CN110924962A - Epb-tbm双模式盾构管片壁后填充注浆的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种EPB‑TBM双模式盾构管片壁后填充注浆的施工方法，包括EPB模式下同步注浆流程和TBM模式下充填豆砾石与回填灌浆流程。进行EPB模式下同步注浆流程时，包括同步注浆的浆液配制步骤、注浆孔布置步骤和同步注浆步骤。进行TBM模式下充填豆砾石与回填灌浆流程时，包括豆砾石选择和灌浆液配制步骤、豆砾石充填步骤和灌浆液注入步骤。本发明的盾构管片壁后填充注浆的施工方法，使浆液具有一定扩散填充性和避免浆液流失，满足注浆的饱满，支撑管片周围岩体，有效地控制地表沉降，提高成型隧道的防水质量，为管片提供早期的稳定并使管片与周围岩体一体化，有利于盾构机掘进方向的控制，并能确保盾构隧道的最终稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种EPB-TBM双模式盾构管片壁后填充注浆的施工方法。
背景技术
盾构是一种应用于地铁隧道工程施工的大型机械设备，其集开挖、出渣、衬砌、支护等于一体，具有自动化程度高、速度快和安全高效等优点，近年来，在隧道项目上得到了广泛应用。
盾构在土质或软岩地层掘进施工引起的超挖、地层受扰动后和地下水的流失引起的地层固结，是导致地表、建(构)筑物以及地下管线沉降、位移、变形和开裂等的重要原因；盾构在硬岩地层掘进，若不及时填充管片与围岩间间隙，将使管片拖出盾尾后不能及时支撑稳定，将导致成型隧道出现管片错台、渗漏水等质量问题；为了减少和防止地层沉降，在盾构掘进过程中，要尽快在脱出盾尾的管片衬砌背后同步注入足量的浆液材料充填管片与围岩环形建筑空隙。注浆工艺是实现注浆效果，保证地面建筑、地下管线、盾尾密封及管片衬砌环安全的重要一环，因此必须严格控制，并依据地层特点及施工监控量测结果及时调整各技术参数，确保注浆质量和安全。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种EPB-TBM双模式盾构管片壁后填充注浆的施工方法，它以安全便捷的方式保证注浆效果良好，防止浆液的流动和流失，满足注浆的饱满，支撑管片周边围岩，有效地控制地表沉降。
本发明的目的是这样实现的：一种EPB-TBM双模式盾构管片壁后填充注浆的施工方法，包括EPB模式下同步注浆流程和TBM模式下充填豆砾石与回填灌浆流程；
进行EPB模式下同步注浆流程时，包括以下步骤：
(1)同步注浆的浆液配制，浆液为水泥浆，配方为：水泥160～180kg，粉煤灰400～500kg，砂500～550kg，水490～500kg；
浆液的物理指标：胶凝时间为3～10h；抗压强度：一天不小于0.2Mpa，28天不小于2.5Mpa；浆液结石率大于95％，即固结收缩率小于5％；浆液稠度为8～12cm；浆液稳定性：倾析率小于5％；
(2)注浆孔布置，在盾尾圆周上下左右对称地设置四个注浆孔及与这四个注浆孔配套的注浆管路；
(3)同步注浆，在盾构机向前推进盾尾空隙形成的同时，通过盾尾的四个注浆孔采用双泵四管路对称地同时注入浆液，并按以下技术参数注浆：
A.同步注浆压力为1.1～1.2倍的掌子面静土压力；
B.同步注浆量按以下公式计算：Q＝V＝π(D2-d2)L/4
式中：Q为注入量m3，V为盾尾建筑空隙m3，D为盾构机刀盘开挖直径；d为管片的外径，L为盾构机每推进循环掘进长度m；
C.同步注浆速度及时间，同步注浆速度以盾构机每推进循环达到注浆量Q而均匀注入；同步注浆时间与盾构机掘进时间同步，即从盾构机一个循环推进开始注浆开始至推进完毕注浆结束；
D.同步注浆顺序，对称地均匀注入，并与盾构机的掘进速度相匹配；
E.同步注浆结束标准，当注浆压力达到设计值时，注浆量达到设计值的85％以上时，即认定达到了结束标准；
进行TBM模式下充填豆砾石与回填灌浆流程时，包括以下步骤：
(1)豆砾石选择和灌浆液配制，豆砾石的粒径为5～10mm，灌浆液采用水泥浆，水泥浆的水灰比为0.7～1:1，水泥采用强度等级为P42.5的普通硅酸盐水泥；
(2)豆砾石充填，按以下工序进行：
①从盾尾往后第1～2环管片底部90°范围内进行第一次喷射豆砾石；
②从盾尾往后第2～4环管片的90°～270°范围进行第二次喷射豆砾石；
③从盾尾往后第5～6环管片进行第三次喷射豆砾石将整环管片填充密实；
(3)灌浆液注入，按以下工序进行：
①盾尾往后第4～6环管片的底部至腰部范围进行第一次注浆，注浆压力为0.1～0.25Mpa；
②从盾尾往后第8～10环管片的腰部至拱顶范围进行第二次注浆，注浆压力为0.1～0.3Mpa；
③从盾尾往后第11环管片至台车尾部进行补浆填，充注浆压力为0.2～0.35Mpa。
上述的EPB-TBM双模式盾构管片壁后填充注浆的施工方法，其中，进行EPB模式下同步注浆流程的步骤(2)时，在盾尾上还均布六个备用注浆孔，并在四个注浆孔的出口和六个备用注浆孔的出口均设置压力传感器。
上述的EPB-TBM双模式盾构管片壁后填充注浆的施工方法，其中，在EPB模式下进行同步注浆流程后和TBM模式下充填豆砾石与回填灌浆流程后，根据管片姿态监测反馈信息，EPB模式下结合洞内探孔情况和TBM模式下采用超声波或其他手段探测管片衬砌背后有无空洞的方法，综合判断是否需要进行二次注浆，若需要二次注浆，则在EPB模式下管片脱出盾尾7环后，TBM模式下管片脱出盾尾10环后采用二次注浆的方法对管片后的建筑空隙进行充填密实；二次注浆的浆液采用水泥浆或双液浆，水泥浆的水灰比为0.8～0.9；双液浆配制：水玻璃溶液浓度为40Be’；水泥浆水会比为0.9～1；稳定剂1；减水剂0；水泥浆也与水玻璃溶液之比为1:1；
二次注浆的浆液的物理指标：浆液稠度为12.5～13cm；比重为1.43～1.55g/cm3；胶凝时间小于4h；抗压强度：一天不小于0.5Mpa，28天不小于4.5Mpa；浆液结石率大于97％，即固结收缩率小于3％；
二次注浆的压力为0.2～0.5Mpa；
二次注浆顺序，应先压注存在较大空隙的一侧；
二次注浆结束标准，当注浆压力和注浆量达到设计值时则结束注浆；若注浆量未达到设计值而注浆压力已经达到设定值时，则暂停注浆10分钟左右，再次进行注浆，如此反复直到压力值或注浆量达标；如果浆液无法足量注入，则减少注浆量。
本发明的EPB-TBM双模式盾构管片壁后填充注浆的施工方法具有以下特点：
首先在EPB模式下通过同步注浆和TBM模式下通过充填豆砾石与管片背后回填灌浆，使盾尾建筑空隙得到及时填充，地层变形和沉降得到控制；在浆液凝固后，强度得到提高，可支撑稳定成型隧道管片及提高隧道防水质量。但由于隧道围岩局部的不均匀或浆液固结收缩产生空隙等原因，为提高背衬注浆层的防水性及密实度，还应进行二次注浆，以进一步填充空隙并形成密实的防水层，同时也达到加强隧道衬砌的目的。本发明在盾构机不同模式下采用同步注浆或充填豆砾石与回填灌浆和二次注浆，以安全便捷的方式保证注浆效果良好，防止浆液的流失，满足注浆的饱满，支护管片背侧围岩，有效地控制地表沉降。凝结的浆液将管片包裹起来形成稳定的管片外围防水层，将作为盾构施工隧道的第一道防水屏障，增强隧道的防水能力。为管片提供早期的支撑稳定并使管片与周围岩体一体化，有利于盾构机掘进方向的控制，并能确保盾构隧道的最终稳定。
附图说明
图1是本发明的EPB-TBM双模式盾构管片壁后填充注浆的施工方法的流程图；
图2是本发明的施工方法中进行EPB模式下同步注浆流程的步骤(3)时的状态图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1，本发明的EPB-TBM双模式盾构管片壁后填充注浆的施工方法，包括EPB模式下同步注浆流程和TBM模式下充填豆砾石与回填灌浆流程。
进行EPB模式下同步注浆流程时，包括以下步骤：
(1)同步注浆的浆液配制，浆液为水泥砂浆，配方为：水泥160～180kg，粉煤灰400～500kg，砂500～550kg，水490～500kg；
浆液的物理指标：初凝时间为3～8h，根据地层条件和掘进速度，通过现场试验加入促凝剂及调整配比来调整凝固时间；抗压强度：一天不小于0.2Mpa，28天不小于2.5Mpa；浆液结石率大于95％，即固结收缩率小于5％；浆液稠度为8～12cm；浆液稳定性：倾析率小于5％；该浆液具有结石率高、结石体强度高、耐久性好和良好的防止地下水浸析的特点；
(2)注浆孔布置，在盾尾圆周上下左右对称地设置四个注浆孔及与这四个注浆孔配套的注浆管路；在盾尾还均布六个备用注浆孔，并在四个注浆孔的出口和六个备用注浆孔的出口均设置压力传感器，以便对各注浆孔的注浆压力和注浆量进行检测与控制；
(3)同步注浆，在盾构机向前推进盾尾空隙形成的同时，通过盾尾的四个注浆孔采用双泵四管路对称地同时注入浆液(见图2)，并按以下技术参数注浆：
A.同步注浆压力为1.1～1.2倍的围岩静土压力；
B.同步注浆量按以下公式计算：Q＝V＝π(D2-d2)L/4
式中：Q为注入量m3，V为盾尾建筑空隙m3，D为盾构机刀盘开挖直径；d为管片的外径，L为盾构机每推进循环掘进长度m；
C.同步注浆速度及时间，同步注浆速度以盾构机每推进循环达到注浆量Q而均匀注入；同步注浆时间从盾构机一个循环推进开始注浆开始至推进完毕注浆结束；
D.同步注浆顺序，对称地均匀注入，并与盾构机的掘进速度相匹配；
E.同步注浆结束标准，当注浆压力达到设计值时，注浆量达到设计值的85％以上时，即认定达到了结束标准。
注浆可根据需要采用自动控制或手动控制方式，自动控制方式即预先设定注浆压力，由控制程序自动调整注浆速度，当注浆压力达到设定值时，自行停止注浆。手动控制方式则由人工根据掘进情况随时调整注浆流量，以防注浆速度过快，而影响注浆效果。
在进行同步注浆流程后，根据管片姿态监测反馈信息，结合洞内探孔、成型隧道渗漏水情况，采用超声波或其他手段探测管片衬砌背后有无空洞的方法，综合判断是否需要进行二次注浆，若需要二次注浆，则在管片脱出盾尾7环后，采用二次注浆的方法将管片后的建筑空隙进行充填密实；二次注浆的浆液采用水泥浆，水灰比为0.8～0.9；
当隧道所处地层地下水很丰富时，盾尾和拖出盾尾的管片易上浮，需要二次注浆封堵拖出盾尾的管片衬砌环外的地下；同时为了尽快建立起浆液的高粘度，以便在浆液向空隙中充填的同时将地下水疏干(将地下水压入地层深处)，获得最佳充填效果，及时支撑稳定管片抑制其上浮。二次注浆采用水泥-水玻璃双液浆，双液浆配制：水玻璃溶液浓度为40Be’；水泥浆水灰比为0.9～1；稳定剂1；减水剂0；水泥浆也与水玻璃溶液之比为1:1；
二次注浆的浆液的物理指标：浆液稠度为12.5～13cm；比重为1.43～1.55g/cm3；胶凝时间小于4h；抗压强度：一天不小于0.5Mpa，28天不小于4.5Mpa；浆液结石率大于97％，即固结收缩率小于3％；
二次注浆的压力为0.2～0.5Mpa；
二次注浆顺序，应先压注存在较大空隙的一侧。
二次注浆结束标准，当注浆压力和注浆量达到设计值时则结束注浆；若注浆量未达到设计值而注浆压力已经达到设定值时，则暂停注浆10分钟左右，再次进行注浆，如此反复直到压力值或注浆量达标；如果浆液无法足量注入，则减少注浆量。
进行TBM模式下充填豆砾石与回填灌浆流程时，包括以下步骤：
(1)豆砾石选择和灌浆液配制，豆砾石的粒径为5～10mm，灌浆液采用水泥浆，水泥浆的水灰比为0.7～1:1，水泥采用强度等级为P42.5的普通硅酸盐水泥；
(2)豆砾石充填，按以下工序进行：
①从盾尾往后第1～2环管片底部90°范围内进行第一次喷射豆砾石；
②从盾尾往后第2～4环管片的90°～270°范围进行第二次喷射豆砾石；
③从盾尾往后第5～6环管片进行第三次喷射豆砾石将整环管片填充密实；
(3)灌浆液注入，按以下工序进行：
①盾尾往后第4～6环管片的底部至腰部范围进行第一次注浆，注浆压力为0.1～0.25Mpa；
②从盾尾往后第8～10环管片的腰部至拱顶范围进行第二次注浆，注浆压力为0.1～0.3Mpa；
③从盾尾往后第11环管片至台车尾部进行补浆填，充注浆压力为0.2～0.35Mpa。
在进行充填豆砾石与回填灌浆流程后，根据管片姿态监测反馈信息，结合洞内采用超声波或其他手段探测管片衬砌背后有无空洞的方法，综合判断是否需要进行二次注浆，若需要二次注浆，则在管片脱出盾尾10环后，采用二次注浆的方法对管片后的建筑空隙进行充填密实；二次注浆的浆液采用水泥浆，水灰比为0.8～0.9；
当地下水特别丰富时，管片拖出盾尾后易上浮，需要二次注浆封堵拖出盾尾的管片衬砌环外的地下水；同时为了尽快将管片与围岩的空隙中填充密实，获得最佳充填效果，及时支撑稳定管片抑制其上浮。二次注浆采用水泥-水玻璃双液浆，双液浆配制：水玻璃溶液浓度为40Be’；水泥浆水灰比为0.9～1；稳定剂1；减水剂0；水泥浆也与水玻璃溶液之比为1:1；
二次注浆的浆液的物理指标：浆液稠度为12.5～13cm；比重为1.43～1.55g/cm3；胶凝时间小于4h；抗压强度：一天不小于0.5Mpa，28天不小于4.5Mpa；浆液结石率大于97％，即固结收缩率小于3％；
二次注浆的压力为0.2～0.5Mpa；
二次注浆顺序，应先压注存在较大空隙的一侧。
二次注浆结束标准，当注浆压力和注浆量达到设计值时则结束注浆；若注浆量未达到设计值而注浆压力已经达到设定值时，则暂停注浆10分钟左右，再次进行注浆，如此反复直到压力值或注浆量达标；如果浆液无法足量注入，则减少注浆量。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。
Claims (3)
1.一种EPB-TBM双模式盾构管片壁后填充注浆的施工方法，其特征在于，所述施工方法包括EPB模式下同步注浆流程和TBM模式下充填豆砾石与回填灌浆流程；
进行EPB模式下同步注浆流程时，包括以下步骤：
(1)同步注浆的浆液配制，浆液为水泥浆，配方为：水泥160～180kg，粉煤灰400～500kg，砂500～550kg，水490～500kg；
浆液的物理指标：胶凝时间为3～10h；抗压强度：一天不小于0.2Mpa，28天不小于2.5Mpa；浆液结石率大于95％，即固结收缩率小于5％；浆液稠度为8～12cm；浆液稳定性：倾析率小于5％；
(2)注浆孔布置，在盾尾圆周上下左右对称地设置四个注浆孔及与这四个注浆孔配套的注浆管路；
(3)同步注浆，在盾构机向前推进盾尾空隙形成的同时，通过盾尾的四个注浆孔采用双泵四管路对称地同时注入浆液，并按以下技术参数注浆：
A.同步注浆压力为1.1～1.2倍的掌子面静土压力；
B.同步注浆量按以下公式计算：Q＝V＝π(D2-d2)L/4
式中：Q为注入量m3，V为盾尾建筑空隙m3，D为盾构机刀盘开挖直径；d为管片的外径，L为盾构机每推进循环掘进长度m；
C.同步注浆速度及时间，同步注浆速度以盾构机每推进循环达到注浆量Q而均匀注入；同步注浆时间与盾构机掘进时间同步，即从盾构机一个循环推进开始注浆开始至推进完毕注浆结束；
D.同步注浆顺序，对称地均匀注入，并与盾构机的掘进速度相匹配；
E.同步注浆结束标准，当注浆压力达到设计值时，注浆量达到设计值的85％以上时，即认定达到了结束标准；
进行TBM模式下充填豆砾石与回填灌浆流程时，包括以下步骤：
(1)豆砾石选择和灌浆液配制，豆砾石的粒径为5～10mm，灌浆液采用水泥浆，水泥浆的水灰比为0.7～1:1，水泥采用强度等级为P42.5的普通硅酸盐水泥；
(2)豆砾石充填，按以下工序进行：
①从盾尾往后第1～2环管片底部90°范围内进行第一次喷射豆砾石；
②从盾尾往后第2～4环管片的90°～270°范围进行第二次喷射豆砾石；
③从盾尾往后第5～6环管片进行第三次喷射豆砾石将整环管片填充密实；
(3)灌浆液注入，按以下工序进行：
①盾尾往后第4～6环管片的底部至腰部范围进行第一次注浆，注浆压力为0.1～0.25Mpa；
②从盾尾往后第8～10环管片的腰部至拱顶范围进行第二次注浆，注浆压力为0.1～0.3Mpa；
③从盾尾往后第11环管片至台车尾部进行补浆填，充注浆压力为0.2～0.35Mpa。
2.根据权利要求1所述的EPB-TBM双模式盾构管片壁后填充注浆的施工方法，其特征在于，进行EPB模式下同步注浆流程的步骤(2)时，在盾尾上还均布六个备用注浆孔，并在四个注浆孔的出口和六个备用注浆孔的出口均设置压力传感器。
3.根据权利要求1所述的EPB-TBM双模式盾构管片壁后填充注浆的施工方法，其特征在于，在EPB模式下进行同步注浆流程后和TBM模式下充填豆砾石与回填灌浆流程后，根据管片姿态监测反馈信息，EPB模式下结合洞内探孔情况和TBM模式下采用超声波或其他手段探测管片衬砌背后有无空洞的方法，综合判断是否需要进行二次注浆，若需要二次注浆，则在EPB模式下管片脱出盾尾7环后，TBM模式下管片脱出盾尾10环后采用二次注浆的方法对管片后的建筑空隙进行充填密实；二次注浆的浆液采用水泥浆或双液浆，水泥浆的水灰比为0.8～0.9；双液浆配制：水玻璃溶液浓度为40Be’；水泥浆水会比为0.9～1；稳定剂1；减水剂0；水泥浆也与水玻璃溶液之比为1:1；
二次注浆的浆液的物理指标：浆液稠度为12.5～13cm；比重为1.43～1.55g/cm3；胶凝时间小于4h；抗压强度：一天不小于0.5Mpa，28天不小于4.5Mpa；浆液结石率大于97％，即固结收缩率小于3％；
二次注浆的压力为0.2～0.5Mpa；
二次注浆顺序，应先压注存在较大空隙的一侧；
二次注浆结束标准，当注浆压力和注浆量达到设计值时则结束注浆；若注浆量未达到设计值而注浆压力已经达到设定值时，则暂停注浆10分钟左右，再次进行注浆，如此反复直到压力值或注浆量达标；如果浆液无法足量注入，则减少注浆量。
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