CN108166994B - 一种应用于富水砂层盾构隧道的注浆加固圈的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于隧道施工领域，具体涉及一种应用于富水砂层盾构隧道的注浆加固圈的施工方法。本发明的技术方案如下：一种应用于富水砂层盾构隧道的注浆加固圈的施工方法，包括以下步骤：A)确定注浆加固圈的参数及注浆控制方式；B)铺设注浆泵，打开管片上的预留注浆孔；C)将浆液输送到盾构尾部的储浆槽内；D)将浆液通过管片上的预留注浆孔进行同步注浆，形成注浆加固圈；E)监测注浆加固圈效果。本发明提供的应用于富水砂层盾构隧道的注浆加固圈的施工方法，针对砂层形成注浆加固圈能很好的起到加固止水的作用，浆液价格低，注浆量少，不需要二次补浆，施工过程易操作。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工领域，具体涉及一种应用于富水砂层盾构隧道的注浆加固圈的施工方法。
背景技术
采用盾构法(盾构直径在6～6.5m)在地质为富水砂层地区进行地铁隧道的掘进施工过程中，盾构隧道的注浆加固圈加固止水是解决工程涌水的主要手段，也是富水砂层盾构施工工程中的重要工序。隧道工程中注浆的目的：一方面是用来降低土层的渗透性，封堵地下水的流动，另一方面是利用注浆层的强度来提高围岩承载能力。盾构在富水砂层地层中进行掘进要求注浆采用同步注浆形成注浆加固圈，要求对注浆加固圈的参数准确把握，注浆要及时、均匀、足量，确保其在施工过程中能很好的起到止水的作用，保证施工的安全性。
为满足施工要求，目前国内盾构施工过程中加固止水主要采用三种方法：水泥——水玻璃双浆液的注浆施工方法、水平旋喷桩加固方法、深层搅拌桩加固方法。水泥——水玻璃混合的双液注浆，一般用在扩散半径大的施工中。具有浆液凝结时间短、浆液结实体强度高、有一定的防渗、抗渗作用，能较好地控制了隧道的初期沉降和稳定性，但在使用双浆液注浆时会有以下缺点：①浆液易堵塞输浆管；②注浆量要比理论值到到150％～200％，增加注浆成本；③注浆过程不易控制，不能一次注浆到位，通常需要进行二次补浆。水平旋喷桩加固方法地层适用性广，适用于淤泥、软弱粘性地层，但在砂土、粉土适用性较差。采用水平旋喷桩加固具有价格低廉、桩体强度高、耐久性好、设备简单、管理方便的优点。但在使用水平旋喷桩加固方法施工时具有如下缺点：①加固质量易受人为因素的控制；②施工不确定因素较多；③桩体加固效果检验方法不足。深层搅拌桩加固方法，具有对地层扰动小，工程应用灵活，施工无振动和噪声，土层加固后不产生附加沉降，加固桩体形式灵活多样的优点。在使用深层搅拌桩加固方法会有以下局限：①加固深度一般小于10m；②施工操作要求高；③对于富水砂层的止水效果不明显。
总体来说，针对富水砂层盾构隧道开挖的注浆加固圈加固止水的施工方法还停留在经验的基础上，无法满足我国在富水砂层地质条件下地铁建设的需求。
因此，研制一种适用于富水砂层地质条件的盾构隧道掘进注浆加固圈加固止水的施工方法已为急需。
发明内容
本发明提供一种应用于富水砂层盾构隧道的注浆加固圈的施工方法，针对砂层形成注浆加固圈能很好的起到加固止水的作用，浆液价格低，注浆量少，不需要二次补浆，施工过程易操作。
本发明的技术方案如下：
一种应用于富水砂层盾构隧道的注浆加固圈的施工方法，包括以下步骤：
A)确定注浆加固圈的参数及注浆控制方式；
B)铺设注浆泵，打开管片上的预留注浆孔；
C)将浆液输送到盾构尾部的储浆槽内；
D)将浆液通过管片上的预留注浆孔进行同步注浆，形成注浆加固圈；
E)监测注浆加固圈效果。
作为本发明进一步的方案：步骤A)中包括以下步骤：
1)计算确定注浆加固圈的厚度，公式如下：
式中，C1为注浆围岩加固圈的厚度，D是隧道掘进的等效直径，δ为衬砌围岩加固体允许的抗压强度，Pw为围岩的最大的静水压力值；
2)根据隧道洞内实测的静水压力确定注浆压力；
3)根据刀盘开挖直径和管片外径依据确定注浆量，计算公式如下：
式中：V为注浆量，D1为刀盘开挖直径，D2为管片外径，L为管片长度；
4)根据掘进的速度控制注浆速度；
5)将注浆量和注浆压力作为注浆结束的标准，具体规定如下：
a、当注浆量未达到设计标准但注浆压力达到设计终压，且维持5分钟以上，此时应停止注浆；
b、当注浆量达到设计注浆量后，若注浆压力未达到设计终压，可通过调整浆液凝胶时间达到设计终压，并停止注浆；
c、注浆过程中密切观测隧道内部管片及地表变形，当变形量超过设计允许数值时立即停止注浆；
d、对注浆效果进行实时监测，若达不到注浆结束标准，应及时进行调整注浆量；6)计算注浆扩散半径，计算公式如下：
式中，R为注浆扩散半径，ρ是水的密度，g为重力加速度，h为注浆的水头压力高度，rθ为孔隙的效半径，r为注浆孔半径，s为注浆材料的凝胶强度。
作为本发明进一步的方案：步骤B)中采用双液注浆泵，安放在盾尾的拖车上，注浆管从机箱上部通过；对管片上的预留注浆孔出口设置分压器，通过分压器对各注浆孔的注浆压力和注浆量进行检测与控制；首先打开两个对称的预留注浆孔孔口，然后按注浆需求打开其他预留注浆孔。
作为本发明进一步的方案：步骤C)包括以下步骤：
(1)在地面的浆液拌合站搅拌完成浆液；
(2)将搅拌好的浆液通过排浆泵输送到井下的砂浆车内；
(3)将砂浆车通过地下铺设的轨道运送到洞内；
(4)将砂浆车内的浆液通过排浆泵送至盾构尾部拖车的储浆罐内。
作为本发明进一步的方案：所述浆液为水泥—水玻璃双浆液、硫铝酸盐水泥或速凝膏状体注浆材料(GT-1)。
作为本发明进一步的方案：水泥—水玻璃双浆液中水泥浆液与水玻璃体积比为1：0.75～1：0.5，水灰比为1：1。
作为本发明进一步的方案：水泥浆液组分为：水泥10～15％、粉煤灰15～20％、膨润土2.5～3.5％、砂45～50％、水20～30％。
作为本发明进一步的方案：水泥选用强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，砂采用细度模量1.0～1.3的特细砂。
作为本发明进一步的方案：步骤C)中浆液的拌合采用强制式拌和机拌和，拌和时骨料的添加顺序为：水泥、粉煤灰、河砂、膨润土、水依次进行，各种材料均采用自动计量装置进行计料，每盘料的拌和时间要满足技术规范的要求，各种骨料要充分拌和均匀。
作为本发明进一步的方案：步骤E)中监测内容包括：注浆过程中分压器对各注浆孔的注浆压力和注浆量进行检测与控制；浆液后期强度、浆液后期结实体收缩率或地表沉降监测。
本发明的有益效果为：本发明的注浆加固圈施工方法中，浆液一方面可以很好降低土层的渗透性，封堵地下水的流动，另一方面可以利用注浆层的强度来提高围岩承载能力。浆液在拌制，运输的过程中通过对制作工序的优化，很好的保证浆液的质量，保证其在注浆过程中达到很好的效果；通过效果监测对注浆加固圈进行监测和评价，及时作出调整为下一步的注浆作出有效及时的指导，对施工过程根据检测进行不断的优化提高施工质量。本发明针对砂层形成注浆加固圈能很好的起到加固止水的作用，浆液价格低，注浆量少，不需要二次补浆，施工过程易操作。
附图说明
图1为注浆加固圈示意图；
图2为管片预留注浆孔示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，一种应用于富水砂层盾构隧道的注浆加固圈的施工方法，包括以下步骤：
A)确定注浆加固圈1的参数及注浆控制方式，包括以下步骤：
1)计算确定注浆加固圈1的厚度，公式如下：
式中，C1为注浆围岩加固圈1的厚度，D是隧道掘进的等效直径，δ为衬砌围岩加固体允许的抗压强度，Pw为围岩的最大的静水压力值；
计算出注浆加固圈1的厚度为1.5m；
2)根据隧道洞内实测的静水压力确定注浆压力，其值为0.2～0.4MPa；
3)根据刀盘开挖直径和管片外径依据确定注浆量，计算公式如下：
式中：V为注浆量，D1为刀盘开挖直径，D2为管片外径，L为管片长度；
计算出一环管片的注浆量为2.12立方米/环；
4)根据掘进的速度控制注浆速度；
5)将注浆量和注浆压力作为注浆结束的标准，具体规定如下：
a、当注浆量未达到设计标准但注浆压力达到设计终压，且维持5分钟以上，此时应停止注浆；
b、当注浆量达到设计注浆量后，若注浆压力未达到设计终压，可通过调整浆液凝胶时间达到设计终压，并停止注浆；
c、注浆过程中密切观测隧道内部管片2及地表变形，当变形量超过设计允许数值时立即停止注浆；
d、对注浆效果进行实时监测，若达不到注浆结束标准，应及时进行调整注浆量；6)计算注浆扩散半径，计算公式如下：
式中，R为注浆扩散半径，ρ是水的密度，g为重力加速度，h为注浆的水头压力高度，rθ为孔隙的效半径，r为注浆孔半径，s为注浆材料的凝胶强度；
扩散半径可以依据止水要求采用室内的实验、现场试验和工程类比法等形式为主，浆液的扩散范围需要按照注浆效果和现场的实验进行调整；
B)铺设注浆泵，打开管片2上的预留注浆孔3；采用双液注浆泵，安放在盾尾的拖车上，注浆管从机箱上部通过；对管片2上的预留注浆孔3出口设置分压器，通过分压器对各注浆孔3的注浆压力和注浆量进行检测与控制；首先打开两个对称的预留注浆孔3孔口，然后按注浆需求打开其他预留注浆孔3；
C)将浆液输送到盾构尾部的储浆槽内，包括以下步骤：
(1)在地面的浆液拌合站搅拌完成浆液；所述浆液为水泥—水玻璃双浆液，水泥浆液与水玻璃体积比为1：0.75～1：0.5，水灰比为1：1；水泥选用普通硅酸盐水泥，砂采用细度模量1.0～1.3的特细砂，水玻璃浓度为30～50Be，水玻璃重量为125kg；浆液的拌合采用强制式拌和机拌和，拌和时骨料的添加顺序为：水泥、粉煤灰、河砂、膨润土、水依次进行，各种材料均采用自动计量装置进行计料，每盘料的拌和时间要满足技术规范的要求，各种骨料要充分拌和均匀；其中水泥浆液材料的性能要求如表1所示；
表1注浆材料的性能要求
浆液性能控制指标如表2所示；
表2浆液性能控制指标
水泥浆液原料的配合比如表3所示；
表3水泥浆液的配合比
(2)将搅拌好的浆液通过排浆泵输送到井下的砂浆车内；
(3)将砂浆车通过地下铺设的轨道运送到洞内；
(4)将砂浆车内的浆液通过排浆泵送至盾构尾部拖车的储浆罐内；
D)将浆液通过管片上的预留注浆孔进行同步注浆，形成注浆加固圈1；
E)监测注浆加固圈效果，监测内容包括：注浆过程中分压器对各注浆孔的注浆压力和注浆量进行检测与控制；浆液后期强度、浆液后期结实体收缩率或地表沉降监测；监测数据如表4所示；
表4监测数据
结论：使用本发明的针对富水砂层地质下盾构施工注浆加固圈施工方法可以有效加固止水，保证施工安全进行，不需要进行二次补浆，施工操作简单快捷。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (9)
1.一种应用于富水砂层盾构隧道的注浆加固圈的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
A）确定注浆加固圈的参数及注浆控制方式；具体包括以下步骤：
1）计算确定注浆加固圈的厚度，公式如下：
式中，为注浆围岩加固圈的厚度，D 是隧道掘进的等效直径，为衬砌围岩加固体允许的抗压强度，Pw为围岩的最大的静水压力值；
2）根据隧道洞内实测的静水压力确定注浆压力；
3）根据刀盘开挖直径和管片外径依据确定注浆量，计算公式如下：
式中：V为注浆量，为刀盘开挖直径，为管片外径，L为管片长度；
4）根据掘进的速度控制注浆速度；
5）将注浆量和注浆压力作为注浆结束的标准，具体规定如下：
a、当注浆量未达到设计标准但注浆压力达到设计终压，且维持5分钟以上，此时应停止注浆；
b、当注浆量达到设计注浆量后，若注浆压力未达到设计终压，可通过调整浆液凝胶时间达到设计终压，并停止注浆；
c、注浆过程中密切观测隧道内部管片及地表变形，当变形量超过设计允许数值时立即停止注浆；
d、对注浆效果进行实时监测，若达不到注浆结束标准，应及时进行调整注浆量；
6）计算注浆扩散半径，计算公式如下：
式中，R为注浆扩散半径，ρ是水的密度，g为重力加速度，h为注浆的水头压力高度，rθ为孔隙的效半径，r为注浆孔半径，s为注浆材料的凝胶强度；
B）铺设注浆泵，打开管片上的预留注浆孔；
C）将浆液输送到盾构尾部的储浆槽内；
D）将浆液通过管片上的预留注浆孔进行同步注浆，形成注浆加固圈；
E）监测注浆加固圈效果。
2.根据权利要求1所述的应用于富水砂层盾构隧道的注浆加固圈的施工方法，其特征在于，步骤B）中采用双液注浆泵，安放在盾尾的拖车上，注浆管从机箱上部通过；对管片上的预留注浆孔出口设置分压器，通过分压器对各注浆孔的注浆压力和注浆量进行检测与控制；首先打开两个对称的预留注浆孔孔口，然后按注浆需求打开其他预留注浆孔。
3.根据权利要求1所述的应用于富水砂层盾构隧道的注浆加固圈的施工方法，其特征在于，步骤C）包括以下步骤：
（1）在地面的浆液拌合站搅拌完成浆液；
（2）将搅拌好的浆液通过排浆泵输送到井下的砂浆车内；
（3）将砂浆车通过地下铺设的轨道运送到洞内；
（4）将砂浆车内的浆液通过排浆泵送至盾构尾部拖车的储浆罐内。
4.根据权利要求3所述的应用于富水砂层盾构隧道的注浆加固圈的施工方法，其特征在于，所述浆液为水泥—水玻璃双浆液、硫铝酸盐水泥或型号为GT-1的速凝膏状体注浆材料。
5.根据权利要求4所述的应用于富水砂层盾构隧道的注浆加固圈的施工方法，其特征在于，水泥—水玻璃双浆液中水泥浆液与水玻璃体积比为1：0.75~1：0.5，水灰比为1：1。
6.根据权利要求5所述的应用于富水砂层盾构隧道的注浆加固圈的施工方法，其特征在于，水泥浆液组分为：水泥10~15%、粉煤灰15~20%、膨润土2.5~3.5%、砂45~50%、水20~30%。
7.根据权利要求6所述的应用于富水砂层盾构隧道的注浆加固圈的施工方法，其特征在于，水泥选用强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，砂采用细度模量1.0~1.3的特细砂。
8.根据权利要求3所述的应用于富水砂层盾构隧道的注浆加固圈的施工方法，其特征在于，步骤C）中浆液的拌合采用强制式拌和机拌和，拌和时骨料的添加顺序为：水泥、粉煤灰、河砂、膨润土、水依次进行，各种材料均采用自动计量装置进行计料，每盘料的拌和时间要满足技术规范的要求，各种骨料要充分拌和均匀。
9.根据权利要求1所述的应用于富水砂层盾构隧道的注浆加固圈的施工方法，其特征在于，步骤E）中监测内容包括：注浆过程中分压器对各注浆孔的注浆压力和注浆量进行检测与控制；浆液后期强度、浆液后期结实体收缩率或地表沉降监测。
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