CN110566233A - 一种全断面硬岩地层盾构隧道施工管片壁后注浆的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全断面硬岩地层盾构隧道施工管片壁后注浆的方法，包括如下步骤：盾构机安装、注浆平台搭建、管片壁后同步注浆、管片壁后二次注浆、环箍间二次注浆和注浆检测。本发明的注浆工艺步骤简单，采用同步注浆结合二次注浆进行壁后充填，减少同步注浆的流失，降低二次注浆与盾构掘进的冲突，保证盾构施工的顺利进行，控制在硬岩地层施工中管片壁后注浆不饱满引起的地面沉降、管片上浮、隧道渗水、结构破损等质量问题，由于二次注浆中双液浆的量减少，从而降低注浆成本，施工效率显著提高。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，尤其涉及一种全断面硬岩地层盾构隧道施工管片壁后注浆的方法。
背景技术
盾构隧道掘进时，在管片与地层之间将存在一定的空隙，为控制沉降、稳定管片等，需要在管片壁后与地层之间采用注浆方式进行填充。因此，壁后注浆对盾构隧道施工效果具有重要影响，壁后注浆压力过大，易引起地表隆起，浆液击穿盾尾密封，流窜至开挖面或压力舱，造成管片开裂或螺栓剪短等现象；壁后注浆压力过小，则易出现浆液充填不完全或不均匀，造成管片错台、上浮，隧道轴线偏移，底层应力释放及沉降增大。目前，一般注浆是通过地面上的搅拌站按照设计配合比搅拌好一定量的浆液，通过管道输送至隧道口运输车上的浆液车内，再运输至盾构机台车上的储浆罐，同时在储浆罐和浆液车内均装有搅拌叶片对浆液随时进行搅拌，防止浆液凝结或离析，然后储浆罐内的浆液通过4个注浆泵及管道经过盾构机盾尾压注至管片壁后间隙起到填充作用，并且整个注浆过程是与盾构机的掘进同步进行的。
按照《盾构法隧道施工及验收规范》该同步注浆的充填系数宜为1.30～2.50。但是，在实际施工中，即使充填系数达到上述值，由于浆液流失、浆液凝固时产生收缩、管片渗漏水等问题，以及在地面沉降控制要求较高、盾构施工对地表建筑物或管线影响较大的地段，仍需要采用二次注浆来充填或控制沉降等。
现有注浆方式一般是按照设计充填系数1.30～2.50在盾构掘进时同步注浆一次注完。这样的注浆方式在全断面硬岩地层条件下，由于刀盘开挖直径和盾体直径存在30mm～50mm的差值，一般全断面硬岩采用开仓方式掘进，同步注浆砂浆受注浆压力、自重等影响易流入土仓，注浆效果较差，仍需要进行二次注浆。同时在后期出现地面沉降、管片渗漏或开孔检验浆液不饱满等问题时也需要进行二次注浆。
在全断面硬岩地层条件下进行二次注浆，一是注浆量较大，全采用双液浆注浆成本较高；二是二次注浆材料的运输和注浆施工与盾构掘进冲突较大影响盾构施工进度。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术所存在的不足而提供一种全断面硬岩地层盾构隧道施工管片壁后注浆的方法的技术方案，该硬岩层盾构隧道施工管片壁后注浆的工艺步骤简单，采用同步注浆结合二次注浆进行壁后充填，减少同步注浆的流失，降低二次注浆与盾构掘进的冲突，保证盾构施工的顺利进行。控制在硬岩地层施工中管片壁后注浆不饱满引起的地面沉降、管片上浮、隧道渗水、结构破损等质量问题。由于二次注浆中双液浆的量减少，从而降低注浆成本，施工效率显著提高。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种全断面硬岩地层盾构隧道施工管片壁后注浆的方法，其特征在于包括如下步骤：
1)盾构机安装
首先根据设计要求确定硬岩地层盾构隧道的施工路径，并选择合适尺寸的盾构机，将盾构机放入始发井中进行安装定位，然后试运行盾构机，检查盾构机的工作状况，并做好施工前的准备工作，便于将注浆平台能与盾构机进行无缝对接，使两者工作时互不影响，同时提高了对管片壁后注浆的效果，满足不同尺寸盾构隧道的施工；
2)注浆平台搭建
a、首先根据盾构机后侧运泥车的轨道在两侧对称水平安装滑轨，使两个滑轨相互平行，再根据运泥车的宽度和高度选择合适尺寸的平台，沿着平台的底面对称安装支撑柱，并在支撑柱的底部安装滚轮，使滚轮限位在滑轨上，在同一侧的相邻两个支撑柱之间安装防护网，通过水平滑轨的设计，可以使注浆平台沿着盾构隧道水平移动，满足盾构隧道中不同位置的管片壁后注浆施工，支撑柱和滚轮提高了注浆平台移动时的稳定性和可靠性，防护网可以起到保护作用，防止运泥车中的泥土掉落至外侧而影响注浆平台的正常施工；
b、然后根据盾构隧道的直径确定弧形环的尺寸，并加工相应的弧形环，沿着平台的顶面前端两侧对称安装两个相互平行的定位杆，在定位杆上转动连接套筒，并将弧形环夹持在两个套筒上，在弧形环上套接二次注浆机构，使第二注浆机构对准需要注浆的管片注浆孔位置，通过弧形环可以对各个二次注浆机构进行定位，满足不同位置管片的壁后注浆施工，同时提高了二次注浆的稳定性和可靠性，防止浆料从缝隙中溢出，定位杆和套筒可以对弧形环进行支撑定位，防止弧形环发生偏移而影响管片注浆的精度，同时避免二次注浆机构与盾构隧道的内壁发生碰撞；
c、接着根据同步注浆和二次注浆所需的注浆量确定双液浆搅拌储存装置和同步浆液搅拌储存装置的尺寸，将双液浆搅拌储存装置和同步浆液搅拌储存装置分别固定安装在平台的顶面上，同步浆液搅拌储存装置与盾构机上的注浆管连通，沿着双液浆搅拌储存装置的前侧安装分流装置，将分流装置通过输浆管分别与各个二次注浆机构连通，通过双液浆搅拌储存装置和同步浆液搅拌储存装置的设计不仅可以减轻盾构机的重量，而且可以将注浆系统与盾构机进行分离，简化盾构机的制造难度，便于维修，同时可以实现盾尾同步注浆与管片注浆相结合，提高注浆的质量；
d、最后根据各个管片上注浆孔的位置沿着弧形环移动相应的二次注浆机构，使二次注浆机构对准相应的注浆孔，提高二次注浆的精度，防止浆液溢出；
该注浆平台的搭建可以大大提高注浆的效率，同时可以满足同步注浆与二次注浆所需的浆料，并将同步浆料与二次注浆浆料进行分离，避免浆料之间的相互影响；
3)管片壁后同步注浆
a、首先根据盾构机的掘进参数和地面监测数据，对同步注浆浆液配比及注入量进行调整，确定同步注浆的注入量，以获得适应地层状况的浆液配比及注入量，注入量为设计同步注浆量的40％～60％；
b、然后通过外部同步注浆设备将浆液输入至同步浆液搅拌储存装置内，通过盾构机上的注浆泵将同步浆液搅拌储存装置内的浆液连续输送至盾构机上的注浆管上，在盾构机掘进的过程中，实现对注浆区域的同步注浆；
通过盾尾同步注浆可以使注浆更均匀，降低了渗漏水的可能性，使注浆施工更容易控制；
4)管片壁后二次注浆
a、通过外部的双液浆供料设备将双液浆连续输入双液浆搅拌储存装置内，在盾构机掘进过程中，沿脱出盾尾的4～6环连续两环进行二次注浆，通过双液浆搅拌储存装置将双液浆通过输浆管输送至环内形成环箍；
b、在环箍形成的过程中，首先进行底部第一管片的注浆，待第一管片壁后的浆液得到充分扩散，再进行左侧下方第二管片的注浆，同时停止第一管片的注浆，待第二管片壁后的浆液得到充分扩散后，进行右侧下方第三管片的注浆，待第三管片壁后的浆液得到充分扩散后，进行左侧上方第四管片的注浆，待第四管片壁后的浆液得到充分扩散后，进行左右侧上方第五管片的注浆，直至第五管片壁后的浆液得到充分扩散，控制各个管片壁后注浆的压力和时间，同时保证顶部的封顶块不动；
管片壁后二次注浆操作灵活，容易清理，既可以选用单液浆，也可以选用双液浆，可以对局部进行二次注浆，不增加盾构机直径和钢板的厚度，同时减少同步注浆的流失，降低二次注浆与盾构掘进的冲突，保证盾构施工的顺利进行；
5)环箍间二次注浆
在相邻的两个环箍间利用分流装置和二次注浆机构进行二次注浆，掘进或非掘进时均可以注入，注入量为设计同步注浆量的60％～40％，环箍的间距根据掘进参数和地面监测数据控制在10～30环，可以大大提高盾构隧道管片之间的连接强度和稳定性，降低硬岩地层施工中管片壁后注浆不饱满引起的底面沉降、管片上浮、隧道渗水、结构破损等质量问题；
6)注浆检测
在盾构机掘进的过程中对盾构隧道中管片的沉降进行实时监测，确保管片的上浮在设定的范围内，提高注浆的质量。
该硬岩地层盾构隧道施工管片壁后注浆的工艺步骤简单，采用同步注浆结合二次注浆进行壁后充填，减少同步注浆的流失，降低二次注浆与盾构掘进的冲突，保证盾构施工的顺利进行。控制在硬岩地层施工中管片壁后注浆不饱满引起的地面沉降、管片上浮、隧道渗水、结构破损等质量问题。由于二次注浆中双液浆的量减少，从而降低注浆成本，施工效率显著提高。
进一步，步骤2)中的二次注浆机构包括滑块和注浆头，注浆头伸缩移动连接在滑块的一端，注浆头的侧面上设置有齿条，滑块内设置有微型电机，微型电机上设置有齿轮，齿轮与齿条相互啮合，注浆头的尾部通过导流管与输浆管连通，滑块上设置有弧形槽，弧形槽与弧形环相匹配，当需要对管片进行二次注浆时，只需通过滑块将注浆头沿着弧形环移动至相应管片的注浆孔位置即可，启动微型电机，通过齿轮带动齿条移动，进而带动注浆头伸出并插入相应的注浆孔内，实现对管片壁后的快速注浆，提高注浆的精度，弧形槽可以根据注浆孔的位置沿着弧形环移动，通过螺钉将滑块固定在弧形环上，满足不同位置注浆孔的注浆要求，同时可以与同步注浆系统分开，避免浆液的混合，影响注浆的效果。
进一步，步骤2)中的双液浆搅拌储存装置包括第一箱体和输送套管，第一箱体的顶面上设置有第一电机，第一电机上连接有第一搅拌组件，第一搅拌组件位于第一箱体内，第一箱体的顶面上设置有第一进料腔，第一进料腔通过第一进料管连接外部的双液浆供料设备，输送套管通过第一出料管连接在第一箱体的下方，输送套管的一端设置有第二电机，第二电机上连接有螺杆，螺杆位于输送套管内，输送套管的另一端连通分流装置，当外部的双液浆供料设备将双液浆通过第一进料管输入第一箱体中后，启动第一电机，通过第一搅拌组件可以对双液浆进行连续搅拌，避免第一箱体中的浆液长时间静置不动而造成凝固，影响正常的注浆，搅拌均匀后的浆料通过第一出料管进入输送套管内，启动第二电机，带动螺杆旋转，使浆料在螺杆的作用下连续输入分流装置内。
进一步，步骤2)中的同步浆液搅拌储存装置包括第二箱体，第二箱体的顶面上设置有第三电机，第三电机上连接有第二搅拌组件，第二搅拌组件位于第二箱体内，第二箱体的顶面上设置有第二进料腔，第二进料腔通过第二进料管连接外部的同步浆液供料设备，第二箱体通过第二出料管连接盾构机上的输浆管，当需要进行同步注浆时，外部的同步浆液供料设备经第二进料管将浆液输送至第二箱体内，启动第三电机，通过第三电机带动第二搅拌组件旋转，实现对浆液的连续搅拌，避免第二箱体内的浆液长时间静置而凝固，搅拌后的浆液经第二出料管输送至盾构机的注浆管中，实现同步注浆。
进一步，步骤2)中的分流装置包括分流箱，分流箱内设置有浆液输送管和五台输浆泵，输浆泵与浆液输送管连通，输浆泵与输浆管连通，双液浆经输送套管进入浆液输送管，在输浆泵的作用下通过输浆管输送至各个二次注浆机构上，满足不同位置管片的壁后注浆施工，提高了管片壁后注浆的效果。
进一步，步骤4)中在进行二次注浆的配比时，根据地质报告中地下水情况的判断，在地下水丰富段盾构管片增设预留注浆孔，且施工时根据地下水情况调整二次注浆配比，以便环箍的形成。
本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
1、本发明的硬岩层盾构隧道施工管片壁后注浆的工艺步骤简单，采用同步注浆结合二次注浆进行壁后充填，减少同步注浆的流失，降低二次注浆与盾构掘进的冲突，保证盾构施工的顺利进行。控制在硬岩地层施工中管片壁后注浆不饱满引起的地面沉降、管片上浮、隧道渗水、结构破损等质量问题。由于二次注浆中双液浆的量减少，从而降低注浆成本，施工效率显著提高。
2、当需要对管片进行二次注浆时，只需通过滑块将注浆头沿着弧形环移动至相应管片的注浆孔位置即可，启动微型电机，通过齿轮带动齿条移动，进而带动注浆头伸出并插入相应的注浆孔内，实现对管片壁后的快速注浆，提高注浆的精度，弧形槽可以根据注浆孔的位置沿着弧形环移动，通过螺钉将滑块固定在弧形环上，满足不同位置注浆孔的注浆要求，同时可以与同步注浆系统分开，避免浆液的混合，影响注浆的效果。
3、当外部的双液浆供料设备将双液浆通过第一进料管输入第一箱体中后，启动第一电机，通过第一搅拌组件可以对双液浆进行连续搅拌，避免第一箱体中的浆液长时间静置不动而造成凝固，影响正常的注浆，搅拌均匀后的浆料通过第一出料管进入输送套管内，启动第二电机，带动螺杆旋转，使浆料在螺杆的作用下连续输入分流装置内。
4、当需要进行同步注浆时，外部的同步浆液供料设备经第二进料管将浆液输送至第二箱体内，启动第三电机，通过第三电机带动第二搅拌组件旋转，实现对浆液的连续搅拌，避免第二箱体内的浆液长时间静置而凝固，搅拌后的浆液经第二出料管输送至盾构机的注浆管中，实现同步注浆。
附图说明：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明一种全断面硬岩地层盾构隧道施工管片壁后注浆的方法中二次注浆的结构示意图；
图2为本发明中注浆平台的结构示意图；
图3为本发明中双液浆搅拌储存装置的结构示意图；
图4为本发明中分流装置的结构示意图；
图5为本发明中同步浆液搅拌储存装置的结构示意图；
图6为本发明中二次注浆机构的结构示意图。
图中：1-第一管片；2-第二管片；3-第三管片；4-第四管片；5-第五管片；6-封顶块；7-平台；8-支撑柱；9-滑轨；10-弧形环；11-定位杆；12-套筒；13-分流装置；14-二次注浆机构；15-输浆管；16-防护网；17-双液浆搅拌储存装置；18-同步浆液搅拌储存装置；19-第一箱体；20-第一电机；21-第一搅拌组件；22-第一进料腔；23-第一进料管；25-第一出料管；26-第二电机；27-输送套管；28-螺杆；29-分流箱；30-浆液输送管；31-输浆泵；32-第二箱体；33-第三电机；34-第二搅拌组件；35-第二进料腔；36-第二进料管；38-第二出料管；39-滑块；40-注浆头；41-齿轮；42-导流管；43-弧形槽。
具体实施方式
如图1至图6所示，为本发明一种全断面硬岩地层盾构隧道施工管片壁后注浆的方法，包括如下步骤：
1)盾构机安装
首先根据设计要求确定硬岩地层盾构隧道的施工路径，并选择合适尺寸的盾构机，将盾构机放入始发井中进行安装定位，然后试运行盾构机，检查盾构机的工作状况，并做好施工前的准备工作，便于将注浆平台7能与盾构机进行无缝对接，使两者工作时互不影响，同时提高了对管片壁后注浆的效果，满足不同尺寸盾构隧道的施工；
由于盾构机为倒锥形设计，开挖直径、前盾直径、中盾直径、盾尾直径依次减小，刀盘开挖直径和注浆位置盾尾直径存在30mm～50mm的差值。在本工程全断面硬岩地层盾构隧道施工中，开挖面稳定采用敞开式推进，该空隙未被土体等封堵，随着止浆板磨损失效，同步注浆浆液易于通过此通道流入土仓随渣土被排出，造成浪费。故而本次注入量参照隧道坡度，参考盾构掘进参数、渣样分析、同步注浆压力等参数，注入量宜为设计同步注浆量的40％～60％，既起到回填空隙、稳固管片又减少不必要的浪费。
2)注浆平台搭建
a、首先根据盾构机后侧运泥车的轨道在两侧对称水平安装滑轨9，使两个滑轨9相互平行，再根据运泥车的宽度和高度选择合适尺寸的平台7，沿着平台7的底面对称安装支撑柱8，并在支撑柱8的底部安装滚轮，使滚轮限位在滑轨9上，在同一侧的相邻两个支撑柱8之间安装防护网16，通过水平滑轨9的设计，可以使注浆平台7沿着盾构隧道水平移动，满足盾构隧道中不同位置的管片壁后注浆施工，支撑柱8和滚轮提高了注浆平台7移动时的稳定性和可靠性，防护网16可以起到保护作用，防止运泥车中的泥土掉落至外侧而影响注浆平台7的正常施工；
b、然后根据盾构隧道的直径确定弧形环10的尺寸，并加工相应的弧形环10，沿着平台7的顶面前端两侧对称安装两个相互平行的定位杆11，在定位杆11上转动连接套筒12，并将弧形环10夹持在两个套筒12上，在弧形环10上套接二次注浆机构14，使第二注浆机构对准需要注浆的管片注浆孔位置，通过弧形环10可以对各个二次注浆机构14进行定位，满足不同位置管片的壁后注浆施工，同时提高了二次注浆的稳定性和可靠性，防止浆料从缝隙中溢出，定位杆11和套筒12可以对弧形环10进行支撑定位，防止弧形环10发生偏移而影响管片注浆的精度，同时避免二次注浆机构14与盾构隧道的内壁发生碰撞；
二次注浆机构14包括滑块39和注浆头40，注浆头40伸缩移动连接在滑块39的一端，注浆头40的侧面上设置有齿条，滑块39内设置有微型电机，微型电机上设置有齿轮41，齿轮41与齿条相互啮合，注浆头40的尾部通过导流管42与输浆管15连通，滑块39上设置有弧形槽43，弧形槽43与弧形环10相匹配，当需要对管片进行二次注浆时，只需通过滑块39将注浆头40沿着弧形环10移动至相应管片的注浆孔位置即可，启动微型电机，通过齿轮41带动齿条移动，进而带动注浆头40伸出并插入相应的注浆孔内，实现对管片壁后的快速注浆，提高注浆的精度，弧形槽43可以根据注浆孔的位置沿着弧形环10移动，通过螺钉将滑块39固定在弧形环10上，满足不同位置注浆孔的注浆要求，同时可以与同步注浆系统分开，避免浆液的混合，影响注浆的效果。
c、接着根据同步注浆和二次注浆所需的注浆量确定双液浆搅拌储存装置17和同步浆液搅拌储存装置18的尺寸，将双液浆搅拌储存装置17和同步浆液搅拌储存装置18分别固定安装在平台7的顶面上，同步浆液搅拌储存装置18与盾构机上的注浆管连通，沿着双液浆搅拌储存装置17的前侧安装分流装置13，将分流装置13通过输浆管15分别与各个二次注浆机构14连通，通过双液浆搅拌储存装置17和同步浆液搅拌储存装置18的设计不仅可以减轻盾构机的重量，而且可以将注浆系统与盾构机进行分离，简化盾构机的制造难度，便于维修，同时可以实现盾尾同步注浆与管片注浆相结合，提高注浆的质量；
双液浆搅拌储存装置17包括第一箱体19和输送套管27，第一箱体19的顶面上设置有第一电机20，第一电机20上连接有第一搅拌组件21，第一搅拌组件21位于第一箱体19内，第一箱体19的顶面上设置有第一进料腔22，第一进料腔22通过第一进料管23连接外部的双液浆供料设备，输送套管27通过第一出料管25连接在第一箱体19的下方，输送套管27的一端设置有第二电机26，第二电机26上连接有螺杆28，螺杆28位于输送套管27内，输送套管27的另一端连通分流装置13，当外部的双液浆供料设备将双液浆通过第一进料管23输入第一箱体19中后，启动第一电机20，通过第一搅拌组件21可以对双液浆进行连续搅拌，避免第一箱体19中的浆液长时间静置不动而造成凝固，影响正常的注浆，搅拌均匀后的浆料通过第一出料管25进入输送套管27内，启动第二电机26，带动螺杆28旋转，使浆料在螺杆28的作用下连续输入分流装置13内。
同步浆液搅拌储存装置18包括第二箱体32，第二箱体32的顶面上设置有第三电机33，第三电机33上连接有第二搅拌组件34，第二搅拌组件34位于第二箱体32内，第二箱体32的顶面上设置有第二进料腔35，第二进料腔35通过第二进料管36连接外部的同步浆液供料设备，第二箱体32通过第二出料管38连接盾构机上的输浆管15，当需要进行同步注浆时，外部的同步浆液供料设备经第二进料管36将浆液输送至第二箱体32内，启动第三电机33，通过第三电机33带动第二搅拌组件34旋转，实现对浆液的连续搅拌，避免第二箱体32内的浆液长时间静置而凝固，搅拌后的浆液经第二出料管38输送至盾构机的注浆管中，实现同步注浆。
分流装置13包括分流箱29，分流箱29内设置有浆液输送管30和五台输浆泵31，输浆泵31与浆液输送管30连通，输浆泵31与输浆管15连通，双液浆经输送套管27进入浆液输送管30，在输浆泵31的作用下通过输浆管15输送至各个二次注浆机构14上，满足不同位置管片的壁后注浆施工，提高了管片壁后注浆的效果。
d、最后根据各个管片上注浆孔的位置沿着弧形环10移动相应的二次注浆机构14，使二次注浆机构14对准相应的注浆孔，提高二次注浆的精度，防止浆液溢出；
该注浆平台7的搭建可以大大提高注浆的效率，同时可以满足同步注浆与二次注浆所需的浆料，并将同步浆料与二次注浆浆料进行分离，避免浆料之间的相互影响；
3)管片壁后同步注浆
a、首先根据盾构机的掘进参数和地面监测数据，对同步注浆浆液配比及注入量进行调整，确定同步注浆的注入量，以获得适应地层状况的浆液配比及注入量，注入量为设计同步注浆量的40％～60％；
b、然后通过外部同步注浆设备将浆液输入至同步浆液搅拌储存装置18内，通过盾构机上的注浆泵将同步浆液搅拌储存装置18内的浆液连续输送至盾构机上的注浆管上，在盾构机掘进的过程中，实现对注浆区域的同步注浆；
通过盾尾同步注浆可以使注浆更均匀，降低了渗漏水的可能性，使注浆施工更容易控制；
同步注浆采用浆液的材料主要有水泥、粉煤灰、砂、膨润土、减水剂和水，具体配比如表1所示，本工程盾构机开挖地层为全断面中风化砂砾岩或中风化凝灰岩，属于较软岩～坚硬岩，岩芯采取率约为80～90％，RQD＝65～80％，完整性较好。按照规范设计注浆量为理论空隙量的130～250％。
表1同步注浆浆液配合比表(1m3)
与盾构掘进同步均匀进行注浆；注浆压力以注入量为参考，具体注入量见下表2。
表2注入量与隧道坡度关系4)管片壁后二次注浆
a、通过外部的双液浆供料设备将双液浆连续输入双液浆搅拌储存装置17内，在盾构机掘进过程中，沿脱出盾尾的4～6环连续两环进行二次注浆，防止双液浆浆料流入盾尾“抱死”盾构机，通过双液浆搅拌储存装置17将双液浆通过输浆管15输送至环内形成环箍；
在进行二次注浆的配比时，根据地质报告中地下水情况的判断，在地下水丰富段盾构管片增设预留注浆孔，且施工时根据地下水情况调整二次注浆配比，以便环箍的形成。
b、在环箍形成的过程中，首先进行底部第一管片1的注浆，待第一管片1壁后的浆液得到充分扩散，再进行左侧下方第二管片2的注浆，同时停止第一管片1的注浆，待第二管片2壁后的浆液得到充分扩散后，进行右侧下方第三管片3的注浆，待第三管片3壁后的浆液得到充分扩散后，进行左侧上方第四管片4的注浆，待第四管片4壁后的浆液得到充分扩散后，进行左右侧上方第五管片6的注浆，直至第五管片6壁后的浆液得到充分扩散，控制各个管片壁后注浆的压力和时间，同时保证顶部的封顶块6不动，二次注浆的参数如表3所示；
表3二次注浆的参数表
注1：CMC，羧甲基纤维素钠，配比中指固态时的质量。使用时将CMC直接与水混合，配制成糊状胶液后，放置10小时以上备用。在配置CMC糊胶时，先在带有搅拌装置的配料容器内加入30倍量的干净的水，将CMC缓慢均匀地撒到容器内，不停搅拌，使CMC和水完全融合，容器采用不易生锈的容器。浆液配制时要考虑减去此处水的影响。
管片壁后二次注浆操作灵活，容易清理，既可以选用单液浆，也可以选用双液浆，可以对局部进行二次注浆，不增加盾构机直径和钢板的厚度，同时减少同步注浆的流失，降低二次注浆与盾构掘进的冲突，保证盾构施工的顺利进行；
①注浆位置：除封顶块外其余管片能够钻孔的吊装孔或注浆孔均要注；②注浆顺序如图1所示两环管片从下到上、左右对称进行；③注浆期间未注浆、临近的吊装孔放水，流出较浓或半固体浆液时停止注浆；④每次注浆前注浆压力、注浆控制量交底到位，一般以注浆压力控制，注浆量为参考，但是超过注浆控制量时，要根据注浆孔布置，考虑在注浆压力提升较慢、注入量大的注浆孔位周边增加注浆孔数量；⑤注浆前，要首先对注浆位置前后管片螺栓进行检查并复紧，注浆过程安排专人观察注浆部位的管片变化，如管片出现错台、开裂及异常声响时要立即停止注浆；⑥注浆时要水泥浆、水玻璃同时注入；⑦做好施工过程记录，记录应包括注入环的序号、注入位置、注浆压力、注入量等参数。以便后续分析调整注浆参数。
5)环箍间二次注浆
在相邻的两个环箍间利用分流装置13和二次注浆机构14进行二次注浆，掘进或非掘进时均可以注入，注入量为设计同步注浆量的60％～40％，环箍的间距根据掘进参数和地面监测数据控制在10～30环，可以大大提高盾构隧道管片之间的连接强度和稳定性，降低硬岩地层施工中管片壁后注浆不饱满引起的底面沉降、管片上浮、隧道渗水、结构破损等质量问题；
在两处二次注浆“环箍”间进行二次注浆填充，浆液为同步注浆用浆液，注浆时机一般随着盾构掘进持续注入，考虑因素为注浆管路长度、地下水情况、管片稳定情况及注浆与盾构掘进冲突情况，尽可能降低对掘进施工的影响；也可以在盾构机维护或其他设备故障盾构停止掘进期间集中注入。
6)注浆检测
在盾构机掘进的过程中对盾构隧道中管片的沉降进行实时监测，确保管片的上浮在设定的范围内，提高注浆的质量。
该硬岩地层盾构隧道施工管片壁后注浆的工艺步骤简单，采用同步注浆结合二次注浆进行壁后充填，减少同步注浆的流失，降低二次注浆与盾构掘进的冲突，保证盾构施工的顺利进行。控制在硬岩地层施工中管片壁后注浆不饱满引起的地面沉降、管片上浮、隧道渗水、结构破损等质量问题。由于二次注浆中双液浆的量减少，从而降低注浆成本，施工效率显著提高。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种全断面硬岩地层盾构隧道施工管片壁后注浆的方法，其特征在于包括如下步骤：
1)盾构机安装
首先根据设计要求确定硬岩地层盾构隧道的施工路径，并选择合适尺寸的盾构机，将盾构机放入始发井中进行安装定位，然后试运行盾构机，检查盾构机的工作状况，并做好施工前的准备工作；
2)注浆平台搭建
a、首先根据盾构机后侧运泥车的轨道在两侧对称水平安装滑轨，使两个滑轨相互平行，再根据运泥车的宽度和高度选择合适尺寸的平台，沿着平台的底面对称安装支撑柱，并在支撑柱的底部安装滚轮，使滚轮限位在滑轨上，在同一侧的相邻两个支撑柱之间安装防护网；
b、然后根据盾构隧道的直径确定弧形环的尺寸，并加工相应的弧形环，沿着平台的顶面前端两侧对称安装两个相互平行的定位杆，在定位杆上转动连接套筒，并将弧形环夹持在两个套筒上，在弧形环上套接二次注浆机构，使第二注浆机构对准需要注浆的管片注浆孔位置；
c、接着根据同步注浆和二次注浆所需的注浆量确定双液浆搅拌储存装置和同步浆液搅拌储存装置的尺寸，将双液浆搅拌储存装置和同步浆液搅拌储存装置分别固定安装在平台的顶面上，同步浆液搅拌储存装置与盾构机上的注浆管连通，沿着双液浆搅拌储存装置的前侧安装分流装置，将分流装置通过输浆管分别与各个二次注浆机构连通；
d、最后根据各个管片上注浆孔的位置沿着弧形环移动相应的二次注浆机构，使二次注浆机构对准相应的注浆孔；
3)管片壁后同步注浆
a、首先根据盾构机的掘进参数和地面监测数据，对同步注浆浆液配比及注入量进行调整，确定同步注浆的注入量，以获得适应地层状况的浆液配比及注入量，注入量为设计同步注浆量的40％～60％；
b、然后通过外部同步注浆设备将浆液输入至同步浆液搅拌储存装置内，通过盾构机上的注浆泵将同步浆液搅拌储存装置内的浆液连续输送至盾构机上的注浆管上，在盾构机掘进的过程中，实现对注浆区域的同步注浆；
4)管片壁后二次注浆
a、通过外部的双液浆供料设备将双液浆连续输入双液浆搅拌储存装置内，在盾构机掘进过程中，沿脱出盾尾的4～6环连续两环进行二次注浆，通过双液浆搅拌储存装置将双液浆通过输浆管输送至环内形成环箍；
b、在环箍形成的过程中，首先进行底部第一管片的注浆，待第一管片壁后的浆液得到充分扩散，再进行左侧下方第二管片的注浆，同时停止第一管片的注浆，待第二管片壁后的浆液得到充分扩散后，进行右侧下方第三管片的注浆，待第三管片壁后的浆液得到充分扩散后，进行左侧上方第四管片的注浆，待第四管片壁后的浆液得到充分扩散后，进行左右侧上方第五管片的注浆，直至第五管片壁后的浆液得到充分扩散，控制各个管片壁后注浆的压力和时间，同时保证顶部的封顶块不动；
5)环箍间二次注浆
在相邻的两个环箍间利用分流装置和二次注浆机构进行二次注浆，掘进或非掘进时均可以注入，注入量为设计同步注浆量的60％～40％，环箍的间距根据掘进参数和地面监测数据控制在10～30环；
6)注浆检测
在盾构机掘进的过程中对盾构隧道中管片的沉降进行实时监测，确保管片的上浮在设定的范围内。
2.根据权利要求1所述的一种全断面硬岩地层盾构隧道施工管片壁后注浆的方法，其特征在于：步骤2)中的所述二次注浆机构包括滑块和注浆头，所述注浆头伸缩移动连接在所述滑块的一端，所述注浆头的侧面上设置有齿条，所述滑块内设置有微型电机，所述微型电机上设置有齿轮，所述齿轮与所述齿条相互啮合，所述注浆头的尾部通过导流管与输浆管连通，所述滑块上设置有弧形槽，所述弧形槽与所述弧形环相匹配。
3.根据权利要求1所述的一种全断面硬岩地层盾构隧道施工管片壁后注浆的方法，其特征在于：步骤2)中的所述双液浆搅拌储存装置包括第一箱体和输送套管，所述第一箱体的顶面上设置有第一电机，所述第一电机上连接有第一搅拌组件，所述第一搅拌组件位于所述第一箱体内，所述第一箱体的顶面上设置有第一进料腔，所述第一进料腔通过第一进料管连接外部的双液浆供料设备，所述输送套管通过第一出料管连接在所述第一箱体的下方，所述输送套管的一端设置有第二电机，所述第二电机上连接有螺杆，所述螺杆位于所述输送套管内，所述输送套管的另一端连通所述分流装置。
4.根据权利要求1所述的一种全断面硬岩地层盾构隧道施工管片壁后注浆的方法，其特征在于：步骤2)中的所述同步浆液搅拌储存装置包括第二箱体，所述第二箱体的顶面上设置有第三电机，所述第三电机上连接有第二搅拌组件，所述第二搅拌组件位于所述第二箱体内，所述第二箱体的顶面上设置有第二进料腔，所述第二进料腔通过第二进料管连接外部的同步浆液供料设备，所述第二箱体通过第二出料管连接所述盾构机上的输浆管。
5.根据权利要求1所述的一种全断面硬岩地层盾构隧道施工管片壁后注浆的方法，其特征在于：步骤2)中的所述分流装置包括分流箱，所述分流箱内设置有浆液输送管和五台输浆泵，所述输浆泵与所述浆液输送管连通，所述输浆泵与所述输浆管连通。
6.根据权利要求1所述的一种全断面硬岩地层盾构隧道施工管片壁后注浆的方法，其特征在于：步骤4)中在进行二次注浆的配比时，根据地质报告中地下水情况的判断，在地下水丰富段盾构管片增设预留注浆孔，且施工时根据地下水情况调整二次注浆配比，以便环箍的形成。
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