CN111173537A - 一种tbm法隧洞施工的管片与围岩间大规模补充灌浆方法 - Google Patents
一种tbm法隧洞施工的管片与围岩间大规模补充灌浆方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种TBM法隧洞施工的管片与围岩间大规模补充灌浆方法，填补了解决针对小断面、长距离TBM反坡掘进隧洞施工中普遍存在的长洞段大规模回填补灌浆问题的空白，利用隧洞主支洞高差和反坡条件，提供使用隧道施工已有供水管道进行浆液输送、集中加压的注浆施工方法，在TBM掘进因故停机或完成后，可多工作面同时开展、避免机械设备频繁搬迁、安装、移动及运行维护，节省大量人力、物力，工期短、效率高且便于质量控制的补灌浆方法，克服现有技术中的不足和缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及隧洞施工技术领域，尤其是一种TBM法隧洞施工的管片与围岩间大规模补充灌浆方法。
背景技术
1、在TBM掘进管片衬砌施工中,管片与围岩之间的空隙，采用豆砾石充填并进行回填灌浆，使胶结豆砾石、管片和围岩共同承担内外荷载。同时胶结豆砾石层形成一封闭的防渗圈，提高隧洞的防渗性能。全断面回填灌浆需在后配套台车上完成(有条件下后配套设计为上下两层结构，尽量露出管片注浆孔)。
因此TBM后配套功能设计时就考虑为防止安装后的管片在相互挤压作用下发生径向位移，致使管片错台超标，已将豆砾石填充设备置于后配套前端，管片安装后能及时进行豆砾石回填。同时TBM后配套设计时也考虑了回填灌浆的水泥浆在注浆压力作用下沿豆砾石孔隙渗流距离较长(压力0.3Mpa时可达100～200m)，容易从管片安装位置串出，回填灌浆设备一般配置于TBM后配套台车中部或尾部，距管片安装处大于150m～250m，
2、对于小断面(衬砌管片后洞内净直径小于5m)TBM施工，由于后配套空间有限，出渣皮带、二次引风筒及除尘风筒等已将隧洞顶拱空间占满，导致顶部90°范围灌浆孔被遮蔽，无法在后配套台车上进行全断面回填灌浆，产生脱灌。
3、衬砌管片豆砾石回填灌浆须按先下后上、从后向前30～45°斜面依序推移,防止管片与围岩间豆砾石中的浆液形成阻隔浆液渗透的封闭空间。对于TBM台车上空间较大，有条件进行顶拱注浆的隧洞，侧管片在后配套台车上灌浆未完成前也不可进行顶拱注浆，当侧管片注浆因故延时情况下，顶管片灌浆孔若已随掘进移出后配套时，则因TBM后配套台车上的灌浆设备已与灌浆孔距离较远(大于200m)，需接入较长注浆管，注浆机泵和注浆管路易出现故障，正常掘进速度情况下，也极易产生脱灌。
4、隧洞内管片补灌浆如选择在TBM掘进期间进行，需在洞内分段(100～150m左右)搭建临时工作平台，在工作平台上储存水泥，配置制浆机、灌浆泵及配电设备，作业人员制备浆液、铺设注浆管路、开启注浆泵、搭设移动脚手架，在注浆孔处安拆注浆塞、压力表并进行观察作业。故影响隧洞内机车物料运输，存在较大安全隐患，且每段补灌浆完成后，需组织人员用机车组挪动工作平台，影响TBM掘进进度。
5、隧洞内管片补灌浆如选择在TBM因故暂停掘进期间集中进行，则要求在不影响机车运输的情况下，同时开多个工作面，使短时间内完成较多注浆孔。故需同时配置多个工作台、制浆机、灌浆泵等，且设备供电需多个配电设备，加大施工成本。
6、如选择在隧洞贯通后再进行顶拱回填补灌浆，为不影响拆机进度，则须组织专门作业队伍，利用隧洞机车轨道、供电电缆、供水管道未拆除前30天内(TBM解体计划工期)完成。按照三日完成150m补灌洞长，每工作面投入人力16人，配置浆液搅拌机、注浆泵、注浆管、移动脚手架各1套，并需配有足够的人员运送、水泥装、卸等机车组，对于长距离TBM隧洞，将同时开辟较多工作面，施工成本将大幅提高。且延迟隧洞拆除供电、给排水系统，延长总工期。
通过公开文献检索，未发现相关对比文件。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种TBM法隧洞施工的管片与围岩间大规模补充灌浆方法，填补了解决针对小断面、长距离TBM反坡掘进隧洞施工中普遍存在的长洞段大规模回填补灌浆问题的空白，节省大量人力、物力，工期短、效率高且便于质量控制。
一种TBM法隧洞施工的管片与围岩间大规模补充灌浆方法，包括以下步骤：
步骤1，管道的取浆口布设，利用隧洞内沿洞壁布设的TBM施工供水钢管，在补灌浆洞段按照50m间距在钢管壁开孔，而后在开孔处布设三通接头；
步骤2，工作面分段，将步骤1中的管道依次分为：调节压力坡道段、控制压力段及管道变频泵加压段，其中调节压力坡道段的进浆端连接注浆平台，管道变频泵加压段的末端设为注浆截止端；控制压力段的进浆端上设有管道增压泵，管道变频泵加压段上设有管道变频泵；
步骤3，确定管道变坡点浆液压力：
管道变坡点浆液压力是浆液静压力减去浆液在管中流动产生的阻力；其中浆液静压力为浆液比重和浆液垂直高度(洞口至变坡点高差)的乘积；浆液在管中流动产生的阻力是浆液流动时的管损系数f与调节压力坡道段管长的乘积即h沿＝f沿×L11；式中：f沿由管材粗糙度、浆液流量、浆液粘滞性确定的常数；
步骤4，确定注浆压力临界点：
取注浆压力临界点处的浆液压力为设计注浆压力0.5Mpa＝50m水头高；
注浆压力临界点位置计算：由步骤2中计算得到的管道变坡点浆液压力H动减去浆液输送产生的沿程管道损失压力h沿等于设计注浆压力H设计，
即H设计＝H动-h沿，或h沿＝H动-H设计；
由h沿＝f沿*L；
求得：L＝(H动-H设计)/f沿(m)；
上式中：L为变坡点向掌子面方向延伸至注浆压力临界点的管长；
步骤5，管道增压泵流量、扬程选择：
超越注浆压力临界点洞段注浆时需用加压，变频管道增压泵额定流量按每个工作面每分钟注浆量和同时注浆工作面个数计算确定；
变频管道增压泵压力选择：当制浆平台完成当日计算制浆量后，为保持注浆压力，需在管道内充满水，随着浆液减少，坡道段管道内逐渐由浆液变为水，直至浆液降低至管道变坡点时为最小；故变频管道增压泵额定扬程＝调节压力坡道段地形高差-调节压力坡道段沿程管损-(调节压力坡道段的进浆端至管道变频泵加压段末端的沿程管损+注浆工作面设计注浆压力)；
步骤6，注浆过程中根据步骤4及步骤3的计算数值，控制变频管道增压泵加压段及调节压力坡道段的注浆压力；
步骤7，注浆完成后通过冲洗阀门通入清水清洗管道。
而且，步骤1中调节压力坡道段管道的三通接头上连通有支洞补灌浆通道及坡道液位观察口，控制压力段及管道变频泵加压段输送浆液管道上设截止阀，邻近截止阀上游设三通安装冲洗阀；调节压力坡道段与控制压力段交界处的管道上安装排气阀。
而且，步骤3中按照粘滞相似准则，若两液流在运动粘滞阻力起主要作用下达成动力相似，则其雷诺数必相等，故由水的粘滞系数ν＝1.3×10-6m2/s(相当于水温10℃)求得的雷诺数Re代替浆液流的雷诺数Re，则有：Re＝v*d/ν；
由薛维列夫旧钢管公式(V＜1.2m/s)得：
故可求得沿程损失系数f沿；
坡道段长为L坡时：h沿＝＝f沿*L坡；
故变坡点3的浆液(动态)压力：H动＝H静-h沿(用水头高表示)。
而且，步骤4中变坡点位置设置管道变频加压泵。
而且，步骤5中控制管道泵变频加压段注浆压力时，首先将管道内充满浆液后再开始注浆，开始注浆时需与耗浆速度同步补充浆液，始终保持管道内充满浆液，注浆过程按照注浆点需补充压力，由管道变坡点的管道增压泵变频加压，保持注浆段压力为设计注浆压力；随着注浆工作面向注浆压力临界点靠近，管道增压泵变频功率降低，直至注浆压力临界点。
而且，步骤5中控制调节压力坡道段的注浆压力时，管道内浆液压力大于注浆压力临界点压力，故需利用坡道高差，在调节压力坡道段设置不同高度的坡道液位观察口；注浆时按照具体注浆位置计算应比注浆压力临界点减少的压力，打开坡道液位观察口，观察浆液，当浆液液位达到观察口时开始进行该处的支洞补灌浆通道灌浆，灌浆过程始终控制液位接近溢流状态，以保证注浆段浆液为设计注浆压力。
本发明的优点和技术效果是：
本发明的一种TBM法隧洞施工的管片与围岩间大规模补充灌浆方法，利用隧洞主支洞高差和反坡条件，提供使用隧道施工已有供水管道进行浆液输送、集中加压的注浆施工方法，在TBM掘进因故停机或完成后，可多工作面同时开展、避免机械设备频繁搬迁、安装、移动及运行维护，节省大量人力、物力，工期短、效率高且便于质量控制的补灌浆方法，克服现有技术中的不足和缺陷。
附图说明
图1为本发明的管路连接示意图；
图2为本发明的支洞补灌连接示意图；
图中：1-制浆平台；2-控制阀；3-管道变坡点；4-注浆压力临界点；5-排气阀；6-注水隔离阀；7-冲洗阀；8-截止阀；9-管道变频泵；10-坡道液位观察口；11-调节压力坡道段；12-控制压力段；13-管道变频泵加压段；14-支1+504；15-支2+217；16-支2+857；17-支3+498。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。
一种TBM法隧洞施工的管片与围岩间大规模补充灌浆方法，包括以下步骤：
步骤1，管道的取浆口布设，利用隧洞内沿洞壁布设的TBM施工供水钢管，在补灌浆洞段按照50m间距在钢管壁开孔，而后在开孔处布设三通接头；
步骤2，工作面分段，将步骤1中的管道依次分为：调节压力坡道段11、控制压力段12及管道变频泵加压段13，其中调节压力坡道段的进浆端连接注浆平台，管道变频泵加压段的末端设为注浆截止端；控制压力段的进浆端上设有管道增压泵，管道变频泵加压段上设有管道变频泵9；
步骤3，确定管道变坡点3浆液压力：
管道变坡点浆液压力是浆液静压力减去浆液在管中流动产生的阻力；其中浆液静压力为浆液比重和浆液垂直高度(洞口至变坡点高差)的乘积；浆液在管中流动产生的阻力是浆液流动时的管损系数f与调节压力坡道段管长的乘积即h沿＝f沿×L11；式中：f沿由管材粗糙度、浆液流量、浆液粘滞性确定的常数；
步骤4，确定注浆压力临界点4：
取注浆压力临界点处的浆液压力为设计注浆压力0.5Mpa＝50m水头高；
注浆压力临界点位置计算：由步骤3中计算得到的管道变坡点浆液压力H动减去浆液输送产生的沿程管道损失压力h沿等于设计注浆压力H设计，
即H设计＝H动-h沿，或h沿＝H动-H设计；
由h沿＝f沿*L；
求得：L＝(H动-H设计)/f沿(m)；
上式中：L为变坡点向掌子面方向延伸至注浆压力临界点的管长；
步骤5，管道增压泵流量、扬程选择：
管道泵变频加压段注浆时，管道增压泵流量按每个工作面每分钟注浆量和同时注浆工作面个数计算确定；
管道增压泵压力选择：当制浆平台1完成当日计算制浆量后，为保持注浆压力，需在管道内充满水，随着浆液减少，调节压力坡道段管道内逐渐由浆液变为水，直至浆液降低至管道变坡点时为最小；故管道增压泵扬程＝调节压力坡道段地形高差-调节压力坡道段沿程管损-(调节压力坡道段的进浆端至管道变频泵加压段末端的沿程管损+注浆工作面设计注浆压力)；
步骤6，注浆过程中根据步骤3及步骤4的计算数值控制管道泵变频加压段及调节压力坡道段的注浆压力；
步骤7，注浆完成后通过冲洗阀门通入清水清洗管道。
而且，步骤1中调节压力坡道段管道的三通接头上连通有支洞补灌浆通道及坡道液位观察口10，控制压力段及管道变频泵加压段输送浆液管道上设截止阀8，邻近截止阀上游设三通安装冲洗阀7；调节压力坡道段与控制压力段交界处的管道上安装排气阀5。
而且，步骤1中调节压力坡道段管道的三通接头上连通有支洞补灌浆通道及坡道液位观察口10，控制压力段及管道变频泵加压段的三通接头上连通有冲洗阀7及截止阀8；调节压力坡道段与控制压力段交界处的管道上安装有排气阀5及注水隔离泵。
而且，步骤3中按照粘滞相似准则，若两液流在粘滞阻力起主要作用下达成动力相似，则其雷诺数必相等，故由水的粘滞系数ν＝1.3×10-6m2/s(相当于水温10℃)求得的雷诺数Re代替浆液流的雷诺数Re，则有：Re＝v*d/ν；
由薛维列夫旧钢管公式(V＜1.2m/s)得：
故可求得沿程损失系数f沿；
坡道段长为L坡时：h沿＝＝f沿*L坡；
故变坡点3的浆液(动态)压力：H动＝H静-h沿(用水头高表示)。
而且，步骤3中注浆压力临界点位置设置管道变频泵。
而且，步骤6中控制管道泵变频加压段注浆压力时，首先将管道内充满浆液后再开始注浆，开始注浆时需与耗浆速度同步补充浆液，始终保持管道内充满浆液，注浆过程按照注浆点需补充压力，由管道变坡点的管道增压泵变频加压，保持注浆段压力为设计注浆压力；随着注浆工作面向注浆压力临界点靠近，管道增压泵变频功率降低，直至位于注浆压力临界点的管道变频泵再次对浆液加压。
而且，步骤6中控制调节压力坡道段的注浆压力时，管道内浆液压力大于注浆压力临界点压力，故需利用坡道高差，在调节压力坡道段设置不同高度的坡道液位观察口；注浆时按照具体注浆位置计算应比注浆压力临界点减少的压力，打开坡道液位观察口，观察浆液，当浆液液位达到观察口时开始进行该处的支洞补灌浆通道灌浆，灌浆过程始终控制液位接近溢流状态，以保证注浆段浆液为设计注浆压力。
为了更清楚地说明本发明的具体实施方式，下面提供一种实施例：
调节压力坡道段11坡度3.857％，长4667m，主洞补灌浆主要是顶拱左侧9#孔，顶拱正中1#孔和顶拱右侧2#孔，以及零星脱灌孔。补灌浆主洞纵坡0.04％可突略不计，补灌浆范围为主洞桩号94+000～76+417段，共17.583Km，主支洞变坡点桩号76+417。补充灌浆采用洞外集中制浆，利用隧洞内沿洞壁布设的TBM施工供水DN80镀锌管输送浆液，以支洞管道纵坡形成的浆液压差和在主支洞变坡点集中施压相结合控制浆液压力，多工作面同时开展补灌浆。灌浆从大里程至小里程方向进行，顺序为桩号94+000→76+070。
施工包括以下步骤：
(1)管道取浆口布设
利用隧洞内沿洞壁布设的TBM施工供水DN80镀锌管，在补灌浆洞段按照50m间距在钢管壁开孔，在孔口处垂直钢管轴线焊固长150DN20一端丝扣的镀锌短管，将DN20球阀进口与短管旋紧，球阀出口用短管连接快速接头，可随时连接注浆胶管接头。
(2)工作面分段及冲洗阀门布设
分析灌浆部位均为顶拱，需人工搭架(预先制作的简易脚手架)、安装注浆塞、注浆管，开启注浆阀门，注浆达闭浆标准后关闭注浆塞末端的止浆阀和注浆阀，取下注浆管，换另一孔进行注浆，安排4人，用时50min，每班工作12小时，计360min，可灌孔数为14孔，按照9#、2#孔间隔3孔灌1孔，1#孔间隔5孔灌一孔计算，约完成20环28m洞段灌浆，每班40人可同时进行10个工作面回填灌浆。可完成200环280m洞段灌浆。每日两班可完成400环560m洞段灌浆。
每米洞段顶拱90°充填豆砾石约0.893m3,按照空隙率0.4灌满计算，应注水泥浆＝0.893*0.4＝0.357m3,每日24小时灌浆560m洞段，需浆液＝560*0.357＝200m3，每100m管道可储浆约0.503m3。
故第一次注浆段长560m,应为94+000～93+440。采用连续注浆2个班24小时，即可完成；清洗管道及预制浆液入管用1个班12小时，再进行93+440～92+880段2个班24小时的回填灌浆和同步补充浆液，如此循环安排作业。
为防止输送浆液的管道产生浆液挂壁现象，长时间会使管道内径逐渐变小，采取在输浆管道上按间距560m设置截止阀8和清洗阀7，可每日进行管道冲洗，使达到每天可清洗一次输浆管道的频率。
补灌浆施工顺序应由洞内最深处向洞外方向延伸，为防止输送浆液的管道产生浆液挂壁现象，长时间会使管道内径逐渐变小，按间距560m划分的每个补灌浆工作段未尾安装一个与输浆管道直径相同的截止阀8，在截流闸阀上游侧输浆管道上安装一个同直径的三通，开口向下，并在三通管上安装一个同直径的放空冲洗阀7。
每段补灌施工开始，开启需补灌浆段上游所有截止阀8，关闭所有冲洗阀7和需补灌段未尾的截止阀8，每完成一段补灌浆，即管道内浆液用完时，开启补灌浆段未尾的冲洗阀7，用水冲洗管道，即完成一次补灌浆。
为防止冲洗浆液水污染隧洞，冲洗时在底管片槽内设置挡堤，浆冲洗水集中在一段槽内，待沉淀后装袋用平板车运出。
(3)浆液制备及送入输浆管道
在洞口附近选择一个高于洞口的制浆平台1，安装2台GZJ900型高速制浆机，按照每10分钟制成浆液0.6方，24小时可制浆172.8方，故需在平台上修建一个180方的水泥浆储浆池，储浆池长宽均为10m，深2m，底部出浆口设控制阀2，储浆池内制好的水泥浆经控制阀2可自流进入输浆管道。水泥储存罐、粉煤灰储存罐、膨润土发酵池、外加剂存储间等等置于平台一侧，方便配料机自动称重加料。
管道输送浆液进行隧洞补灌浆需延长水泥浆的胶凝时间，要求浆液在输送期间不离晰，与豆砾石胶凝后的结石强度达到设计要求，经试配及试块检验水泥浆拌合物性能指标为，比重：1.6g/cm3，出机流动度270mm，初凝时间38h。
最终浆体的组分及重量份数如下：
P.O42.5水泥：100份；
F类II级粉煤灰：53.85份；
白色粉状钠基膨润土膨化膏：6.15份(1Kg膨润土+2.5Kg水，膨化24小时以上即成)；
特制聚羧酸高效缓凝减水剂：1.54份(用增稠剂、缓凝剂、保坍剂、引气剂和减水剂等由厂家按一定比例配制)；
工业白糖：0.15份(延长胶凝时间)；
水：100份；
浆液制备是先按每罐浆液体积确定的配制重量，先加水和膏状膨润土(按白色粉状钠基膨润土1kg+水2.5kg的比例在池内搅拌均匀后，膨化24小时以上即成)到浆液搅拌机内充分搅拌均匀，再加入水泥、粉煤灰和减水剂搅拌3分钟以上，即可打开出浆口控制阀2将浆液送至储浆池经控制阀2自流入输浆管道。
(4)设计注浆压力临界点确定
①管道变坡点浆液压力
设用浆量为每个工作面30L/min，同时5个工作面用浆量为150L/min，则Q＝0.15m3/min＝0.0025m3/s，输浆管道直径0.08m，长L1＝4653m,得V＝Q/A＝0.0025/(3.1416*0.08^2/4)＝0.5m/s。
管道变坡点3至洞口地形高差180m，浆液比重1.6t/m3，管道变坡点浆液静压力H静＝180*1.6/100＝2.88Mpa＝288m，浆液(动态)压力是浆液静压力减去浆液在管中流动产生的阻力。管损系数f与调节压力坡道段11管长的乘积即h沿＝f沿×L11。
式中：f沿由管材粗糙度、浆液流量、浆液粘滞性确定的常数。
按照粘滞相似准则，若两液流在粘滞阻力起主要作用下达成动力相似，则其雷诺数必相等。
故由水的粘滞系数ν＝1.3*10^(-6)m2/s(相当于水温10℃)求得的雷诺数Re代替浆液流的雷诺数Re，则有
Re＝v*d/ν＝0.5*0.08/(1.3*10^(-6))＝30769
由薛维列夫旧钢管公式(V＜1.2m/s)得：
得沿程损失系数f沿＝0.007
支洞长L＝4667时
h沿＝0.007*4667＝33m
故变坡点3的浆液(动态)压力：
H3动＝288-33＝255m水头高
②注浆压力临界点
令注浆压力临界点处4的浆液压力为设计注浆压力0.5Mpa＝50m水头高，对于注浆压力临界点4处，则应有变坡点浆液压力减去浆液输送产生的沿程管道损失压力等于设计注浆压力等式成力，
即H设计＝H3动-h沿，或h沿＝H3动-H设计＝255-50＝205m
由h沿＝f沿*L
上式中：设L为变坡点3至压力临界点4距离
求得：L＝205/0.007＝29285m
注浆工作面距变坡点3达到29285米时为压力临界点，隧洞注浆工作面最远距变坡点3为94000-76417＝17583m，故全部注浆工作面均为坡道液位控制压力段12。不存在管道泵变频加压段13。
变坡点至洞口段为调节压力坡道段11。
注：由上例可知，当用浆量增大，管道内浆液流速增加，或注浆隧洞较长时，则存在注浆压力临界点和管道泵变频加压段13。
(5)管道增压泵流量、扬程选择
管道泵变频加压段13注浆时，管道增压泵流量按每个工作面每分钟注浆量和同时工作面个数计算确定；
即选择管道泵流量Q＝9m3/h，满足施工
增压泵压力选择：当制浆平台1完成当日计算制浆量后，为保持注浆压力，需在管道内充满水，随着浆液减少，调节压力坡道段11管道内逐渐由浆液变为水，直至浆液降低至变坡点3时为最小。
故管道增压泵扬程＝坡道段11地形高差180m-坡道段11沿程管损33m-(最远注浆工作面沿程管损0.007*17583+注浆工作面设计注浆压力50)。
增加泵流量选择根据注浆工作面同时用浆量选取。本示例中当调节压力坡道段无浆时，即变坡点压力为“0”时增加泵扬程应最大。最大扬程H扬＝f沿*L＝0.007*17583+50＝173m。
(6)注浆压力控制
①管道泵变频加压段13注浆压力控制
首先将管道11、12、13段充满后再开始注浆，开始注浆时需与耗浆速度同步补充浆液，始终保持管道内充满浆液，注浆过程按照注浆点需补充压力，由变坡点的管道加压泵9变频加压，保持注浆段压力为设计注浆压力。随着注浆工作面向注浆压力临界点4靠近，管道加压泵9变频功率降低(保持多个注浆段调整一次即可)。
②通过坡道液位控制压力段12注浆压力控制
此段管道内浆液压力大于临界点压力，故需利用坡道段高差，在坡道段设置不同高度的观察液位溢流口；注浆时按照注浆段位置计算应比临界压力点减少的压力，打开所需液位高度的液位溢流阀10，观察浆液，当浆液液位达到观察口时开始进行工作面灌浆，灌浆过程始终控制液位接近溢流状态，以保证注浆段浆液为设计注浆压力，补浆过程分配专人在观察点观察浆液不缺小和不溢出，通过有线电话与洞外联系。随着工作面向变坡点3靠近，液位溢流阀10位置降低(保持10个注浆段调整一次液位溢流观察点位置即可)。
列表计算如下：
注浆工作面未达临界压力分界线的压力控制
上表可知液位观察口在支洞的桩号分别为支1+504(14)、支2+217(15)、支2+857(16)、支3+498(17)、支3+752共5处，每处可控制注浆段长分别为5583m、5500m、5000m、2000m，共4段，按照每1.5天补灌浆560m计算，每段内补灌浆天数分别为15天、14天、14天、6天，共需工期49天。
(7)管道冲洗
为防止浆液累积吸附于管壁上，使输浆管堵塞，需每24小时进行一次管道清洗。
①管道泵变频加压段13补灌浆的管道冲洗
该段当每日制浆量达到当天计划注浆量时，停止制浆。接通高位水池至输浆管道，随着注浆消耗、管内浆液下降，保持向输浆管内连续补充加水。为防止水压冲击与浆液混合，避免间歇性补水时。当注浆工作面有稀浆流出时，则停止注浆，继续冲水，直至出水清澈，管道冲洗完毕，开始下一洞段充浆准备。本例不存在。
②坡道液位控制压力段12补灌浆的管道冲洗
该段当每日制浆量达到当日计划浆量后，停止制浆和补充浆液，预定的浆液溢流观察口10处浆液下降，注浆工作面浆液压力达不到设计注浆压力，开启变坡点的加压泵变频加压，随着浆液下降，加压泵功率加太，使注浆工作面浆液压力保持在设计注浆压力，直到管道中浆液下降到主支洞变坡点，调节压力坡道段11管道清空，此时调压泵无法调压，需从洞外高位水池注水进入输浆管道。注水进入输浆管道时，为避免水流速度冲击使管道中发生水浆混合，故在调节压力坡道段11的管道未端设置排气阀5和注水隔离阀6，注水时先关闭注水隔离阀6，打开注水隔离阀6上游排气阀5，当注入水从上游排气阀5溢出时，关闭上游排气阀5继续注水，使调节压力坡道段11管道被水充满。打开注水隔离阀6下游排气阀5，缓慢开启注水隔离阀6，排出空气后关闭排气阀5，使水与管道内浆液缓慢接触。坡道段充水至预定的浆液溢流观察口10处，保持液位不变并用加压泵加压注浆，加压值为浆液比重与水比重的差值乘以坡道溢流观察口10至主支洞变坡点3的地形高差。当注浆工作面有稀浆流出时，则停止注浆，继续冲水，直至出水清澈，管道冲洗完毕，开始下一注浆段充浆准备。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种TBM法隧洞施工的管片与围岩间大规模补充灌浆方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，管道的取浆口布设，利用隧洞内沿洞壁布设的TBM施工供水钢管，在补灌浆洞段按照50m间距在钢管壁开孔，而后在开孔处布设三通接头；
步骤2，工作面分段，将步骤1中的管道依次分为：调节压力坡道段、控制压力段及管道变频泵加压段，其中调节压力坡道段的进浆端连接注浆平台，管道变频泵加压段的末端设为注浆截止端；所述控制压力段的进浆端上设有管道增压泵，管道变频泵加压段上设有管道变频泵；
步骤3，确定管道变坡点浆液压力：
管道变坡点浆液压力是浆液静压力减去浆液在管中流动产生的阻力；其中浆液静压力为浆液比重和浆液垂直高度(洞口至变坡点高差)的乘积；浆液在管中流动产生的阻力是浆液流动时的管损系数f与调节压力坡道段管长的乘积即h沿＝f沿×L11；式中：f沿由管材粗糙度、浆液流量、浆液粘滞性确定的常数；
步骤4，确定注浆压力临界点：
取注浆压力临界点处的浆液压力为设计注浆压力0.5Mpa＝50m水头高；
注浆压力临界点位置计算：由步骤3中计算得到的管道变坡点浆液压力H动减去浆液输送产生的沿程管道损失压力h沿等于设计注浆压力H设计，
即H设计＝H动-h沿，或h沿＝H动-H设计；
由h沿＝f沿*L；
求得：L＝(H动-H设计)/f沿(m)；
上式中：L为变坡点向掌子面方向延伸至注浆压力临界点的管长；
步骤5，管道增压泵流量、扬程选择：
管道泵变频加压段注浆时，管道增压泵流量按每个工作面每分钟注浆量和同时注浆工作面个数计算确定；
管道增压泵压力选择：当制浆平台完成当日计算制浆量后，为保持注浆压力，需在管道内充满水，随着浆液减少，调节压力坡道段管道内逐渐由浆液变为水，直至浆液降低至管道变坡点时为最小；故管道增压泵扬程＝调节压力坡道段地形高差-调节压力坡道段沿程管损-(调节压力坡道段的进浆端至管道变频泵加压段末端的沿程管损+注浆工作面设计注浆压力)；
步骤6，注浆过程中根据步骤3及步骤4的计算数值控制管道泵变频加压段及调节压力坡道段的注浆压力；
步骤7，注浆完成后通过冲洗阀门通入清水清洗管道。
2.一种TBM法隧洞施工的管片与围岩间大规模补充灌浆方法，其特征在于：所述步骤1中调节压力坡道段管道的三通接头上连通有支洞补灌浆通道及坡道液位观察口，控制压力段及管道变频泵加压段输送浆液管道上设截止阀，邻近截止阀上游设三通安装冲洗阀；所述调节压力坡道段与控制压力段交界处的管道上安装排气阀。
3.一种TBM法隧洞施工的管片与围岩间大规模补充灌浆方法，其特征在于：所述步骤3中按照粘滞相似准则，若两液流在粘滞阻力起主要作用下达成动力相似，则其雷诺数必相等，故由水的粘滞系数ν＝1.3×10-6m2/s(相当于水温10℃)求得的雷诺数Re代替浆液流的雷诺数Re，则有：Re＝v*d/ν；
由薛维列夫旧钢管公式(V＜1.2m/s)得：
故可求得沿程损失系数f沿；
坡道段长为L坡时：h沿＝＝f沿*L坡；
故变坡点3的浆液(动态)压力：H动＝H静-h沿(用水头高表示)。
4.一种TBM法隧洞施工的管片与围岩间大规模补充灌浆方法，其特征在于：所述步骤3中注浆压力临界点位置设置管道变频泵。
5.一种TBM法隧洞施工的管片与围岩间大规模补充灌浆方法，其特征在于：所述步骤6中控制管道泵变频加压段注浆压力时，首先将管道内充满浆液后再开始注浆，开始注浆时需与耗浆速度同步补充浆液，始终保持管道内充满浆液，注浆过程按照注浆点需补充压力，由管道变坡点的管道增压泵变频加压，保持注浆段压力为设计注浆压力；随着注浆工作面向注浆压力临界点靠近，管道增压泵变频功率降低，直至位于注浆压力临界点的管道变频泵再次对浆液加压。
6.一种TBM法隧洞施工的管片与围岩间大规模补充灌浆方法，其特征在于：所述步骤6中控制调节压力坡道段的注浆压力时，管道内浆液压力大于注浆压力临界点压力，故需利用坡道高差，在调节压力坡道段设置不同高度的坡道液位观察口；注浆时按照具体注浆位置计算应比注浆压力临界点减少的压力，打开坡道液位观察口，观察浆液，当浆液液位达到观察口时开始进行该处的支洞补灌浆通道灌浆，灌浆过程始终控制液位接近溢流状态，以保证注浆段浆液为设计注浆压力。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wang Canlin Inventor after: Wang Fucang Inventor after: Li Yong Inventor after: Li Lingxiao Inventor after: Wang Baoyou Inventor after: Liao Jianwei Inventor before: Wang Canlin Inventor before: Wang Fucang Inventor before: Li Yong Inventor before: Li Lingxiao Inventor before: Wang Baoyou Inventor before: Liao Jianwei |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |