CN113756841A - 一种用于上软下硬地层盾构施工中洞内的超前注浆方法 - Google Patents

一种用于上软下硬地层盾构施工中洞内的超前注浆方法 Download PDF

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姚永勤
霍元盛
孟善宝
魏井申
王凯
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李严
田鹏超
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Abstract

一种用于上软下硬地层盾构施工中洞内的超前注浆方法，系统包括搭设施工平台、盾构土仓填仓、地质钻机、注浆系统、搅拌系统、盾构超前注浆管路安装带有逆止阀、压力传感器的球阀、封孔系统、注浆效果检测系统等装置和系统组成。在盾构停止推进后，用膨润土将盾构土仓进行填仓，通过盾构预留超前注浆孔采用注浆系统对刀盘前方的土体进行加固，解决了在上软下硬地层地面沉降和地层松散的问题，确保了地面管线及建构物和带压开仓施工安全。本发明有效解决了上软下硬地层掘进地面不具备加固处理条件下的沉降控制等施工难题，应用前景广阔，操作简便，提高功效的优点，具有很高的经济效益和社会效益。

Description

一种用于上软下硬地层盾构施工中洞内的超前注浆方法
技术领域
本发明涉及盾构施工中洞内注浆的系统，具体涉及一种用于上软下硬地层盾构施工中洞内的超前注浆方法。
背景技术
广州地质被称为“地质博物馆”，主要表现在地形、地貌起伏变化，地质岩性复杂多样的独特特征。开挖断面范围内或开挖延伸方向上出现两种或两种以上的不同地层，且这些地层岩土力学特性差异化大、基岩风化界面起伏大。由于处于广州市闹市区，隧道上方的管线众多，传统的地面提前处理和加固不能满足盾构掘进和开仓换刀的要求。上软下硬地层岩性差异性较大，岩石强度高、掘进速度缓慢，刀盘对地层扰动大，出土量增多，易引起地面沉降，严重时会产生地面塌陷、管线断裂等；且隧道拱顶土层受到长时间掘进扰动，地层松散，压气作业时地面容易漏气，带压开仓换刀具困难。
发明内容
为了客服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于上软下硬地层盾构施工中洞内的超前注浆方法，克服盾构在上软下硬地层施工中存在刀盘刀具的过量磨损、开裂和变形；易造成地面沉降、管片错台、开裂和破损等一系列施工问题，尤其在城市中道路交通繁忙，管线较多，地面不具备处理条件的情况下，提出了一种用于上软下硬地层盾构施工中洞内超前注浆系统和注浆方法，通过本系统运用可有效解决盾构上软下硬地层掘进过程中地面不具备加固处理条件的地面沉降控制，确保地面管线及建构物安全；填充了松散地层，确保了带压开仓施工安全。该施工费用低、工序简单、操作简便、可循环使用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于上软下硬地层盾构施工中洞内的超前注浆方法，包括以下步骤：
Figure 404782DEST_PATH_IMAGE002
搭设注浆系统，注浆系统包括施工平台（1），排放地质钻机（3）、连接注浆系统（4）和搅拌系统（5）、在盾构预留超前注浆孔管路安装带有逆止阀、压力传感器的球阀（6）；
Figure 759146DEST_PATH_IMAGE004
盾构土仓填仓(2)：盾构推进油缸伸长至少1400mm，向土仓注入浓度为60s以上膨润土，使土仓压力维持在0.35Mpa,然后通过盾体径向孔向盾体周边注入浓度为60s以上膨润土，然后启动刀盘进行旋转，让膨润土充分在土仓渗透和搅拌均匀，最终土仓压力控制不超过0.45Mpa，最后从土仓壁上打开12点位球阀，判断土仓里被膨润土填充满；
Figure 752510DEST_PATH_IMAGE006
利用盾体上2个盾构超前注浆管安装带有逆止阀、压力传感器的球阀(6)管路进行注浆，角度9°开始钻孔，钻到10m时（刀盘上方），采用封孔系统（7）进行封堵，采用磷酸和水玻璃，磷酸：水体积比=1：25，注浆终止压力为钻孔时水压的2倍或土压上涨至0.35Mpa；封堵完成后，继续向前钻孔，直至完成钻孔长度18m；
Figure 506840DEST_PATH_IMAGE008
钻孔完成后开始后退式注浆，18-14m时注浆采用注浆压力进行控制，注浆压力不超过4.5Mpa；10-12m时注浆采用土仓压力进行控制：土仓压力不超过0.45Mpa，浆液凝固时间为20S左右，减少浆液扩散到土仓；
Figure 181535DEST_PATH_IMAGE010
注浆完成后，进行注浆效果检测（8），盾构土仓进行排渣至土仓1/3处后，进行气密性实验，2小时气压变化不超过0.1bar。
进一步，系统包括搭设平台（1）、盾构土仓填仓（2）、地质钻机（3）、注浆系统（4）、搅拌系统（5）、盾构超前注浆管安装带有逆止阀、压力传感器的球阀(6)、封孔系统(7)、注浆效果检测系统（8）；
地质钻进（3）在搭设平台（1）上，利用盾构预留超前注浆孔管路安装带有逆止阀的蝶阀、压力传感器(6)管路上进行钻孔，然后采用封孔系统（7）进行封孔，完成进行钻孔，最后利用搅拌系统（5）搅拌好的浆液通过注浆系统（4）进行注浆；盾构土仓填仓（2），盾构土仓全部用膨润土泥浆（浓度为60S以上）填充，防止浆液流窜土仓里，抱死刀盘；盾构预留超前注浆孔管路安装带有逆止阀、压力传感器的球阀(6)装置，该球阀上的逆止阀能有效防止注浆管路周边和地层中的水、泥沙、浆液后窜流失；压力传感器能够准确检测注浆过程中注浆压力。
进一步，封孔系统(7)、采用磷酸和水玻璃封堵目的在于封水和防止浆液后窜，A液∶B液（体积比）=1∶1，其中A液为磷酸∶水体积比=1∶25，B液为水玻璃，注浆终止压力为钻孔时水压的2倍或土压上涨至4.5bar。
进一步，注浆效果检测系统，注浆完成后，盾构土仓通过螺旋机进行排渣至土仓的1/3处时，进行气密性实验，2小时气压变化不超过0.1bar。
本发明的有益效果是：
本发明具有结构简单，操作方便、有效解决盾构上软下硬地层掘进过程中且地面不具备加固处理条件下，减少了地面沉降，确保地面管线及建构物安全；填充了松散地层，确保了带压开仓施工安全。该施工费用低、工序简单、操作简便、可循环使用。
说明书附图
图1是本发明的系统工艺流程图。
其中，（1）搭设施工平台、（2）盾构土仓填仓、（3）地质钻机、（4）注浆系统、（5）搅拌系统、（6）盾构预留超前注浆孔管路安装带有逆止阀、压力传感器的球阀、（7）封孔系统、（8）注浆效果检测系统。
具体实施方式
以下结合附图1对本发明进一步叙述。
一种用于上软下硬地层盾构施工中洞内超前注浆系统和注浆方法，主要包括搭设平台（1）、盾构土仓填仓（2）、地质钻机（3）、注浆系统（4）、搅拌系统（5）、盾构超前注浆管安装带有逆止阀、压力传感器的球阀(6)、封孔系统(7)、注浆效果检测系统等装置和系统。
所述地质钻机（3）在搭设平台（1）上，利用盾构超前注浆管安装带有逆止阀、压力传感器的球阀(6)的管路上进行钻孔，然后采用封孔系统（7）进行封孔，完成进行钻孔，最后利用搅拌系统（5）搅拌好的浆液通过注浆系统（4）进行注浆。
所述盾构土仓填仓（2）系统，盾构土仓全部用膨润土泥浆（浓度为60S以上）填充，防止浆液流窜土仓里，抱死刀盘。
所述盾构预留超前注浆孔管路安装带有逆止阀、压力传感器的球阀(6)，逆止阀能有效防止注浆管路周边和地层中的水、泥沙、浆液后窜流失；压力传感器能够准确检测注浆过程中注浆压力。
所述封孔系统(7)采用磷酸和水玻璃封堵（封水和防止浆液后窜），磷酸：水体积比=1∶25，注浆终止压力为钻孔时水压的2倍或土压上涨至3.5bar。
所述注浆效果检测系统，注浆完成后，盾构土仓进行排渣至土仓1/3处后，进行气密性实验，2小时气压变化不超过0.1bar。
一种用于上软下硬地层盾构施工中洞内超前注浆系统和注浆方法，包括以下步骤：
Figure 704920DEST_PATH_IMAGE002
搭设施工平台（1），排放地质钻机（3）、连接注浆系统（4）和搅拌系统（5）、在盾构预留超前注浆孔管路安装带有逆止阀、压力传感器的球阀（6）；
Figure 134764DEST_PATH_IMAGE004
盾构土仓填仓(2)：盾构推进油缸伸长至少1400mm，向土仓注入浓度为60s以上膨润土，使土仓压力维持在0.35Mpa,然后通过盾体径向孔向盾体周边注入浓度为60s以上膨润土，然后启动刀盘进行旋转，让膨润土充分在土仓渗透和搅拌均匀，最终土仓压力控制不超过0.45Mpa，最后从土仓壁上打开12点位球阀，判断土仓里被膨润土填充满；
Figure 376390DEST_PATH_IMAGE006
利用盾体上2个盾构超前注浆管安装带有逆止阀、压力传感器的球阀(6)管路进行注浆，角度9°开始钻孔，钻到10m时（刀盘上方），采用封孔系统（7）进行封堵，采用磷酸和水玻璃，磷酸：水体积比=1∶25，注浆终止压力为钻孔时水压的2倍或土压上涨至0.35Mpa；封堵完成后，继续向前钻孔，直至完成钻孔长度18m；
Figure 838464DEST_PATH_IMAGE008
钻孔完成后开始后退式注浆，18～14m时注浆采用注浆压力进行控制，注浆压力不超过4.5Mpa；10～12m时注浆采用土仓压力进行控制：土仓压力不超过0.45Mpa，浆液凝固时间为20S左右，减少浆液扩散到土仓；
Figure 481935DEST_PATH_IMAGE010
注浆完成后，进行注浆效果检测（8），盾构土仓进行排渣至土仓1/3处后，进行气密性实验，2小时气压变化不超过0.1bar。
Figure 817101DEST_PATH_IMAGE012
其他注意事项：
在盾构停机之前，土仓内尽量多保土，减少膨润土的注入量；
在钻机后退过程中，尽量减少水的用量；
在洞内注浆过程中，每隔10min，必须缓慢转动刀盘；
严格控制钻杆后退尺寸，每次不大于50cm，注意注浆参数及土仓压力变化。

Claims (4)

1.一种用于上软下硬地层盾构施工中洞内的超前注浆方法，包括以下步骤：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
搭设注浆系统，注浆系统包括施工平台（1），排放地质钻机（3）、连接注浆系统（4）和搅拌系统（5）、在盾构预留超前注浆孔管路安装带有逆止阀、压力传感器的球阀（6）；
Figure 836346DEST_PATH_IMAGE002
盾构土仓填仓(2)：盾构推进油缸伸长至少1400mm，向土仓注入浓度为60s以上膨润土，使土仓压力维持在0.35Mpa,然后通过盾体径向孔向盾体周边注入浓度为60s以上膨润土，然后启动刀盘进行旋转，让膨润土充分在土仓渗透和搅拌均匀，最终土仓压力控制不超过0.45Mpa，最后从土仓壁上打开12点位球阀，判断土仓里是否被膨润土填充满；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
利用盾体上2个盾构超前注浆管安装带有逆止阀、压力传感器的球阀(6)管路进行注浆，角度9°开始钻孔，钻到10m时（刀盘上方），采用封孔系统（7）进行封堵，采用磷酸和水玻璃，磷酸∶水体积比=1∶25，注浆终止压力为钻孔时水压的2倍或土压上涨至0.35Mpa；封堵完成后，继续向前钻孔，直至完成钻孔长度18m；
Figure 691169DEST_PATH_IMAGE004
钻孔完成后开始后退式注浆，18～14m时注浆采用注浆压力进行控制，注浆压力不超过4.5Mpa；10～12m时注浆采用土仓压力进行控制：土仓压力不超过0.45Mpa，浆液凝固时间为20S左右，减少浆液扩散到土仓；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
注浆完成后，进行注浆效果检测（8），盾构土仓进行排渣至土仓1/3处后，进行气密性实验，2小时气压变化不超过0.1bar。
2.根据权利要求1所述的一种用于上软下硬地层盾构施工中洞内的超前注浆方法，其特征在于，系统包括搭设平台（1）、盾构土仓填仓（2）、地质钻机（3）、注浆系统（4）、搅拌系统（5）、盾构超前注浆管安装带有逆止阀、压力传感器的球阀(6)、封孔系统(7)、注浆效果检测系统（8）；
地质钻进（3）在搭设平台（1）上，利用盾构预留超前注浆孔管路安装带有逆止阀的蝶阀、压力传感器(6)管路上进行钻孔，然后采用封孔系统（7）进行封孔，完成进行钻孔，最后利用搅拌系统（5）搅拌好的浆液通过注浆系统（4）进行注浆；盾构土仓填仓（2），盾构土仓全部用膨润土泥浆（浓度为60S以上）填充，防止浆液流窜土仓里，抱死刀盘；盾构预留超前注浆孔管路安装带有逆止阀、压力传感器的球阀(6)装置，该球阀上的逆止阀能有效防止注浆管路周边和地层中的水、泥沙、浆液后窜流失；压力传感器能够准确检测注浆过程中注浆压力。
3.根据权利要求2所述的一种用于上软下硬地层盾构施工中洞内的超前注浆方法，其特征在于，所述的封孔系统(7)采用磷酸和水玻璃封堵目的在于封水和防止浆液后窜，A液∶B液（体积比）=1∶1，其中A液为磷酸∶水体积比=1∶25，B液为水玻璃，注浆终止压力为钻孔时水压的2倍或土压上涨至4.5bar。
4.根据权利要求1所述的一种用于上软下硬地层盾构施工中洞内的超前注浆方法，其特征在于，注浆效果检测系统，注浆完成后，盾构土仓通过螺旋机进行排渣至土仓的1/3处时，进行气密性实验，2小时气压变化不超过0.1bar。
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