CN209261565U - 一种土压平衡盾构同步注泥构造及施工辅助系统 - Google Patents

Abstract

一种土压平衡盾构同步注泥构造及施工辅助系统，以有效避免同步注浆浆液经盾体外侧向土舱内流失，极大降低同步注浆量，从而降低施工成本。盾体包括依序设置的刀盘、土舱、前盾、中盾、盾尾，盾尾之后的管片与盾构开挖面之间的空隙内同步注浆形成同步注浆填充层。所述中盾设置环向间隔的注泥口，通过注泥口向盾体与盾构开挖面之间的盾外空隙内注入塑性泥浆，向塑性泥浆向前盾、盾尾的盾外空隙扩散，且密实填充盾外空隙形成塑性泥浆填充层，阻止同步注浆流入土舱内。

Description

一种土压平衡盾构同步注泥构造及施工辅助系统

技术领域

本实用新型涉及盾构隧道施工，特别涉及一种土压平衡盾构同步注泥构造及施工辅助系统。

背景技术

在土压平衡盾构施工过程中，随着盾构机刀盘开挖前方土体向前掘进，盾尾随着盾构机开移，管片外表面与盾构开挖面形成一定的空隙，此时盾构设计采用同步注浆时时填充饱满，以确保盾构开挖面的稳定和控制地表沉降。同步浆液一般由水泥、粉煤灰、膨润土、砂、水、外加剂等材料组成，由于设备及管路限制同步浆液处于流动状态，一般初凝时间6 小时，终凝时间30小时左右。

受现有土压平衡盾构设计和同步注浆设备影响，土压平衡盾构施工过程中存在以下几方面的不足：一是现有盾构机为防止盾体卡死一般盾体采用前大后小的设计，盾构开挖面直径大于前盾直径约30mm。在软岩地质条件下，土舱保压和盾尾同步注浆压力无法影响到盾体中间，随着盾构机的推进盾体上方土体下移填充盾构开挖面与盾体之间的空隙，进而造成地表沉降(参照图1)；二是盾构开挖面有一定自成拱的地层条件下，为防止盾构刀盘及土舱结泥饼，盾构机一般采用气压或半敞开式掘进，同步注浆由于处于流动状态，不可避免地沿着盾体向土舱内流动，从而造成同步浆液的大量流失。尤其是在盾构下坡掘进段，同步浆液流失量更大(现阶段同步注浆量要求是理论方量的1.2～1.8倍)，盾构开挖面与管片外径空隙填充不饱满(参照图2)，现阶段主要采用在盾尾后几环位置进行二次补充注浆，但也很难确保空隙填充饱满；三是同步浆液流至盾体周围，停止时间长会造成同步浆液将盾体包裹，导致盾构掘进姿态难以控制等问题；四是盾构开挖面与管片外径空隙填充不饱满，土体渗水填充此空隙并经盾体向土舱内汇集，进而造成盾构掘进喷涌等问题，虽然现阶段都采用盾尾后间隔一定距离整圈管片外侧注水泥、水玻璃双液浆进行封水，但效果不理想。

上述土压平衡盾构施工过程中的四点不足主要是由于盾构设计和同步浆液的特点，盾体与盾构开挖面之间存在一定的空隙，导致地表沉降、同步浆浆液流失等问题。只要找到一种有效办法，随着盾构机推进，将一种非常粘稠不凝固浆液同步注入盾体与盾构开挖面之间的空隙，将同步浆液与土舱隔离就可以解决该难题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种土压平衡盾构同步注泥构造，以有效避免同步注浆浆液经盾体外侧向土舱内流失，极大降低同步注浆量，从而降低施工成本。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本实用新型的一种土压平衡盾构同步注泥构造，盾体包括依序设置的刀盘、土舱、前盾、中盾、盾尾，盾尾之后的管片与盾构开挖面之间的空隙内同步注浆形成同步注浆填充层，其特征是：所述中盾设置环向间隔的注泥口，通过注泥口向盾体与盾构开挖面之间的盾外空隙内注入塑性泥浆，向塑性泥浆向前盾、盾尾的盾外空隙扩散，且密实填充盾外空隙形成塑性泥浆填充层，阻止同步注浆流入土舱内。

本实用新型所要解决的另一技术问题是提供一种土压平衡盾构同步注泥构造的施工辅助系统，其特征是：包括搅拌机和粘土输送泵，连接搅拌机输出端与粘土输送泵输入端的管道上设置第一截止阀，粘土输送泵的输出端与高压注浆管道的输入端相连接，高压注浆管道的输出端与注泥口相连接。

本实用新型的有益效果是，同步注浆辅助系统以高压力注入塑性泥浆，密实充填盾体与盾构开挖面之间间隙形成塑性泥浆填充层，阻止同步浆液经盾体外侧向土舱内流失，同步注浆量按理论注浆量的105％就能确保将盾构开挖面与管片外径之间空隙填充饱满，极大降低了同步注浆量，降低了施工成本；同步浆液在管片外侧填充饱满并凝固，盾尾后方无汇水空间，降低了盾构掘进喷涌发生的概率，提高了盾构施工进度；盾体周围由塑性泥浆包裹，降低了同步浆液包裹盾体的机率；软岩地层条件下，盾体周围注入塑性泥浆，可有效控制地表的沉降，确保附近建(构)筑物安全。

附图说明

本说明书包括如下四幅附图：

图1是土压平衡盾构施工断面图；

图2是常规同步浆液填充不饱满示意图；

图3是本实用新型一种土压平衡盾构同步注泥构造的断面图；

图4是本实用新型一种土压平衡盾构同步注泥辅助系统的示意图。

图中示出构件和对应的标记：前盾10、中盾11、盾尾12、刀盘13、土舱14、管片15、同步注浆填充层16、末沉降地表17、沉降地表18、空腔或积水19、盾构开挖面20、第一注泥口21、第二注泥口22、第三注泥口23、第四注泥口24、塑性泥浆填充层25、搅拌机31、第一截止阀 32、粘土输送泵33、压力传感器34、气动开关35、第二截止阀36。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

参照图1，本实用新型的一种土压平衡盾构同步注泥构造，盾体包括依序设置的刀盘13、土舱14、前盾10、中盾11、盾尾12，盾尾12之后的管片15与盾构开挖面20之间的空隙内同步注浆形成同步注浆填充层 16。参照图3和图4，所述中盾11设置环向间隔的注泥口，通过注泥口向盾体与盾构开挖面20之间的盾外空隙内注入塑性泥浆，向塑性泥浆向前盾10、盾尾11的盾外空隙扩散，且密实填充盾外空隙形成塑性泥浆填充层25，阻止同步注浆流入土舱14内。

参照3和图4，塑性泥浆填充层25可有效阻止同步浆液经盾体外侧向土舱内流失，同步注浆量按理论注浆量的105％就能确保将盾构开挖面与管片外径之间空隙填充饱满，极大降低了同步注浆量，降低了施工成本。同步浆液在管片15外侧填充饱满并凝固，盾尾后方无汇水空间，降低了盾构掘进喷涌发生的概率，提高了盾构施工进度.盾体周围由塑性泥浆填充层25，降低了同步浆液包裹盾体的机率。软岩地层条件下，盾体周围注入塑性泥浆，可有效控制地表的沉降，确保附近建(构)筑物安全。

参照图3，所述注泥口包括在中盾11上部周向间隔设置的第一注泥口21、第二注泥口22、第三注泥口23和第四注泥口24。一般而言，所述塑性泥浆的注入量为盾构开挖面20与盾外空隙理论体积的105％。所述塑性泥浆由粘土与水相按一定比例混合并搅拌而成，无流动性，粘土与水的配合比例一般为10：3。

参照图4，用于一种土压平衡盾构同步注泥构造的施工辅助系统包括搅拌机31和粘土输送泵33，连接搅拌机31输出端与粘土输送泵33输入端的管道上设置第一截止阀32，粘土输送泵33的输出端与高压注浆管道的输入端相连接，注泥口上固定设置第二截止阀36，高压注浆管道的输出端与第二截止阀36连接。所述高压注浆管道的数量与注泥口相等，其上依序设置压力传感器34、气动开关35。

施工过程如下：

1.盾构掘进过程中，搅拌机31按一定比例粘土、水搅拌成塑性泥浆，经第一截止阀32进入粘土输送泵33输入端，塑性泥浆经粘土输送泵33 输出端口以高压状态经高压注浆管道、压力传感器34、气动开关35、第二截止阀36，由第一注泥口21、第二注泥口22、第三注泥口23将分别塑性泥浆注入盾外空隙，并向前盾10最前端和盾尾12最后端扩散。塑性泥浆的注入量一般情况下以理论盾外空隙体积105％为宜，只要整个盾体与盾构开挖面的盾外空隙填充饱满就可以了。

2.同步注泥辅助系统采用自动和手动两种控制方式。

自动同步注泥辅助系统程序控制原理：塑性泥浆用搅拌机31搅拌均匀。当盾构开始掘进时，程序自动启动粘土输送泵33，根据盾构推进速度计算单位时间内所需泥浆注入量(理论量的105％)，进而自动调节粘土输送泵33的泵送速度，高压塑性泥浆依次循环经过不同位置的气动开关35注入到中盾周围，并填充满盾体与盾构开挖面之间的间隙。

4.在软岩地质条件下，为控制盾体上方地表沉降，同步注泥量应以地表沉降监测数据为依据，手动调节注泥量。

手动同步注泥辅助系统程序控制原理：手动启动粘土输送泵33，根据地表沉降数据与经验手动调节泥浆泵送速度，高压塑性泥浆经过手动选定气动开关35的开启位置注入到中盾相应位置。当盾体上方地表隆起时适当降低注泥速度，当盾体上方地表沉降时适当提高注泥速度。

5.塑性泥浆的坍落度以10cm为宜。

以上所述只是用图解说明本实用新型一种土压平衡盾构同步注泥构造及施工辅助系统的一些原理，并非是要将本实用新型局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本实用新型所申请的专利范围。

Claims (6)

1.一种土压平衡盾构同步注泥构造，盾体包括依序设置的刀盘(13)、土舱(14)、前盾(10)、中盾(11)、盾尾(12)，盾尾(12)之后的管片(15)与盾构开挖面(20)之间的空隙内同步注浆形成同步注浆填充层(16)，其特征是：所述中盾(11)设置环向间隔的注泥口，通过注泥口向盾体与盾构开挖面(20)之间的盾外空隙内注入塑性泥浆，塑性泥浆向前盾(10)、盾尾(12)的盾外空隙扩散，且密实填充盾外空隙形成塑性泥浆填充层(25)，阻止同步注浆流入土舱(14)内。

2.如权利要求1所述的一种土压平衡盾构同步注泥构造，其特征是：所述注泥口包括在中盾(11)上部周向间隔设置的第一注泥口(21)、第二注泥口(22)、第三注泥口(23)和第四注泥口(24)。

3.如权利要求1所述的一种土压平衡盾构同步注泥构造，其特征是：所述塑性泥浆的注入量为盾构开挖面(20)与盾外空隙理论体积的105％。

4.如权利要求1所述的一种土压平衡盾构同步注泥构造，其特征是：所述塑性泥浆由粘土与水相按一定比例混合并搅拌而成，无流动性。

5.如权利要求1至4任意一项所述一种土压平衡盾构同步注泥构造的施工辅助系统，其特征是：包括搅拌机(31)和粘土输送泵(33)，连接搅拌机(31)输出端与粘土输送泵(33)输入端的管道上设置第一截止阀(32)，粘土输送泵(33)的输出端与高压注浆管道的输入端相连接，注泥口上固定设置第二截止阀(36)，高压注浆管道的输出端与第二截止阀(36)连接。

6.如权利要求5所述一种土压平衡盾构同步注泥构造的施工辅助系统，其特征是：所述高压注浆管道的数量与注泥口相等，其上依序设置压力传感器(34)、气动开关(35)。