CN106761837A - 隧道掘进过程中的注浆结构及配套的注浆方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道掘进设备相关技术领域，特别是一种隧道掘进过程中的注浆结构及配套的注浆方法。本发明旨在解决现有技术中同步注浆无法填充管片背部间隙的问题。本发明自隧道内壁起向内依次包括岩层和管片层，以形成以节为单元的边顶拱；管片层和岩层间设有支撑架以形成中空夹层；在边顶拱底部设有底层衬砌平台，在每节边顶拱的管片层顶部设有连通中空夹层的注浆预留孔，注浆预留孔活动连接注浆管道，该管道的另一端连接注浆机。本发明的有益效果在于：不增加注浆成本，注浆过程顺利，浆液利用率高，设备结构简洁，便于维修与后期养护，安装与拆卸时间短,可以随时监控注浆压力，保证注浆质量，砂浆加水玻璃在接触面快速形成骨架层，减小砂浆向刀盘流动量。

Description

隧道掘进过程中的注浆结构及配套的注浆方法

技术领域

本发明涉及隧道掘进设相关技术领域，特别是一种隧道掘进过程中的注浆结构及配套的注浆方法。

背景技术

隧道挖掘常见于地铁、公路及铁路的维修。隧道挖掘过程中，尤其在地铁施工中，盾构机是常用设备。

在实际工作过程中，研究人员发现，自稳地层中掘进由于止浆板磨损严重，地层无收敛，盾构机与地层间形成通道，掘进过程中浆液均流向土仓，导致同步注浆无法有效填充管片背部间隙，同步注入砂浆无法起到二次防水作用，在后续的工作中引起管片上浮及渗漏水。

所以，由于盾构掘进地层自稳性高，同步注浆无法填充管片背部间隙，导致区间隧道上浮渗漏水严重。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中同步注浆无法填充管片背部间隙的问题，提供一种解决背部间隙的隧道掘进过程中的注浆结构。

为解决上述技术问题，本发明的具体方案是：

设计一种隧道掘进过程中的注浆结构，自隧道内壁起向内依次包括岩层和管片层，以形成以节为单元的边顶拱；所述管片层和岩层间设有支撑架以形成中空夹层；在所述边顶拱底部设有底层衬砌平台，在每节所述边顶拱的管片层顶部和底部设有连通中空夹层的注浆预留孔，所述注浆预留孔活动连接注浆管道，该管道的另一端连接注浆机。

在每节顶拱的管片层顶部对称设有一个或两个注浆预留孔，所述注浆预留孔的高度位置高于所述隧道总高度的0.93。

所述注浆管道上设有入料阀门。

所述注浆管道还并联有混料管，在所述注浆管道和所述混料管上设有阀门，所述混料管的末端连接水玻璃液液仓，所述混料管上安装有水玻璃泵。

所述注浆管道上安装有压力表。

所述注浆机安装于隧道掘进过程中掘进设备的拖车上。

一种使用该的注浆结构的注浆方法，具体步骤如下：

（1）一次注浆：掘进过程中盾构机的盾尾通过当节边顶拱结构时，向中空夹层内注入砂浆A至中空夹层内砂浆的高度平齐于边顶拱结构的最大宽度，所述砂浆A的注入压力在2～3.5bar之间，注浆量2.5～4方/环，形成砂浆层a；

（2）二次注浆：掘进过程当盾构机处于当节边顶拱前方4～6节位置时，砂浆和水玻璃按质量份5～20:1调配砂浆B，将所述砂浆B通过管道灌注至中空夹层内，至中空夹层内填充物的高度位置与管道高度相平齐，所述管道高度高于所述边隧道内径整体高度的0.93，注浆压力2～3.5bar之间，浆液凝结时间控制在5～10分钟，注浆量2.5～4立方/环，形成砂浆层b；

（3）补浆：当盾构机处于当节边顶拱前方9～12节位置时，向步骤（2）后的中空夹层内补充注入3～5立方同步砂浆A，以向盾构机方向及管片正上方空隙处强制补充砂浆，形成砂浆层c。

所述同步砂浆A按如下方法制作：以重量份计，包括170～190份水泥：360～400份粉煤灰：50～70份膨润土：600～100份细砂：360～500份水，混合后，初凝时间为3～4小时，终凝7～9小时。

所述同步砂浆A在注浆前还经过5～70分钟的搅拌。

相对于边顶拱结构横截面的中心轴线，每节边顶拱中，所述管道入口交错安装于所述中心轴线的单侧；或所述管道入口安装于所述中心轴线的两侧。

本发明的有益效果在于：

（1）可以依托该设备三阶段注浆，不增加注浆成本，注浆过程顺利，浆液利用率高，设备结构简洁，便于维修与后期养护，安装与拆卸时间短；

（2）掘进同时即管片开孔注入砂浆加水玻璃混合物，可以顺畅进行补充注浆，可注入性强，浆液利用率高；工作过程中，每10节停机一次进行强制顶部补充砂浆，基本可以实现注浆饱满的目标；

（3）管路阀门也压力计的设置可以随时监控注浆压力，保证注浆质量；

（4）注浆口可根据工步安装或拆卸，满足隧道的注浆或检修设计需要，注浆机等原料机构安装位置的要求低，适合隧道挖掘的现场工况；

（5）相对于边顶拱结构横截面的中心轴线，每节边顶拱中，所述管道入口交错安装于所述中心轴线的单侧；或所述管道入口安装于所述中心轴线的两侧，砂浆加水玻璃在接触面快速形成骨架层，减小砂浆向刀盘流动量。

附图说明

图1是本发明隧道结构的立体图；

图2是本发明另一方向隧道结构的立体图；

图3是本发明隧道主视方向示意图；

图4是本发明隧道右视方向示意图；

图中各部件名称：1.盾构机；2.管片层；3.岩层；4.衬砌平台；5.注浆机；6.连接玻璃水的三通管道；8.注浆层。

具体实施方式

实施例1：一种隧道掘进过程中的注浆结构，参见图1至图4，自隧道内壁起向内依次包括岩层和管片层，以形成以节为单元的边顶拱；管片层和岩层间设有支撑架以形成中空夹层；在边顶拱底部设有底层衬砌平台，在每节边顶拱的管片层顶部和底部设有连通中空夹层的注浆预留孔，注浆预留孔活动连接注浆管道，该管道的另一端连接注浆机。

在每节顶拱的管片层顶部对称设有一个或两个注浆预留孔，注浆预留孔的高度位置高于隧道总高度的0.93。

注浆管道上设有入料阀门。

注浆管道还并联有混料管，在注浆管道和混料管上设有阀门，混料管的末端连接水玻璃液液仓，混料管上安装有水玻璃泵。

注浆管道上安装有压力表。

注浆机安装于隧道掘进过程中掘进设备的拖车上。

一种使用该的注浆结构的注浆方法，具体步骤如下：

（1）一次注浆：掘进过程中盾构机的盾尾通过当节边顶拱结构时，向中空夹层内注入砂浆A至中空夹层内砂浆的高度平齐于边顶拱结构的最大宽度，砂浆A的注入压力在2～3.5bar之间，注浆量3立方/环，形成砂浆层a；

（2）二次注浆：掘进过程当盾构机处于当节边顶拱前方5节位置时，砂浆和水玻璃按重量份5～20:1调配砂浆B，将砂浆B通过管道灌注至中空夹层内，至中空夹层内填充物的高度位置与管道高度相平齐，管道高度高于边隧道内径整体高度的0.93，注浆压力3bar，浆液凝结时间控制在5～10分钟，注浆量2.5～4方/环，形成砂浆层b；

（3）补浆：当盾构机处于当节边顶拱前方10节位置时，向步骤（2）后的中空夹层内补充注入3立方同步砂浆A，以向盾构机方向及管片正上方空隙处强制补充砂浆，形成砂浆层c。

同步砂浆A按如下方法制作：以重量份计，包括180份水泥：380份粉煤灰：60份膨润土：700份细砂：400份水，混合后，初凝时间为3～4小时，终凝7～9小时。

同步砂浆A在注浆前还经过5～70分钟的搅拌。

相对于边顶拱结构横截面的中心轴线，每节边顶拱中，管道入口交错安装于中心轴线的单侧；或管道入口安装于中心轴线的两侧。

本实施例中，采用砂浆配合比为水泥：粉煤灰：膨润土：细砂：水=180:380:60:700:400，经现场取样，该配合比砂浆初凝为3-4小时，终凝8小时，砂浆和易性良好。

本发明所涉及的工作方法的原理在于，砂浆加水玻璃交错注入能够加快同步砂浆凝结时间，砂浆加水玻璃在接触面快速形成骨架层，减小砂浆向刀盘流动量。

具体实施中，工作过程如下：

1、管路改造：掘进时将同步注浆原有的顶部两路注浆管拆除，将其连接在拖出盾尾5环管片的注浆孔上，底部注浆管路不变；在注浆头上增加一个三通，注入水玻璃，并增加一套单独注水玻璃泵；

2、管片开孔：管片安装完成后安装在管片顶部1点、11点位安装球阀并进行开孔，防止拖出盾尾开洞导致盾尾漏气漏浆，当管片拖出盾尾3-5环后安装三通头对管片进行同步注浆加水玻璃作业。

3、连接注浆管路：当注浆头拖到相应位置后，利用改造的三通头连接同步注浆管、水玻璃注浆管。双液注浆机放置于1#拖车上，具体位置位于注浆操作面板对面，便于交替注浆操作。

4、注浆控制：盾构开始掘进时打开球阀开始注浆，首先注入同步砂浆，注入量按照0.5m3控制（泵击次数50次），同步注浆时将水玻璃管路关闭，注入到指定方量后打开水玻璃管路球阀，注入水玻璃，依次循环。同步注浆压力及水玻璃注入压力按照0.3Mpa控制。

5、现场配合比试验和注浆记录：管片背衬注浆过程中工程部现场值班工程师旁站指导注浆施工，根据现场实际情况及时调整注浆方量和水玻璃用量。注浆时现场进行配合比试验及时调整水玻璃的掺量。值班工程师根据注浆情况填写注浆记录，并建立管片背衬注浆台账便于日后的分析和总结。

6、注浆孔封孔：管片背衬注浆完成后要对注浆孔进行封孔。封孔时适当加大水玻璃注入量，如未能封孔可采用双液注浆机单独进行封堵。

7、背衬注浆效果检查：背衬注浆完成后每间隔5环可进行一次注浆密实度检查，检查方法可选择靠近顶部的管片注浆孔开孔检查,如果管片壁后未见砂浆或有流水证明注浆效果未到达要求。可继续进行二次注浆直至饱满为止。

8、管片壁后强制补充注浆：为再次加强管片背衬的注浆效果，掘进每间隔10环停机进行一次强制补浆。一般选择在1#拖车或连接桥后方进行。浆液采用砂浆，直接采用同步注浆机进行注浆。若注浆压力大，则停止注入，注浆压力按照0.4Mpa控制。

综上，自稳地层中掘进由于止浆板磨损严重，地层无收敛，盾构机与地层间形成通道，掘进过程中浆液均流向土仓，导致同步注浆无法有效填充管片背部间隙，同步注入砂浆无法起到二次防水作用，引起管片上浮及渗漏水。通过左线试验，在盾尾退后3-5环通过补充注入砂浆加水玻璃，可以有效填充管片背部间隙，防止上浮。再通过盾尾退后10环再次补充注入同步注浆，能够对上部通道进行补充封。

实施例2：本实施例的方法和原理同实施例1，具体不同之处在于：砂浆加水玻璃为20:1充分搅拌，使用量杯取砂浆1000ml，纯水玻璃50ml，加入桶内充分搅拌，两次试验初凝时间均大于5分钟。

实施例3：本实施例的方法和原理同实施例1，具体不同之处在于：砂浆加水玻璃为5:1充分搅拌，使用量杯取砂浆1000ml，纯水玻璃200ml，加入桶内充分搅拌，两次试验初凝时间约60s。

实施例4：本实施例的方法和原理同实施例1，具体不同之处在于：砂浆加水玻璃为10:1不搅拌使用5L量筒取砂浆5L，纯水玻璃500ml，分5次依次加入桶内，浆液凝结时间约为4分半钟，手触后砂浆存在层次感，有局部硬块，能够起到限制砂浆流动作用。

表2.三阶段同步注浆与同步注浆二次补充注浆方案对比分析表

实施例5：本实施例的方法和原理同实施例1，具体不同之处在于：砂浆加水玻璃为10:1充分搅拌，使用量杯取砂浆1000ml，纯水玻璃100ml，加入桶内充分搅拌，两次试验均在50～60s间迅速凝固。

实施例6：本实施例的方法和原理同实施例1，具体不同之处在于：砂浆加水玻璃为10:1不搅拌,水玻璃进行按照1:1稀释。使用5L量筒取砂浆5L，稀释水玻璃500ml，分5次依次加入桶内，浆液凝结时间约为5分钟，手触后砂浆存在层次感，有局部硬块，能够起到限制砂浆流动作用。

最后需说明的是，以上者仅系本发明部分实施例，并非用以限制本发明，依据本发明的结构及特征，稍加变化修饰而成者，亦应包括在本发明范围之内。

Claims (10)

1.一种隧道掘进过程中的注浆结构，其特征在于：自隧道内壁起向内依次包括岩层和管片层，以形成以节为单元的边顶拱；所述管片层和岩层间设有支撑架以形成中空夹层；在所述边顶拱底部设有底层衬砌平台，在每节所述边顶拱的管片层顶部和底部设有连通中空夹层的注浆预留孔，所述注浆预留孔活动连接注浆管道，该管道的另一端连接注浆机。

2.如权利要求1所述的隧道掘进过程中的注浆结构，其特征在于：在每节顶拱的管片层顶部对称设有一个或两个注浆预留孔，所述注浆预留孔的高度位置高于所述隧道总高度的0.93。

3.如权利要求1所述的隧道掘进过程中的注浆结构，其特征在于：所述注浆管道上设有入料阀门。

4.如权利要求2所述的隧道掘进过程中的注浆结构，其特征在于：所述注浆管道还并联有混料管，在所述注浆管道和所述混料管上设有阀门，所述混料管的末端连接水玻璃液液仓，所述混料管上安装有水玻璃泵。

5.如权利要求1所述的隧道掘进过程中的注浆结构，其特征在于：所述注浆管道上安装有压力表。

6.如权利要求1所述的隧道掘进过程中的注浆结构，其特征在于：所述注浆机安装于隧道掘进过程中掘进设备的拖车上。

7.一种注浆方法，其特征在于，使用如权利要求1所述的注浆结构，具体步骤如下：

（1）一次注浆：掘进过程中盾构机的盾尾通过当节边顶拱结构时，向中空夹层内注入砂浆A至中空夹层内砂浆的高度平齐于边顶拱结构的最大宽度，所述砂浆A的注入压力在2～3.5bar之间，注浆量2.5～4立方/环，形成砂浆层a；

（2）二次注浆：掘进过程当盾构机处于当节边顶拱前方4～6节位置时，砂浆和水玻璃按质量份5～20:1调配砂浆B，将所述砂浆B通过管道灌注至中空夹层内，至中空夹层内填充物的高度位置与管道高度相平齐，所述管道高度高于所述边隧道内径整体高度的0.93，注浆压力2～3.5bar之间，浆液凝结时间控制在5～10分钟，注浆量2.5～4立方/环，形成砂浆层b；

（3）补浆：当盾构机处于当节边顶拱前方9～12节位置时，向步骤（2）后的中空夹层内补充注入3～5方同步砂浆A，以向盾构机方向及管片正上方空隙处强制补充砂浆，形成砂浆层c。

8.一种如权利要求7所述的注浆方法，其特征在于，所述同步砂浆A按如下方法制作：以重量份计，包括170～190份水泥：360～400份粉煤灰：50～70份膨润土：600～100份细砂：360～500份水，混合后，初凝时间为3～4小时，终凝7～9小时。

9.一种如权利要求7所述的注浆方法，其特征在于，所述同步砂浆A在注浆前还经过5～70分钟的搅拌。

10.一种如权利要求7所述的注浆方法，其特征在于，相对于边顶拱结构横截面的中心轴线，每节边顶拱中，所述管道入口交错安装于所述中心轴线的单侧；或所述管道入口安装于所述中心轴线的两侧。