CN110374606A - 泥水盾构海底破碎地层超前注浆保压施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种泥水盾构海底破碎地层超前注浆保压施工方法，包括以下步骤：注浆前准备：盾构机保护和封堵后方来水，通过盾构机中盾上的径向孔向中盾盾壳外侧注入衡盾泥；对盾构机超前注浆孔进行水平钻孔注浆，并进行注浆区分段，注浆加固范围按照浆液扩散半径2‑3米计算；对左线隧道的注浆孔进行注浆加固，直至完全通过碎裂区；对右线隧道盾构前端破碎辉长岩进行注浆加固；盾构机掘进距离加固位置约10米时停止推进，待辉长岩碎裂带注浆加固完成后继续推进至通过碎裂加固区。本发明主要应用于带压开仓作业的泥膜护壁、掘进中防止滞排、掘进中控制喷涌，其保压施工工艺完善，改变盾壳外包裹土体的可塑性，减小盾壳周边地层造成的夹紧力和摩擦力。
Description
技术领域
本发明涉及盾构施工技术领域，尤其涉及一种泥水盾构海底破碎地层超前注浆保压施工方法。
背景技术
海域地下水主要指海域范围内地层中的地下水，据其赋存形式可分为松散岩类孔隙水、风化残积孔隙裂隙水及基岩裂隙水三种，其中松散岩类孔隙水赋存于第四系全新统海积层中，风化残积孔隙裂隙水赋存于基岩全强风化层中，基岩裂隙水赋存于碎裂状强风化带以下基岩风化裂隙及构造裂隙中。海域地下水与海水存在水利联系，海域地层中除砂层、碎石土层及可能存在的富水性较好的碎裂状强风化基岩或基岩破碎带外，其它地层渗透性较差。
对泥水盾构海底破碎地层进行超前注浆加固的目的，主要是对侵入盾构掘进岩层上部范围内的中风或强风化化辉长岩进行注浆加固，防止盾构推进时盾构机上部的辉长岩等碎裂块进入刀盘、泥浆仓内，堵塞回浆口及卡阻刀盘转动，而现有的超前注浆保压施工方法不完善，且较为繁琐。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种泥水盾构海底破碎地层超前注浆保压施工方法。
为了实现上述目的，本公开提供一种泥水盾构海底破碎地层超前注浆保压施工方法，包括以下步骤：
S1、注浆前准备：盾构机保护和封堵后方来水，通过盾构机中盾上的径向孔向中盾盾壳外侧注入衡盾泥；
S2、对盾构机超前注浆孔进行水平钻孔注浆，并进行注浆区分段，注浆加固范围按照浆液扩散半径2-3米计算；
S3、对左线隧道每个注浆孔进行注浆加固，直至完全通过碎裂区；
S4、对右线隧道盾构前端破碎辉长岩进行注浆加固，利用左线已完成的隧道水平钻孔对右线隧道盾构推进范围内上部破碎辉长岩进行注浆加固；
S5、盾构机掘进距离加固位置约10米时停止推进，待辉长岩碎裂带注浆加固完成后方可继续推进至完全通过碎裂加固区。
可选地，盾构机保护的具体操作为：盾尾注入油脂，利用吊装孔注入聚氨酯，保护尾刷及同步注浆管路，并采用聚氨酯施作环箍完成后对其后的10环管片利用吊装孔进行二次注浆，封堵后方来水，其中二次注浆采用双液浆，顺序为先中部，后上部，再下部，注浆压力在3.0-4.0bar。
可选地，S2中，注浆区分段后的相邻区段之间预留1米加固区，对注浆区分段后的前一区注浆加固完成后，盾构推进至距离后一区1米处继续进行注浆加固。
可选地，对超前注浆孔进行注浆的具体步骤为：钻杆通过注浆管与注浆机连接，钻杆插入盾构机超前注浆孔开始钻孔，其钻进深度为12米，达到深度后开始注浆，先注入磷酸封孔，然后开始注双液浆，注浆压力达到1.5Mpa时停止注浆，将钻杆拔出0.5米，继续注浆，反复重复以上步骤，至钻杆剩余5米于孔内，最后磷酸封孔，拔出钻杆。
可选地，盾构机共有12个超前注浆孔，其中超前注浆孔与盾体的夹角为10°，斜向伸出盾体。
可选地，对左线隧道每个注浆孔进行注浆加固的具体步骤为：第一次钻孔深度至刀盘前端位置，深度为7.48米，拔出钻具孔口进行第一次注浆，第二次钻孔深度至刀盘前3米，深度为10.48米，拔出钻具3米进行第二次注浆，第三次钻孔深度至刀盘前6米，深度为13.48米，拔出钻具3米进行第三次注浆，第四次钻孔深度至刀盘前8米，深度为15.48米，拔出钻具2米进行第四次注浆。
可选地，注浆加固的浆液为衡盾泥。
可选地，S4中，右线注浆采用C-S双液浆为主、单液浆为辅，其中双液浆和单液浆的水泥等级强度为P.O42.5级，单液浆水灰比为0.8：1，水泥浆的配合比为1：1，水玻璃为35～40°Be，将配好的水泥浆液和水玻璃浆液按照体积比 1：1混合注入。
可选地，对辉长岩碎裂带注浆加固的具体步骤为：第一个孔注浆结束后采用间隔跳一个孔的顺序进行其他孔的注浆，其中第一次钻孔深度4米，拔出钻具孔口进行第一次注浆，第二次钻孔深度7米，拔出钻具进行第二次注浆，第三次钻孔深度10米，拔出钻具进行第三次注浆，第四次钻孔深度15米，拔出钻具进行第四次注浆，第五次钻孔深度15米，拔出钻具进行第五次注浆。
可选地，S5中，第一次注浆、第二次注浆、第五次注浆注入的浆液均为双液浆，第三次注浆和第四次注浆注入的浆液为单液浆。
本发明的有益效果在于：
本发明提出的泥水盾构海底破碎地层超前注浆保压施工方法，主要应用于带压开仓作业的泥膜护壁、掘进中防止滞排、掘进中控制喷涌。制备的衡盾泥具有隔水性、裹携性、与不同介质的附着力、承载力、保水性和可逆性，主要对侵入盾构掘进岩层上部范围内的中风或强风化化辉长岩进行注浆加固，防止盾构推进时盾构机上部的辉长岩等碎裂块进入刀盘、泥浆仓内，堵塞回浆口及卡阻刀盘转动；通过盾构机中盾上的8个径向孔向中盾盾壳外侧注入衡盾泥，改变盾壳外包裹土体的可塑性，减小盾壳周边地层造成的夹紧力和摩擦力，对后期盾壳外注浆及恢复掘进起保护及润滑作用，同时握裹盾体，防止注浆浆液固结盾体。本发明的保压施工工艺完善，改变盾壳外包裹土体的可塑性，减小盾壳周边地层造成的夹紧力和摩擦力，值得推广。
具体实施方式
本发明提出的泥水盾构海底破碎地层超前注浆保压施工方法，包括以下步骤：
一、制备衡盾泥。
以无机粘土浆体作为A液、增粘剂作为B液，将A液和水以1：2的比例加入到搅拌机中搅拌均匀，直至无结团微粒，再将A液和B液以15:1的比例通过自吸泵加入B液，充分搅拌15分钟，通过A液改性后与B液反应形成一种高粘度的衡盾泥。
二、注浆前准备。
盾构机保护和封堵后方来水，通过盾构机中盾上的8个径向孔向中盾盾壳外侧注入衡盾泥，改变盾壳外包裹土体的可塑性，减小盾壳周边地层造成的夹紧力和摩擦力，对后期盾壳外注浆及恢复掘进起保护及润滑作用，同时握裹盾体，防止注浆浆液固结盾体。
其中盾构机共有12个超前注浆孔，其中超前注浆孔与盾体的夹角为10°，斜向伸出盾体。
盾构机保护的具体操作为：盾尾注入油脂，利用吊装孔注入聚氨酯，保护尾刷及同步注浆管路，并采用聚氨酯施作环箍完成后对其后的10环管片利用吊装孔进行二次注浆，封堵后方来水，其中二次注浆采用双液浆，顺序为先中部，后上部，再下部，注浆压力在3.0-4.0bar。
径向注入衡盾泥：衡盾泥配置使用了电瓶车移动砂浆罐和管片运输车进行改装，使用一台37KW的剪切泵，将剪切泵固定到管片运输车，然后对管路进行焊接改装，对移动砂浆罐里的浆液进行充分循环剪切。在衡盾泥置拌过程对A 组分、B组分和水的用量严格按比例控制，每次伴浆2方，首先向移动罐内加入 2方水，水量通过接到水管上的水表控制；然后通过剪切泵加入25袋衡盾泥干粉，40Kg/袋，充分搅拌30分钟；最后将配置好的A液抽到固定砂浆罐内，按照A液：B液＝15:1的比例通过自吸泵加入B液，充分搅拌10-15分钟，观察浆液情况，如符合标准进行径向注入，利用吊装孔注入聚氨酯，保护尾刷及同步注浆管路，并采用聚氨酯施作环箍完成后对其后的10环管片利用吊装孔进行二次注浆，封堵后方来水，其中二次注浆采用双液浆，顺序为先中部，后上部，再下部，注浆压力在3.0-4.0bar。
注浆采用双液注浆机，水玻璃采用35Be，水玻璃掺入量按1:1确定，固结时间设定在35秒，具体凝固时间实验室根据配合比现场确定，同时进行跟踪观测，根据观测情况对注浆压力进行调整，防止注浆压力过大导致管片变形。
三、钻孔注浆。
利用盾构上部4个超前孔进行水平钻孔注浆，并进行注浆区分段，其中左线隧道29米加固区分四区段1、2、3、4区进行注浆加固，1区8米，其余3区各7米，注浆加固范围按照浆液扩散半径预计2-3米计算，1区注浆加固完成后，开始盾构推进作业，1区推进7米后停止推进，前端预留1米加固区作为盾构的保护区，然后重复1区的加固流程进行2、3、4区的注浆加固及推进，直至完全通过碎裂区。
水平孔施工的具体步骤为：钻孔施工前根据钻孔位置搭设脚手架钻孔平台，平台搭设完成后使用手拉葫芦将钻机固定在钻孔平台上，通过调整手拉葫芦来调整钻机的角度，使之符合钻孔的角度，然后使用脚手架将钻机固定牢固，孔口密封装置通过法兰与盾构机阀门螺丝连接，注意加好密封垫片，当每个钻孔完成后，在孔口法兰与冻结管之间间隙用钢板焊接密封。
对超前注浆孔进行注浆的具体步骤为：钻杆通过注浆管与注浆机连接，钻杆插入盾构机超前注浆孔开始钻孔，其钻进深度为12米，达到深度后开始注浆，先注入磷酸封孔，然后开始注双液浆，注浆压力达到1.5Mpa时停止注浆，将钻杆拔出0.5米，继续注浆，反复重复以上步骤，至钻杆剩余5米于孔内，最后磷酸封孔，拔出钻杆。
四、左线隧道每个注浆孔注浆加固。
第一次钻孔深度至刀盘前端位置，深度为7.48米，拔出钻具孔口进行第一次注浆，第二次钻孔深度至刀盘前3米，深度为10.48米，拔出钻具3米进行第二次注浆，第三次钻孔深度至刀盘前6米，深度为13.48米，拔出钻具3米进行第三次注浆，第四次钻孔深度至刀盘前8米，深度为15.48米，拔出钻具2 米进行第四次注浆，其中四次注浆的浆液为步骤一中制备的衡盾泥。
五、右线隧道盾构前端27米破碎辉长岩注浆加固。
右线隧道盾构前端27米破碎辉长岩注浆加固方法，拟利用左线已完成隧道水平钻孔对右线隧道盾构推进范围内上部27米破碎辉长岩进行注浆加固。
其中左右线隧道中心距离14米，设计注浆钻孔长度15米。
其中右线注浆采用C-S双液浆为主、单液水泥浆为辅，其中双液浆和单液水泥浆的水泥等级强度为P.O42.5级，单液浆水灰比为0.8：1，水泥浆的配合比为1：1，水玻璃为35～40°Be，将配好的水泥浆液和水玻璃浆液按照体积比 1：1混合注入，1000升双浆液参考配比如下：
1000升0.8：1单液水泥浆参考配比如下：
| 水(kg) | 水泥(P.O42.5)(kg) |
| 702 | 878 |
六、当盾构机掘进距离加固位置约10米时停止推进，等辉长岩碎裂带注浆加固完成后方可继续推进一次性完成通过碎裂加固区，先注单号孔再注双号孔，第一个孔注浆结束后采用间隔跳一个孔的顺序进行其他孔的注浆，其中第一次钻孔深度4米，拔出钻具孔口进行第一次注浆，第二次钻孔深度7米，拔出钻具进行第二次注浆，第三次钻孔深度10米，拔出钻具进行第三次注浆，第四次钻孔深度15米，拔出钻具进行第四次注浆，第五次钻孔深度15米，拔出钻具进行第五次注浆，其中第一次注浆、第二次注浆、第五次注浆注入的浆液均为双液浆，第三次注浆和第四次注浆注入的浆液为单液浆。
本实施例中值得说明的是，注浆前准备过程中，需要进行铰接保护：对铰接密封进行检查，保持油脂压力及填充饱满，防止浆液进入损坏密封性能；
主轴承密封保护：根据仓内压力情况设定主轴承密封压力，注浆过程中持续对密封进行油脂注入，防止浆液进入，对主轴承造成损坏；
泥水仓泥浆置换：将泥水仓内泥浆置换为粘度30S，比重1.2的泥浆。
本实施例中值得说明的是，钻孔泥浆时，正常情况下，钻进时在钻头部位安装一个特制单向阀门，采用清水钻进；注浆施工钻孔，一般情况下不采用泥浆钻孔，防止影响注浆效果；当钻孔成孔困难时可考虑采用泥浆钻进，当钻孔达到设计深度时进行注浆施工。
本实施例中值得说明的是，一般情况下地层裂隙可注性为注浆地层埋深静水压力的1.5-2.5倍，根据该处注浆地层埋深设计注浆压力为：0.6-1MPa。
其注浆量根据地层的含水率或裂隙率进行计算：注浆量＝(1.2-1.3)×裂隙率(含水率20％)×需加固土体体积；
左线29米注浆量(配制的注浆用衡盾泥)，其加固范围暂定隧道上部4米，宽11米(隧道上部两侧各2米)计算：每米注入量＝1.2×20％×4×11＝10.56m3；29米总注入量＝每米注入量×29＝306m3；
右线27米注浆量(单液浆及双液浆)，右线注浆含两部分，即导孔注浆和加固注浆，利用左线隧道对右线隧道进行注浆加固；布置注浆孔23个，导孔7 米注浆量按照2米直径加固＝1×1×3.14×7×20％＝4.4m3，23个导孔总量a＝23 ×4.4＝101m3。
加固范围暂定隧道上部4米，宽11米(隧道上部两侧各2米)计算：27米加固体注入量b＝1.2×20％×4×11×27＝285m3；总注入量＝a+b＝386m3。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (10)
1.泥水盾构海底破碎地层超前注浆保压施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、注浆前准备：盾构机保护和封堵后方来水，通过盾构机中盾上的径向孔向中盾盾壳外侧注入衡盾泥；
S2、对盾构机超前注浆孔进行水平钻孔注浆，并进行注浆区分段，注浆加固范围按照浆液扩散半径2-3米计算；
S3、对左线隧道每个注浆孔进行注浆加固，直至完全通过碎裂区；
S4、对右线隧道盾构前端破碎辉长岩进行注浆加固，利用左线已完成的隧道水平钻孔对右线隧道盾构推进范围内上部破碎辉长岩进行注浆加固；
S5、盾构机掘进距离加固位置约10米时停止推进，待辉长岩碎裂带注浆加固完成后方可继续推进至完全通过碎裂加固区。
2.根据权利要求1所述的泥水盾构海底破碎地层超前注浆保压施工方法，其特征在于，S1中，盾构机保护的具体操作为：盾尾注入油脂，利用吊装孔注入聚氨酯，保护尾刷及同步注浆管路，并采用聚氨酯施作环箍完成后对其后的10环管片利用吊装孔进行二次注浆，封堵后方来水，其中二次注浆采用双液浆，顺序为先中部，后上部，再下部，注浆压力在3.0-4.0bar。
3.根据权利要求1所述的泥水盾构海底破碎地层超前注浆保压施工方法，其特征在于，盾构机共有12个超前注浆孔，其中超前注浆孔与盾体的夹角为10°，斜向伸出盾体。
4.根据权利要求1所述的泥水盾构海底破碎地层超前注浆保压施工方法，其特征在于，S2中，注浆区分段后的相邻区段之间预留1米加固区，对注浆区分段后的前一区注浆加固完成后，盾构推进至距离后一区1米处继续进行注浆加固。
5.根据权利要求4所述的泥水盾构海底破碎地层超前注浆保压施工方法，其特征在于，对超前注浆孔进行注浆的具体步骤为：钻杆通过注浆管与注浆机连接，钻杆插入盾构机超前注浆孔开始钻孔，其钻进深度为12米，达到深度后开始注浆，先注入磷酸封孔，然后开始注双液浆，注浆压力达到1.5Mpa时停止注浆，将钻杆拔出0.5米，继续注浆，反复重复以上步骤，至钻杆剩余5米于孔内，最后磷酸封孔，拔出钻杆。
6.根据权利要求1所述的泥水盾构海底破碎地层超前注浆保压施工方法，其特征在于，对左线隧道每个注浆孔进行注浆加固的具体步骤为：第一次钻孔深度至刀盘前端位置，深度为7.48米，拔出钻具孔口进行第一次注浆，第二次钻孔深度至刀盘前3米，深度为10.48米，拔出钻具3米进行第二次注浆，第三次钻孔深度至刀盘前6米，深度为13.48米，拔出钻具3米进行第三次注浆，第四次钻孔深度至刀盘前8米，深度为15.48米，拔出钻具2米进行第四次注浆。
7.根据权利要求6所述的泥水盾构海底破碎地层超前注浆保压施工方法，其特征在于，注浆加固的浆液为衡盾泥。
8.根据权利要求1所述的泥水盾构海底破碎地层超前注浆保压施工方法，其特征在于，S4中，右线注浆采用C-S双液浆为主、单液浆为辅，其中双液浆和单液浆的水泥等级强度为P.O42.5级，单液浆水灰比为0.8：1，水泥浆的配合比为1：1，水玻璃为35～40°Be，将配好的水泥浆液和水玻璃浆液按照体积比1：1混合注入。
9.根据权利要求1所述的泥水盾构海底破碎地层超前注浆保压施工方法，其特征在于，对辉长岩碎裂带注浆加固的具体步骤为：第一个孔注浆结束后采用间隔跳一个孔的顺序进行其他孔的注浆，其中第一次钻孔深度4米，拔出钻具孔口进行第一次注浆，第二次钻孔深度7米，拔出钻具进行第二次注浆，第三次钻孔深度10米，拔出钻具进行第三次注浆，第四次钻孔深度15米，拔出钻具进行第四次注浆，第五次钻孔深度15米，拔出钻具进行第五次注浆。
10.根据权利要求9所述的泥水盾构海底破碎地层超前注浆保压施工方法，其特征在于，S5中，第一次注浆、第二次注浆、第五次注浆注入的浆液均为双液浆，第三次注浆和第四次注浆注入的浆液为单液浆。
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