CN110566215A - 一种盾构隧道速溶快凝型同步注浆方法及速凝剂胶囊 - Google Patents
一种盾构隧道速溶快凝型同步注浆方法及速凝剂胶囊 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种盾构隧道速溶快凝型同步注浆方法及速凝剂胶囊，包括如下步骤：盾构机掘进过程中，向同步注浆液中注入采用水溶性封装材料封装的速凝剂；将掺杂有水溶性封装材料封装的速凝剂的同步注浆浆液注入土体与管片之间的空间，一段时间后，封装速凝剂的水溶性材料溶解，释放速凝剂，速凝剂与同步注浆浆液反应，局部迅速生成加强凝结块，局部加强凝结块在土体与管片之间快速提供支撑，抑制同步注浆尚未凝固隧道段产生的浮力，控制隧道管片结构的变形。该方法可以在不影响盾构机盾尾密封功能的前提下，通过向同步注浆液中注入采用水溶性封装材料封装的速凝剂，实现同步注浆的局部快速凝结，从而降低脱出盾构管片的浮力，降低隧道由于浮力而产生破坏。
Description
技术领域
本发明涉及一种盾构隧道速溶快凝型同步注浆方法，适用于盾构隧道注浆，特别适合在隧道抗浮控制十分严格的地段，采用单液浆同步注浆盾构施工的隧道。
背景技术
盾构法是修建城市隧道的主流工法，以其对地表影响小、风险可控的优点被大量推广。在城市采用盾构法施工，首要缓解就是控制地表沉降及施工期结构稳定性，这两个均与同步注浆的质量密切相关。一般同步注浆有单液浆和双液浆两种，各有优缺点。
单液浆：优点是稳定性好，耐久性好，但是凝结时间较长，调配短凝结时，浆液有可能引发注浆管堵塞以及盾构刷固结，具有巨大风险。因此隧道结构长期处在未凝结的浆液中，浮力会造成隧道剪切受力，严重时会破坏隧道结构。特别是在岩层中施工时，由于围岩的自承作用，荷载无法及时生效，隧道上浮十分严重，隧道结构开裂显现比较普遍。图1为现状盾构隧道同步注浆的示意图。
双液浆：优点是大量使用水玻璃，浆液凝结快，隧道超挖空隙可以迅速填充具有一定强度的材料，地表沉降小，隧道上浮控制较好。但是大规模使用耐久性较差，有时回回流盾尾刷，损坏盾尾刷，引发不可接受的风险，国内有些行业已禁止使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种盾构隧道速溶快凝型同步注浆方法，该方法可以在不影响盾构机盾尾密封功能的前提下，通过向同步注浆液中注入采用水溶性封装材料封装的速凝剂，实现同步注浆的局部快速凝结，从而降低脱出盾构管片的浮力，降低隧道由于浮力而产生破坏。
本发明是这样实现的：本发明公开了一种盾构隧道速溶快凝型同步注浆方法，包括如下步骤：
1)采用水溶性封装材料封装速凝剂；
2)盾构机掘进过程中，向同步注浆液中注入采用水溶性封装材料封装的速凝剂；
3)将掺杂有水溶性封装材料封装的速凝剂的同步注浆浆液注入土体与管片之间的空间，一段时间后，封装速凝剂的水溶性材料溶解，释放速凝剂，速凝剂与同步注浆浆液反应，局部迅速生成加强凝结块，局部加强凝结块在土体与管片之间快速提供支撑，抑制同步注浆尚未凝固隧道段产生的浮力，控制隧道管片结构的变形。
进一步地，速凝剂通过水溶性封装材料密封成胶囊型，通过调节封装速凝剂的胶囊的厚度及材料，控制胶囊水溶时间。
进一步地，封装速凝剂的胶囊大小满足盾构机注浆管道流动性要求；封装速凝剂的胶囊形状为球形或椭球形。
进一步地，水溶性封装材料采用水溶性塑料或树脂。
进一步地，封装速凝剂的胶囊采用两仓独立设置，用于分别封装两种不同的可自行反应的速凝剂材料。
两种不同的可自行反应的速凝剂材料可以为水玻璃和氯化钙溶液，两种溶液迅速反应生成硅胶和硅酸钙凝胶，起到胶结和填充孔隙的作用，使土壤的强度和承载能力提高。常用于粉土、砂土和填土的地基加固，称为双液注浆。可以把这两种材料分两个胶囊分别封装，也可以将这两种材料采用一个胶囊封装，当然还可以将氯化钙添加在同步注浆材料内，胶囊仅释放水玻璃等等。本发明不限于上述两种材料，也可以研究其他类似材料。
进一步地，封装速凝剂的胶囊内封装有一种速凝剂材料。
进一步地，增设添加剂注浆管路与盾构机的同步注浆管路连通，添加剂注浆管路上设有阀门；通过添加剂注浆管路、阀门在单液浆中局部或限量掺入采用水溶性封装材料封装的速凝剂。
采用水溶性封装材料封装的速凝剂可以通过气压入，也可参与水泥浆一并压入，但是采用水溶性封装材料封装的速凝剂在管道内的流通时间应计入胶囊的水溶时间控制之内。
进一步地，同步注浆液为单液浆。
进一步地，速凝剂包括但不限于水玻璃或其他快速反应强化加固材料。工程上常用的速凝剂是水玻璃，它与添加在混凝土中氯化钙反应，生产硅胶和硅酸钙凝胶。
本发明公开了一种盾构隧道速溶快凝型同步注浆系统，包括盾构机的同步注浆管路以及添加剂注浆管路，所述添加剂注浆管路与同步注浆管路连通，通过添加剂注浆管路在同步注浆管路的同步注浆浆液中掺入速凝剂胶囊，将掺杂有速凝剂胶囊的同步注浆浆液注入土体与管片之间的空间，待速凝剂胶囊的水溶性材料溶解，释放速凝剂，速凝剂与同步注浆浆液反应，局部迅速生成加强凝结块，局部加强凝结块在土体与管片之间快速提供支撑，抑制同步注浆尚未凝固隧道段产生的浮力，控制隧道管片结构的变形。所述速凝剂胶囊由水溶性封装材料封装速凝剂形成。
进一步地，添加剂注浆管路上设有阀门。
进一步地，速凝剂胶囊形状为球形或椭球形。
进一步地，速凝剂胶囊的水溶性封装材料采用水溶性塑料或树脂；速凝剂采用水玻璃或其他快速反应强化加固材料。
进一步地，速凝剂胶囊采用两仓独立设置，用于分别封装两种不同的自行反应的速凝剂材料。
进一步地，速凝剂胶囊内封装有一种速凝剂材料。
进一步地，同步注浆管路与添加剂注浆管路通过三通连通。添加剂注浆管路与同步注浆管路的主管路连通。
本系统还包括输送设备，空气压缩装置，所述空气压缩装置用于为速凝剂胶囊提供输送动力。
本系统还包括添加剂注浆泵，所述添加剂注浆泵用于为掺杂有速凝剂胶囊的水泥浆提供输送动力。
本发明公开了一种速凝剂胶囊，速凝剂胶囊由水溶性封装材料封装速凝剂形成，所述速凝剂胶囊采用一仓、两仓或多仓设置，用于分别封装一种、两种或多种速凝剂材料。
与现有技术相比本发明的有益效果如下：本发明结合单、双液浆的不同优缺点，拟对单液浆的组成及工艺进行如下改进：
1、结合双液浆的思路，盾构机掘进过程中，在单液浆中掺入少量的采用水溶性封装材料封装的速凝剂(速凝剂包括但不限于水玻璃或其他快速反应强化加固材料)，将掺杂有水溶性封装材料封装的速凝剂的单液浆注入土体与管片之间的空间，一段时间后，封装速凝剂的水溶性材料溶解，释放速凝剂，速凝剂与单液浆反应，局部迅速生成加强凝结块，使单浆液局部能够快速凝固(小于1小时)，局部加强凝结块在土体与管片之间快速提供抗浮支撑，抑制同步注浆尚未凝固隧道段产生的浮力，控制隧道管片结构的变形。
2、通过在单液浆中掺入少量的采用水溶性封装材料封装的速凝剂，速凝剂通过水溶性封装材料密封成胶囊型，通过调节封装速凝剂的胶囊的厚度及材料，控制胶囊水溶时间，控制在盾构外部特定的时间能融化释放速凝剂，避免速凝剂的快速凝结糊住盾构刷，引发盾构机系统故障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为现状盾构隧道同步注浆的示意图；
图2为本发明盾构隧道同步注浆的示意图；
图3为本发明速凝剂封装示意图(以椭球形为例)；
图4为本发明两仓速凝剂封装示意图(以椭球形为例)；
图5为本发明的凝结过程节点15功效过程示意图(1)；
图6为本发明的凝结过程节点15功效过程示意图(2)；
图7为本发明的凝结过程节点15功效过程示意图(3)。
附图中：1为盾构机，2为隧道周边的土体，3为盾构管片，4为盾构机同步注浆管路，5为盾尾刷，6为同步注浆浆液，7为已经凝固的同步注浆浆液，8为同步注浆尚未凝固隧道段，9为同步注浆已凝固隧道段，10为速凝剂添加注浆管路，11为速凝剂添加阀门，12为速凝剂胶囊，12a为第一种速凝剂，12b为第二种速凝剂，13为水溶性封装材料，14为局部凝结提供浮力支撑的凝结块，15为凝结过程节点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例一
如图2至图7所示，本实施例公开了一种盾构隧道速溶快凝型同步注浆方法，包括如下步骤：1)采用水溶性封装材料封装速凝剂；在盾构机1的同步注浆管路4中增设第三向添加剂注浆管路10，第三向添加剂注浆管路10与同步注浆管路4连通，第三向添加剂注浆管路10上设置速凝剂添加阀门11。
2)盾构机掘进过程中，通过第三向添加剂注浆管路10和阀门11向同步注浆液中注入采用水溶性封装材料封装的速凝剂；
3)将掺杂有水溶性封装材料封装的速凝剂的同步注浆浆液6注入土体2与管片3之间的空间后(参见图5)，根据时间需要，封装速凝剂的水溶性材料13溶解，释放速凝剂(参见图6)，速凝剂与同步注浆浆液6反应，局部迅速生成加强凝结块14(参见图7)，局部加强凝结块14在土体2与管片3之间快速提供支撑，抑制同步注浆尚未凝固隧道段8产生的浮力，控制隧道管片结构的变形。参见图2，7为已经凝固的同步注浆浆液，8为同步注浆尚未凝固隧道段，9为同步注浆已凝固隧道段。
进一步地，速凝剂通过水溶性封装材料密封成胶囊型，通过调节封装速凝剂的胶囊的厚度及材料，控制胶囊水溶时间。本实施例速凝剂通过水溶性塑料或树脂密封成胶囊型，调节胶囊的厚度及材料设置适度的水溶时间，控制在盾构外部特定的时间能融化释放速凝剂，避免速凝剂的快速凝结糊住盾尾刷5，引发盾构机系统故障。
进一步地，封装速凝剂的胶囊大小满足盾构机注浆管道流动性要求；封装速凝剂的胶囊形状为球形或椭球形等。
进一步地，封装速凝剂的胶囊采用多仓独立设置，用于根据实际需要分别封装多种不同的速凝剂材料。
进一步地，参见图4，封装速凝剂的胶囊采用两仓独立设置，用于分别封装两种不同的速凝剂材料，如按12a与12b封装两种速凝剂材料，12a为第一种速凝剂，12b为可与第一种速凝剂反应的第二种速凝剂。本实施例第一种速凝剂为水玻璃，第二种速凝剂为氯化钙溶液，两种溶液迅速反应生成硅胶和硅酸钙凝胶，起到胶结和填充孔隙的作用，使土壤的强度和承载能力提高。常用于粉土、砂土和填土的地基加固，称为双液注浆。
本发明可以把这两种材料分两个胶囊分别封装，也可以将这两种材料采用一个胶囊封装，当然还可以将氯化钙添加在同步注浆材料内，胶囊仅释放水玻璃等等。本发明不限于上述两种材料，也可以研究其他类似材料。
进一步地，参见图3，封装速凝剂的胶囊内封装有一种速凝剂材料。
进一步地，增设第三向添加剂注浆管路与盾构机的同步注浆管路连通，第三向添加剂注浆管路上设有阀门；通过第三向添加剂注浆管路、阀门在单液浆中局部或限量掺入采用水溶性封装材料封装的速凝剂。采用水溶性封装材料封装的速凝剂可以通过气压入，也可参与水泥浆一并压入，但是采用水溶性封装材料封装的速凝剂在管道内的流通时间应计入胶囊的水溶时间控制之内。
进一步地，同步注浆液为单液浆。
进一步地，速凝剂包括但不限于水玻璃或其他快速反应强化加固材料。工程上常用的速凝剂是水玻璃，它与添加在混凝土中氯化钙反应，生产硅胶和硅酸钙凝胶。
实施例二参见图3和图4，本实施例公开了一种速凝剂胶囊，速凝剂胶囊12由水溶性封装材料封装速凝剂形成，所述速凝剂胶囊采用一仓、两仓或多仓设置，用于分别封装一种、两种或多种速凝剂材料。
速凝剂通过水溶性封装材料密封成胶囊型，通过调节封装速凝剂的胶囊的厚度及材料，控制胶囊水溶时间。本实施例速凝剂通过水溶性塑料或树脂密封成胶囊型，调节胶囊的厚度及材料设置适度的水溶时间，控制在盾构外部特定的时间能融化释放速凝剂，避免速凝剂的快速凝结糊住盾尾刷5，引发盾构机系统故障。
封装速凝剂的胶囊大小满足盾构机注浆管道流动性要求；封装速凝剂的胶囊形状为球形或椭球形等。
封装速凝剂的胶囊采用多仓独立设置，用于根据实际需要分别封装多种不同的速凝剂材料。
参见图4，封装速凝剂的胶囊采用两仓独立设置，用于分别封装两种不同的速凝剂材料，如按12a与12b封装两种速凝剂材料，12a为第一种速凝剂，12b为可与第一种速凝剂反应的第二种速凝剂。本实施例第一种速凝剂为水玻璃，第二种速凝剂为氯化钙溶液，两种溶液迅速反应生成硅胶和硅酸钙凝胶，起到胶结和填充孔隙的作用，使土壤的强度和承载能力提高。常用于粉土、砂土和填土的地基加固，称为双液注浆。
本发明可以把这两种材料分两个胶囊分别封装，也可以将这两种材料采用一个胶囊封装，当然还可以将氯化钙添加在同步注浆材料内，胶囊仅释放水玻璃等等。本发明不限于上述两种材料，也可以研究其他类似材料。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种盾构隧道速溶快凝型同步注浆方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)采用水溶性封装材料封装速凝剂；
2)盾构机掘进过程中，向同步注浆液中注入采用水溶性封装材料封装的速凝剂；
3)将掺杂有水溶性封装材料封装的速凝剂的同步注浆浆液(6)注入土体(2)与管片(3)之间的空间，一段时间后，封装速凝剂的水溶性材料(13)溶解，释放速凝剂，速凝剂与同步注浆浆液(6)反应，局部迅速生成加强凝结块(14)，局部加强凝结块(14)在土体(2)与管片(3)之间快速提供支撑，抑制同步注浆尚未凝固隧道段(8)产生的浮力，控制隧道管片结构的变形。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：速凝剂通过水溶性封装材料密封成胶囊型，通过调节封装速凝剂的胶囊的厚度及材料，控制胶囊水溶时间。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：封装速凝剂的胶囊大小满足盾构机注浆管道流动性要求；封装速凝剂的胶囊形状为球形或椭球形。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：水溶性封装材料采用水溶性塑料或树脂。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：封装速凝剂的胶囊采用两仓独立设置，用于分别封装两种不同的自行反应的速凝剂材料。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：封装速凝剂的胶囊内封装有一种速凝剂材料。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：增设添加剂注浆管路与盾构机的同步注浆管路连通，添加剂注浆管路上设有阀门；通过添加剂注浆管路、阀门在单液浆中局部或限量掺入采用水溶性封装材料封装的速凝剂。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：同步注浆液为单液浆。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：速凝剂采用水玻璃或其他快速反应强化加固材料。
10.一种速凝剂胶囊，其特征在于，速凝剂胶囊由水溶性封装材料封装速凝剂形成，所述速凝剂胶囊采用一仓、两仓或多仓设置，用于分别封装一种、两种或多种速凝剂材料。
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