流动度和抗压强度，通过注入的注浆浆液填充了管节和土层之间的间隙，加固了土层的强度，避免了地表变形的情形。

Description

矩形盾构施工的同步注浆方法及注浆浆液

技术领域

本发明涉及隧道工程领域，尤指一种矩形盾构施工的同步注浆方法及注浆浆液。

背景技术

盾构同步注浆工艺是盾构法隧道施工必不可少的关键工序，是控制地面沉降和隧道稳定性的关键。盾构同步注浆工艺是在盾构掘进的同时，通过注浆泵将具备一定工作性能和强度的浆液注入盾尾的管片环外间隙之中，达到填充管片环外空隙的作用。

目前现有的盾构同步注浆技术均是针对圆形盾构施工的，由于矩形盾构的顶部和底部的建筑空隙呈水平状，浆液注入的流淌性、充填率和均匀性都较圆形隧道不利。矩形盾构又是在大断面的工况下，同步注浆容易引起地表变形，进而引起隧道变形，故提出一种适用于矩形盾构的同步注浆工艺尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种矩形盾构施工的同步注浆方法及注浆浆液，解决现有圆形盾构的同步注浆方法无法适用于矩形盾构、以及大断面的工况下易发生地表变形和隧道变形等问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明一种矩形盾构施工的同步注浆方法，包括：

配制注浆浆液，所述注浆浆液包括干粉和膨胀剂，所述干粉由40％的复合硅酸盐水泥、50％的海带粉、以及10％的沸石粉按质量比混合而成；

于矩形盾构的机壳上设置多个注浆孔，通过多个所述注浆孔同时向安装好的管节和土层之间注入所述注浆浆液；

在注入所述注浆浆液的过程中，控制各个所述注浆孔的注浆量和注浆压力，通过所述注浆浆液填充所述管节和所述土层之间的间隙。

本发明提供了一种适用于矩形盾构的注浆浆液，相较于现有的圆形盾构的注浆浆液具有较高的流动度和抗压强度，配合在矩形盾构的机壳上设置的注浆孔，向管节和土层之间的间隙均匀、同步的注入注浆浆液，合理的控制各个注浆孔的注浆量以及注浆压力，能够很好地解决矩形盾构大断面的工况中易发生地表变形和隧道变形的问题，通过注入的注浆浆液填充了管节和土层之间的间隙，加固了土层的强度，避免了地表变形的情形。

本发明矩形盾构施工的同步注浆方法的进一步改进在于，所述注浆浆液还包括砂、粉煤灰、膨润土、减水剂、以及水，其中所述的砂、粉煤灰、膨润土、干粉、减水剂、膨胀剂、以及水，以质量比860:560:100:25:3:20:360的比例混合。

本发明矩形盾构施工的同步注浆方法的进一步改进在于，于矩形盾构的机壳上设置多个注浆孔包括：

于所述机壳的顶部中间设置两个相邻的注浆孔以作为顶部注浆孔；

于靠近所述机壳的两个上角部各设置一个注浆孔以作为肩部注浆孔；

于靠近所述机壳的两个下角部各设置一个注浆孔以作为腰部注浆孔；

于所述机壳的底部设置两个注浆孔以作为底部注浆孔。

本发明矩形盾构施工的同步注浆方法的进一步改进在于，所述的顶部注浆孔、肩部注浆孔、腰部注浆孔、以及底部注浆孔注入所述注浆浆液的比例为3:3:2:2。

本发明矩形盾构施工的同步注浆方法的进一步改进在于，控制所述注浆孔的注浆量包括：

根据地层条件设定注浆率，所述注浆率为100％至150％；

利用公式

Q＝V*λ            (1)

V＝(L*H)²-(l*h)²+l₁             (2)

计算得出注浆量；

式(1)中：Q为注浆率，V为注浆浆液的充填体积，λ为注浆率，

式(2)中：L为矩形盾构的长度，H为矩形盾构的高度，l为管节的长度，h为管节的高度，l₁为管节的幅宽。

本发明矩形盾构施工的同步注浆方法的进一步改进在于，控制所述注浆孔的注浆压力包括：

利用注浆压力公式计算出各个注浆孔的注浆压力的下限值，所述压力公式为：

P1＝(H1+H2)γK0/1000+P2

其中：P1为注浆孔的注浆压力的下限值，H1为所述机壳至地面覆土的厚度，H2为注浆孔距机壳顶部的高度，γ为单位体积土体的重度，K0为侧向压力系数，P2为注浆孔的管阻。

本发明矩形盾构施工的同步注浆方法的进一步改进在于，注浆过程中实际注浆压力大于所述注浆孔的注浆压力的下限值，小于注浆压力的上限值。

本发明矩形盾构施工的同步注浆方法的进一步改进在于，所述注浆压力的上限值为所述注浆压力的下限值与1MPa之和。

本发明一种矩形盾构施工的注浆浆液，包括砂、粉煤灰、膨润土、干粉、减水剂、膨胀剂、以及水，以质量比为860:560:100:25:3:20:360的比例混合而成，所述干粉由40％的复合硅酸盐水泥、50％的海带粉、以及10％的沸石粉混合而成。

附图说明

图1为本发明矩形盾构的截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明提供一种矩形盾构施工的同步注浆方法及注浆浆液，该注浆浆液符合矩形盾构对环境保护及成环隧道稳定性控制要求，相比于传统的圆形盾构的注浆浆液具有较高的流动度和抗压强度，该注浆浆液提高地表的抗压强度，抑制地表变形。配合注浆孔的设计以及注浆量和注浆压力的控制，实现在管节和土层之间均匀注入注浆浆液，通过浆液固结形成加固结构，有效解决了地表沉降、隧道收敛变形、以及隧道上浮的问题。下面结合附图对本发明矩形盾构施工的同步注浆浆液及同步注浆方法进行说明。

本发明提供的一种矩形盾构施工的注浆浆液，适用于矩形盾构施工，该矩形盾构施工的断面较大，比如断面尺寸为11.7m*7.14m，大断面的矩形盾构施工对周围环境保护和隧道稳定性的要求较高。该矩形盾构的施工过程为，矩形盾构机向前掘进开挖隧道，从隧道的尾部开始拼装管节，每向前挖一环隧道，就在该新挖出的一环隧道处拼装一环管节，这样循环向前推进。本发明的注浆浆液用于填充装好的管节和土层之间的间隙，通过注浆浆液将间隙填满，提高土层的抗压强度，抑制地表变形，以及控制隧道收敛变形。

本发明矩形盾构施工的注浆浆液包括砂、粉煤灰、膨润土、干粉、减水剂、膨胀剂、以及水，具体的按照质量比的配合比例如表1所示：

成份	砂	粉煤灰	膨润土	干粉	减水剂	膨胀剂	水
								配合比	860	560	100	25	3	20	360

表1 矩形盾构施工的注浆浆液配合比

其中的干粉由40％的复合硅酸盐水泥、50％的海带粉、以及10％的沸石粉按质量比混合而成。该干粉的性能参数如表2所示：

表2 干粉性能参数指标

其中的膨胀剂的性能参数如表3所示：

表3 膨胀剂性能参数指标

现有的圆形盾构的同步注浆浆液有两种，一种是可硬性单液浆，另一种是抗剪型单液浆，两种浆液按照质量比的配合比如表4所示：

表4现有技术中圆形盾构的注浆浆液配合比

本发明矩形盾构施工的注浆浆液与现有圆形盾构中的两种浆液性能对比如表5所示：

表5 矩形盾构注浆浆液与圆形盾构注浆浆液性能指标对比

参阅图1，显示了矩形盾构的截面示意图。下面结合图1，对本发明矩形盾构施工的同步注浆方法进行说明。

如图1所示，本发明矩形盾构施工的同步注浆方法包括：

在矩形盾构的机壳上设置多个注浆孔，通过多个注浆孔同时向安装好的管节和土层之间注入注浆浆液。采用同步、均匀注浆方法，从矩形盾构的机壳内泵送注浆浆液至管节和土层之间，管节20为矩形结构，包括顶部21、底部22、侧部23、和侧部24，注浆孔包括两个顶部注浆孔11，两个肩部注浆孔12，两个腰部注浆孔13，以及两个底部注浆孔14。两个顶部注浆孔11相邻设于矩形机壳顶部的中间位置，两个肩部注浆孔12分别设于靠近矩形机壳的两个上角部处，两个腰部注浆孔13分别设于靠近矩形机壳的两个下角部处。两个底部注浆孔14以一定间隔设于矩形机壳的底部。通过注浆孔位置的设计，实现注浆的均匀性控制，确保注浆浆液能够密实填充管节和土层之间的间隙。较佳地，以矩形盾构截面的横向轴线和纵向轴线为基准，顶部注浆孔11设于距纵向轴线250mm处，肩部注浆孔12设于距纵向轴线4016mm处，腰部注浆孔13设于横向轴线下方，距横向轴线1300mm处，底部注浆孔14设于距纵向轴线1400mm处。通过顶部注浆孔11向管节20的顶部21处注浆，通过肩部注浆孔12向管节20的顶部21、侧部23、以及侧部24处注浆，通过腰部注浆孔13向管节20的侧部23和侧部24处注浆，通过底部注浆孔14向管节20的底部22处注浆，上述注浆孔位置的设计，可以保证管节外壁上的注浆均匀。

配置注浆浆液，该注浆浆液包括干粉和膨胀剂，干粉由40％的复合硅酸盐水泥、50％的海带粉、以及10％的沸石粉按质量比混合而成。该注浆浆液还包括砂、粉煤灰、膨润土、减水剂、以及水，具体地，采用砂、粉煤灰、膨润土、干粉、减水剂、膨胀剂、以及水，以质量比为860:560:100:25:3:20:360的比例混合形成注浆浆液。

通过机壳上设置的各个注浆孔，同步向管节和土层之间的间隙处注入注浆浆液，利用注浆浆液填满管节和土层之间的间隙。在注入注浆浆液的过程中，控制各个注浆孔的注浆量和注浆压力。

控制注浆量的方法包括：

该注浆量的确定是以盾尾建筑空隙量为基础，结合地层、线路以及掘进方法等考虑适当的富余系数，以保证达到充填密实的目的。注浆率一般应为100％～150％，根据地层条件、隧道稳定性和环境保护要求，同工程使用确定合理的注浆率。利用如下式(a)和式(b)进行注浆量的计算。

Q＝V*λ          式(a)

V＝(L*H)²-(l*h)²+l₁         式(b)

式(a)中：V为注浆浆液的充填体积，λ为注浆率，

式(b)中：L为矩形盾构的长度，H为矩形盾构的高度，l为管节的长度，h为管节的高度，l₁为管节的幅宽。

控制注浆压力的方法包括：

注浆压力的确定是根据注浆的目的和要求，即充分充填建筑空隙，避免由此引起地面隆沉而影响周围建筑物安全；避免过大的注浆压力引起管片衬砌破坏，防止注浆损坏盾尾密封。注浆压力下限值计算公式如下式(c)所示：

P1＝(H1+H2)γK0/1000+P2           式(c)

式(c)中：P1为注浆孔的注浆压力的下限值，H1为所述机壳至地面覆土的厚度，H2为注浆孔距机壳顶部的高度，γ为单位体积土体的重度，K0为侧向压力系数，P2为注浆孔的管阻。

在同步注浆过程中，注浆率要保持大于100％，各个注浆孔的注浆压力控制在注浆压力的下限值P1和上限值之间，注浆压力的上限值为注浆压力的下限值与1MPa之和。注浆的速率与矩形盾构推进的速度相匹配。

在机壳上的各个注浆孔的注浆比例分配为：顶部注浆孔11：肩部注浆孔12：腰部注浆孔13：底部注浆孔14＝3:3:2:2。

矩形盾构同步注浆方法的总体控制要求如表6所示：

表6 矩形盾构同步注浆总体控制要求

矩形盾构施工的同步注浆方法与圆形盾构同步注浆方法的效果比较如表7所示：

表7 矩形盾构施工和圆形盾构施工的同步注浆工艺效果比较

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种矩形盾构施工的同步注浆方法，其特征在于，包括：

配制注浆浆液，所述注浆浆液包括干粉和膨胀剂，所述干粉由40％的复合硅酸盐水泥、50％的海带粉、以及10％的沸石粉按质量比混合而成；

于矩形盾构的机壳上设置多个注浆孔，通过多个所述注浆孔同时向安装好的管节和土层之间注入所述注浆浆液；

在注入所述注浆浆液的过程中，控制各个所述注浆孔的注浆量和注浆压力，通过所述注浆浆液填充所述管节和所述土层之间的间隙。

2.如权利要求1所述的矩形盾构施工的同步注浆方法，其特征在于，所述注浆浆液还包括砂、粉煤灰、膨润土、减水剂、以及水，其中所述的砂、粉煤灰、膨润土、干粉、减水剂、膨胀剂、以及水，以质量比为860:560:100:25:3:20:360的比例混合。

3.如权利要求1所述的矩形盾构施工的同步注浆方法，其特征在于，于矩形盾构的机壳上设置多个注浆孔包括：

于所述机壳的顶部中间设置两个相邻的注浆孔以作为顶部注浆孔；

于靠近所述机壳的两个上角部的位置各设置一个注浆孔以作为肩部注浆孔；

于靠近所述机壳的两个下角部的位置各设置一个注浆孔以作为腰部注浆孔；

于所述机壳的底部设置两个注浆孔以作为底部注浆孔。

4.如权利要求3所述的矩形盾构施工的同步注浆方法，其特征在于，所述的顶部注浆孔、肩部注浆孔、腰部注浆孔、以及底部注浆孔注入所述注浆浆液的比例为3:3:2:2。

5.如权利要求1所述的矩形盾构施工的同步注浆方法，其特征在于，控制所述注浆孔的注浆量包括：

根据地层条件设定注浆率，所述注浆率为100％至150％；

利用公式

Q＝V*λ(1)

V＝(L*H)²-(l*h)²+l₁(2)

计算得出注浆量；

式(1)中：Q为注浆量，V为注浆浆液的充填体积，λ为注浆率，

式(2)中：L为矩形盾构的长度，H为矩形盾构的高度，l为管节的长度，h为管节的高度，l₁为管节的幅宽。

6.如权利要求1所述的矩形盾构施工的同步注浆方法，其特征在于，控制所述注浆孔的注浆压力包括：

利用注浆压力公式计算出各个注浆孔的注浆压力的下限值，所述压力公式为：

P1＝(H1+H2)γK0/1000+P2

其中：P1为注浆孔的注浆压力的下限值，H1为所述机壳至地面覆土的厚度，H2为注浆孔距机壳顶部的高度，γ为单位体积土体的重度，K0为侧向压力系数，P2为注浆孔的管阻。

7.如权利要求6所述的矩形盾构施工的同步注浆方法，其特征在于，注浆过程中实际注浆压力大于所述注浆孔的注浆压力的下限值，小于注浆压力的上限值，所述注浆压力的上限值为所述注浆压力的下限值与1MPa之和。

8.一种矩形盾构施工的注浆浆液，其特征在于，包括砂、粉煤灰、膨润土、干粉、减水剂、膨胀剂、以及水，以质量比为860:560:100:25:3:20:360的比例混合而成，所述干粉由40％的复合硅酸盐水泥、50％的海带粉、以及10％的沸石粉混合而成。