CN115030733A - 一种防止地层土量损失或地表沉降的注浆方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防止地层土量损失或地表沉降的注浆方法，涉及建筑技术领域。包括如下步骤：S1:在盾构机的盾尾钢板内按上下左右方向各均布一个注浆管；S2：盾构推进时，当掘进过程中盾尾出现空隙时立即进行同步注浆，使浆液在盾尾处注入空隙；当注浆压力达到设计压力，注浆量达到设计注浆量时结束同步注浆；S3：盾构继续推进，当衬砌管片脱出盾尾后，进行壁后二次注浆，每环管片注一个孔，使得注浆管从管片的注浆孔内向管片与土体之间的空隙中注入；当注浆压力达到设计压力，注浆量达到计算空隙量的150％时，结束二次注浆。本发明为管片提供早期的稳定并使管片与周围岩体一体化，有利于盾构掘进方向的控制，并能确保盾构隧道的最终稳定。

Description

一种防止地层土量损失或地表沉降的注浆方法
技术领域
本发明涉及建筑技术领域，具体涉及一种防止地层土量损失或地表沉降的注浆方法。
背景技术
盾构施工引起的地层损失和盾构隧洞周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结以及地下水的渗透，它能造成地层变形，建筑物失稳，管片变形并漏水。因此，通过对隧道衬砌外周同步适量地注浆和衬砌壁后二次注浆，可以及时地充填地层与衬砌背后的环形建筑空隙，使隧道管片和周围土层形成一个整体结构，把盾构掘进造成的地层土量损失和扰动所引起的地表沉降尽可能地减小。
发明内容
本发明提供的一种防止地层土量损失或地表沉降的注浆方法，旨在解决上述背景技术中存在的问题。
为了实现上述技术目的，本发明主要采用如下技术方案：
一种防止地层土量损失或地表沉降的注浆方法，包括如下步骤：
S1:在盾构机的盾尾钢板内按上下左右方向各均布一个注浆管；
S2：盾构推进时，当掘进过程中盾尾出现空隙时立即进行同步注浆，使浆液在盾尾处注入空隙；当注浆压力达到设计压力，注浆量达到设计注浆量时结束同步注浆；其中，所述注浆量Q＝V×λ，式中λ为注浆率，λ为1.3-1.8，V为盾尾建筑空隙，且V＝π×(5.022-4.752)÷4×1.2＝2.53m3；
S3：盾构继续推进，当衬砌管片脱出盾尾后，进行壁后二次注浆，每环管片注一个孔，使得注浆管从管片的注浆孔内向管片与土体之间的空隙中注入；当注浆压力达到设计压力，注浆量达到计算空隙量的150％时，结束二次注浆。
其中，本发明的步骤S2中，所述同步注浆时使用的同步注浆液的胶凝时间为3-10h，同步注浆液的团结体强度1天不小于0.2MPa，28天不小于2.5MPa，浆液结实率大于95％，浆液稠度85cm，浆液倾析率小于5％。
进一步的，步骤S2中，同步注浆时，注浆压力高于正常掘进时掘进面水土压力0.1-0.2MPa，注浆量充填系数为130-180％。
优选的，所述同步注浆时采用的同步注浆液包括如下重量份的原料：水泥120-180份，膨润土50-90份，砂600-1000份，粉煤灰150-450份，水360-560份。
本发明中，步骤S3中，所述二次注浆时的注浆量为同步注浆量的30％。
进一步的，步骤S3中，所述二次注浆时使用的二次注浆液的胶凝时间为1-4min，二次注浆压力为1.1～1.2倍的静止土压力，二次注浆压力为为0.3-0.6MPa。
优选的，所述二次注浆时采用的二次注浆液为水泥-水玻璃双液浆，所述水泥-水玻璃双液浆包括A液和B液，所述A液和B液的体积比为2:1，A液由1:1的水和水泥配置二次成，B液由2:1的水和水玻璃配置而成。
此外，本发明在首次同步注浆时，以油脂润滑所有管道。
进一步的，注浆结束后，采用惰性注浆液对工作面注浆系统进行清洗。
更进一步的，所述惰性注浆液包括如下重量份的原料：膨润土300-360份，粉煤灰600-1000份，砂200-300份，水350-450份。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明通过同步注浆和二次注浆，凝结的浆液可以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；为管片提供早期的稳定并使管片与周围岩体一体化，有利于盾构掘进方向的控制，并能确保盾构隧道的最终稳定。
附图说明
图1为本发明中同步注浆时的注浆管路分布图；
图2为本发明中同步注浆的工艺流程图；
图3为本发明中二次注浆的工艺流程图；
图4为本发明中二次注浆时压浆孔位置分布示意图。
图5为本发明中二次注浆质量检测时测线布置图。
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他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种防止地层土量损失或地表沉降的注浆方法，包括如下步骤：
S1:在盾构机的盾尾钢板内按上下左右方向各均布一个注浆管；如图1所示；
S2：盾构推进时，当掘进过程中盾尾出现空隙时立即进行同步注浆，使浆液在盾尾处注入空隙；当注浆压力达到设计压力，注浆量达到设计注浆量时结束同步注浆；其中，所述注浆量Q＝V×λ，式中λ为注浆率，λ为1.3-1.8，V为盾尾建筑空隙，且V＝π×(5.022-4.752)÷4×1.2＝2.53m3；
具体的，盾构推进时，进行同步注浆，注浆系统与掘进系统联网，掘进时盾尾出现空隙立即注入浆体。盾构机上的注浆管，按上下左右各一个均布在盾尾钢板内，如图1所示，使浆液在盾尾处注入空隙。按先下后上的顺序对称注浆。
注浆量按照：Q＝V×λ公式计算式中：λ——注浆率(取1.3～1.8，曲线地段及砂性地层段取较大值，其它地段根据实际情况选定)
V——盾尾建筑空隙(m3)
V＝π×(5.022-4.752)÷4×1.2＝2.53m3；则：Q＝3.29～4.56m3/环；
此段同步注浆宜适当调高压力，加大同步注浆量。
同步注浆的工艺流程图如图2所示，在注浆过程中，必要时，需进行二次补强注浆，具体的，当第一次同步注浆结束时，应对该环处的注浆效果进行检查，若不符合要求，即进行二次补强注浆；若符合要求则开始下一循环的注浆，直至全隧注浆结束，然后再对全隧注浆效果进行检查，若不符合要求，再次进行二次补强注浆，若符合要求，即表明同步注浆结束。
其中，二次补强注浆量根据地质情况及注浆记录情况，分析注浆效果，结合监测情况，由注浆压力控制。
其中，同步注浆过程中，注浆施工参数及质量检测如下：
1)同步注浆液应具有较好的抗水分散性和可注性，胶凝时间一般为3～10h(终凝)，根据底层条件和掘进速度，通过现场实验加入促凝及变更配比来调整胶凝时间。对于强透水地层和需要注浆提供较高早期强度保证良好的注浆效果。
2)固结体强度1天不小于0.2MPa，28天不小于2.5MPa。
3)浆液结石率：>95％，即固结收缩率<5％，浆液稠度：85cm
4)浆液稳定性：倾析率(静置沉淀后上浮水体积与总体积之比)小于5％。
5)注浆量应保证地表沉降控制在各工程环境保护要求的规定内，注浆压力应高于正常掘进时掘进面水土压力0.1～0.2MPa，注浆量充填系数130-180％左右；
6)注浆作业时对注浆量及注浆压力同时管理，当注浆压力达到设计压力、注浆量达到设计注浆量时应结束注浆。
同步注浆过程中，注浆施工参数及浆液配比如下：
(1)注浆材料
采用水泥砂浆作为同步注浆材料，该浆材具有结石率高、结石体强度高、耐久性好和能防止地下水浸析的特点。水泥采用P0.42.5，以提高注浆结石体的耐腐蚀性，使管片处在耐腐蚀注浆结石体的包裹内，减弱地下水对管片的腐蚀。
(2)浆液配比及主要物理力学指标
根据经验，同步注浆拟采用下表所示的配合比。在施工中，根据地层条件、地下水情况及周边条件等，通过现场试验优化确定最合理的配合比。
表1同步注浆浆液配比(Kg/m3)
水泥(kg) 膨润土(kg) 砂(kg) 粉煤灰 水(kg) 外加剂
150 70 800 300 460 需要根据试验加入
(3)可硬性浆液和以往的惰性浆相比，其效果有以下优点：
1)按工程方案配制的可硬性浆液的物理性能明显优于原惰性浆浆液，充填效果好、无渗漏现象发生、泌水性小；
2)浆液有良好的抗渗漏性能，管片干燥，浆液的后期强度高；
3)按工程方案的操作规程进行施工，该浆液无堵管之隐患；
4)按规程作业，注浆量充沛，地面沉降的控制可达到较佳状态；
5)部分地段可省去二次注浆作业；
6)一定程度上可提高隧道工程的整体质量，提高工程进度。
为防止浆液在注浆系统内的硬化，定时对工作面注浆系统进行清洗，清洗采用惰性浆液，下述表格参考用，具体配合比由试验确定：
表2惰性浆液配比(Kg/m3)
膨润土 粉煤灰 砂 水
330 800 260 400
同步注浆结束后，应对注浆结束标准及注浆效果检查
1)注浆压力和注浆量达到设计值，做为注浆结束标准。
2)整理分析注浆记录资料，分析注浆施工过程中的P(压力)、Q(注浆量)及Q～T(注浆时间)曲线是否正常，并通过总注浆量反算地层孔隙率，与原始孔隙率进行比较，以分析浆液在地层中的扩散渗透情况。
3)每天对浆液进行强度试验，确保浆液强度满足设计要求。
S3：盾构继续推进，当衬砌管片脱出盾尾后，进行壁后二次注浆，每环管片注一个孔，使得注浆管从管片的注浆孔内向管片与土体之间的空隙中注入；当注浆压力达到设计压力，注浆量达到计算空隙量的150％时，结束二次注浆。
二次注浆一般在管片与围岩间的空隙充填密实性差，致使隧洞变形得不到有效控制或管片衬砌出现渗漏的情况下实施。同时，地表如果出现过大沉陷时可通过二次注浆进行抬升和补强。施工时采用隧道监测信息反馈，结合洞内超声波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。上穿段10环范围内必须对管片背后注双液浆，使隧道周围土体快速达到强度，并起到止水效果。
其中，二次注浆的工艺流程图如图3所示。
二次注浆时的施工工艺应符合下列要求：
(1)注浆距离要求
根据以往施工经验，考虑浆液凝固时间对盾尾刷的影响，双液注浆一般紧跟盾尾后4环开始进行，双液注浆施工过程中，特别是注双液浆期间，盾构要保证正常推进。如遇盾构停机，但又必须注双液浆时，注浆位置距离盾尾保证有8环的距离。
(2)注浆位置
每环管片注一个孔，注浆点位选择1点或4点交叉进行。注双液浆时，为形成环箍，增强注浆效果，选择2、6、4点位进行注浆。如图4所示。
(3)注浆工艺
在注浆前选择合适的注浆点位，戴上注浆单向逆止阀后，利用管片预留注浆孔，接上三通及水泥浆管和水玻璃浆管。注双液浆时，先注纯水泥浆液1min后，打开水玻璃阀进行混合注入，终孔时应加大水玻璃浓度。在一个注浆孔完结后应等待5～10分钟后将该注浆头打开疏通查看注浆效果，如果水很大，应再次注入，等有较少水流出时可终孔，拆除注浆头，并用双快水泥浆对注浆孔进行封堵，带上塑料闷头，并进行下一个注浆孔。
每根施工结束后，要及时清洗浆管，避免堵管，对于沉积凝固严重的注浆管要及时更换。
(4)注浆设备
补强注浆采用自备的双液注浆泵。
二次补强注浆注浆管及孔口管自制，其加工应具有与管片吊装孔的配套能力，能够实现快速接卸以及密封不漏浆的功能，并配备泄浆阀。
本发明中，二次注浆时的注浆参数如下：
二次注浆材料要可注性强，对同步注浆起充填和补充作用。
当地下水特别丰富时，需要对地下水封堵。同时为了及早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，这时需要将浆液的凝胶时间调整至1～4min，必要时二次注浆可采用水泥-水玻璃双液浆。
(1)双液浆的初步配比见表3，具体配合比由试验确定：
表3双液浆浆液一般配比(Kg/m3)
Figure BDA0003700970470000061
(2)注浆压力
二次注浆压力控制在为0.3～0.6Mpa。
(3)注浆量
根据工程的地质及线路情况，注浆量一般为同步注浆量的30％，并通过监测情况来调节。
二次补强注浆量根据地质情况及注浆记录情况，分析注浆效果，结合监测情况，由注浆压力控制。
4、二次注浆结束标准
采用注浆压力和注浆量双指标控制标准，即当注浆压力达到设定值或注浆量达到计算空隙量的150％以上时，即可认为达到了质量要求。
二次注浆质量标准如下：
(1)加强现场施工材料管理，严格执行进料检验程序，保证施工材料满足设计和规范要求，不合格材料不得进场使用，确保工程质量。
(2)注浆前必须做好充分的注浆准备，注浆一经开始应连续进行，力求避免中断。
(3)配料：采用经计量准确的计量工具，严格按照以设计配方配料施工。
(4)注浆：注浆一定要按程序施工，每段进浆要准确，注浆压力一定要严格控制，专人操作。当压力突然上升或从孔壁、地面溢浆时，应立即停止注浆，每段注浆量应严格设计进行，跑浆时，应采取措施确保注浆量满足设计要求。
(5)注浆完成后，应采用措施保证注浆水不溢浆跑浆。
(6)每道工序均要按排专人，负责每道工序的操作记录。
(7)整个注浆施工应密切注意和防止地面出水溢浆、隆起等情况，加强对施工地段的沉降观测。
(8)注浆质量应采用地质雷达和超声波探测法进行检查，对未满足要求的部位应进行补充注浆。环向测线位于该环管片中部，间距10环管片；对于过地下管线、箱涵或其他重要设施的地段，间距为3环管片布置一处环向测线。测线布置如图5所示。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种防止地层土量损失或地表沉降的注浆方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1:在盾构机的盾尾钢板内按上下左右方向各均布一个注浆管；
S2：盾构推进时，当掘进过程中盾尾出现空隙时立即进行同步注浆，使浆液在盾尾处注入空隙；当注浆压力达到设计压力，注浆量达到设计注浆量时结束同步注浆；其中，所述注浆量Q＝V×λ，式中λ为注浆率，λ为1.3-1.8，V为盾尾建筑空隙，且V＝π×(5.022-4.752)÷4×1.2＝2.53m3；
S3：盾构继续推进，当衬砌管片脱出盾尾后，进行壁后二次注浆，每环管片注一个孔，使得注浆管从管片的注浆孔内向管片与土体之间的空隙中注入；当注浆压力达到设计压力，注浆量达到计算空隙量的150％时，结束二次注浆。
2.根据权利要求1所述的防止地层土量损失或地表沉降的注浆方法，其特征在于：步骤S2中，所述同步注浆时使用的同步注浆液的胶凝时间为3-10h，同步注浆液的团结体强度1天不小于0.2MPa，28天不小于2.5MPa，浆液结实率大于95％，浆液稠度85cm，浆液倾析率小于5％。
3.根据权利要求1所述的防止地层土量损失或地表沉降的注浆方法，其特征在于：步骤S2中，同步注浆时，注浆压力高于正常掘进时掘进面水土压力0.1-0.2MPa，注浆量充填系数为130-180％。
4.根据权利要求1所述的防止地层土量损失或地表沉降的注浆方法，其特征在于：所述同步注浆时采用的同步注浆液包括如下重量份的原料：水泥120-180份，膨润土50-90份，砂600-1000份，粉煤灰150-450份，水360-560份。
5.根据权利要求1所述的防止地层土量损失或地表沉降的注浆方法，其特征在于：步骤S3中，所述二次注浆时的注浆量为同步注浆量的30％。
6.根据权利要求1所述的防止地层土量损失或地表沉降的注浆方法，其特征在于：步骤S3中，所述二次注浆时使用的二次注浆液的胶凝时间为1-4min，二次注浆压力为1.1～1.2倍的静止土压力，二次注浆压力为为0.3-0.6MPa。
7.根据权利要求1所述的防止地层土量损失或地表沉降的注浆方法，其特征在于：所述二次注浆时采用的二次注浆液为水泥-水玻璃双液浆，所述水泥-水玻璃双液浆包括A液和B液，所述A液和B液的体积比为2:1，A液由1:1的水和水泥配置二次成，B液由2:1的水和水玻璃配置而成。
8.根据权利要求1所述的防止地层土量损失或地表沉降的注浆方法，其特征在于：在首次同步注浆时，以油脂润滑所有管道。
9.根据权利要求1所述的防止地层土量损失或地表沉降的注浆方法，其特征在于：注浆结束后，采用惰性注浆液对工作面注浆系统进行清洗。
10.根据权利要求9所述的防止地层土量损失或地表沉降的注浆方法，其特征在于：所述惰性注浆液包括如下重量份的原料：膨润土300-360份，粉煤灰600-1000份，砂200-300份，水350-450份。
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