CN209277877U - 一种盾构机单双液浆复合式同步注浆系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种盾构机单双液浆复合式同步注浆系统，包括盾构机本体，所述盾构机本体上安装有单液注浆系统、双液注浆系统、多个第一注浆口和至少1个第二注浆口，所述第一注浆口和第二注浆口分布在盾构机本体尾部的端面上，所述单液注浆系统通过管路与相应的第一注浆口连通，所述双液注浆系统通过管路与相应的第二注浆口连通。本实用新型根据地层、水文条件进行单液注浆、双液注浆系统模式的单独运行或并联组合，快速充填土体与管片间的建筑间隙，提高隧道抗浮能力、减少地层后期变形及隧道沉降，适用于各种地层盾构施工，尤其在上软下硬等复杂地层中施工、大直径盾构施工优势显著。

Description

一种盾构机单双液浆复合式同步注浆系统

技术领域

本实用新型涉及盾构施工研究领域中的一种注浆系统，特别是一种盾构机单双液浆复合式同步注浆系统。

背景技术

在盾构施工过程中，盾构壳体内壁的直径大于管片衬砌的外径，以便于衬砌的安装和盾构曲线施工需要；盾构切削直径大于盾构机外径，再加上盾构壳体的厚度，这就形成了理论上的建筑空隙。周围土体失去支撑将向管片移动，形成地层松动、超孔隙水压力下降现象，若不对这一空隙进行及时的充填，则势必造成地层损失，引起地表沉降，进而影响地表各类建筑物和地下管线设施。如建筑物基础倾斜开裂、地下各种管道发生裂口或断裂，地下线缆断裂等，从而影响周围居民生活及交通状态等。为了减小盾构施工对地层位移的影响，因此需要及时向盾尾脱离后管片背面的空隙中填充固结性浆液进行背后注浆，有效的同步背后注浆能够一边向前推进，一边对盾构后产生的建筑空隙进行及时注浆填充，背后注浆可使管片和土体形成稳定的整体，从而减少地层沉陷量，保证环境及建筑物安全，确保管片衬砌的早期稳定性，并提高衬砌的防水性能，而小曲率半径施工时，背后注浆可以防止管片向圆周外侧的移动、变形、变压。

在目前的盾构施工中，由于单、双液注浆系统都具有各自不同的性能特点，因此两种注浆工艺在盾构同步注浆系统均有应用，都能保证盾构机在一般的地质环境下注浆的需要。现盾构机使用的单、双液注浆系统是分开的两套系统，当盾构机在复杂的地质条件下，单一的注浆工艺不可避免的暴露其缺点。在进行管片背后注浆时单液注浆系统、双液注浆系统只能独立作业，由于切换系统操作不便，易发生地表沉降或富水情况下的地层填充，不仅影响施工效率，施工安全无法得到保障，而且单一模式的注浆质量不易满足要求，影响工程质量。

(一)、同步单液系统注浆

当盾构机掘进后，在管片与地层之间、管片与盾尾壳体之间将存在一定的空隙，为控制地层变形，减少沉降，并有利于提高隧道抗渗性以及管片衬砌的早期稳定，需要在管片壁厚环向间隙采用同步注浆方式填充浆液，即为单液同步注浆。注浆过程是通过地面上的搅拌站按照设计配合比拌合浆液，经过管道运输至隧道口的浆液车，浆液车通过电瓶车运输至盾构机后配套的储浆罐，同时在储浆罐和运浆罐内均装有搅拌叶片对浆液随时进行搅拌，可防止浆液凝结或离析，然后储浆罐内的浆液通过注浆泵运输至盾尾的注浆管道，最后由注浆管直接输送至壁厚间隙起到填充作用，并且整个注浆过程是与盾构机的掘进同步进行的。

单液注浆系统的缺点如下：

单液注浆系统使用时，采用惰性的缓凝浆液(水泥浆)，凝固时间较长(初凝时间约6～10h)，凝固后收缩很大，会造成拱部空洞，带来一定危害；而对于盾构下穿重要管线、建(构)筑物，惰性缓凝浆液容易流失造成地层沉降过大，往往造成不良后果；另外管片易上浮，使隧道成型后的实际中线与设计中心发生较大的偏差，管片上浮之后安装间隙消失导致安装困难，也易造成盾尾刷偏磨而损坏，盾尾油脂易被地下水稀释后使密封损坏漏水，影响隧道建造质量；浆液向地层和掌子面方向渗漏增加，加大施工成本，浆液的流失导致开挖空隙得不到填充而增大地表沉降量，增加了施工掘进的风险。

(二)、同步双液系统注浆

同步双液注浆主要是利用注浆设备和盾尾自带的注浆管路设备进行同步注浆。双液注浆采取水泥浆+水玻璃双液浆，同步注浆胶凝时间短，且可在几秒钟到几十分钟内准确控制，盾构施工采用同步双液注浆系统优点有：

1、浆液能够在短时间内凝结并产生较大强度及早填充了管片周边的空隙，稳固了地层，减少了地层扰动和初期沉降值，能够保证周围环境的安全。

2、作为隧道衬砌结构的加强层，使其具有耐久性和一定的强度，确保管片衬砌的早期稳定性和间隙的密实性。

3、作为衬砌防水的第一道防线，提供长期、均质、稳定的防水功能。

4、能够有效控制管片拼装质量和变形，快速凝结的浆液有利于管片的早期稳定，对控制管片上浮有明显的效果。

5、有利于盾构姿态的控制

快速凝结的浆液对约束管片在轴线及高程上的变化起到很好的作用。盾构机后端姿态控制较为稳定，并可以随着前端姿态纠偏而做出迅速反应。

但是，双液注浆系统的缺点如下：

双液注浆系统使用时，在一定的注浆配比下双液浆凝固时间极短(最短初凝时间10S内)，达不到一定的扩散半径就凝结成块，易导致管片背后空隙填充不充分，并且极易发生堵管，增加了清管时间与难度，降低了盾构掘进效率。

(三)、二次补浆

当一次注入存在未完全填充部位、一次注入浆液体积缩减、提高抗渗透效果等需要进行二次补浆注入。

具体实施方法：先安装逆止阀，用钢管将管片预留注浆孔打通，插入已经加工好的注浆头，注浆头与吊装孔拧紧，避免注浆时出现漏浆。注浆头安装好后即可将注浆管接至注浆头上开始注浆，注浆完毕后切换球阀，立即用注浆泵将一定量的膨润土泥浆压入注浆管进行洗涤，使膨润土泥浆完全置换注浆管中剩余的浆液且保持注浆管中液体的压力等于注浆管周边围岩压力以防止返浆，膨润土泥浆的注入量不宜过多或过少，过量则会降低周围土体的强度，使注浆效果打折扣，量不足则会引发堵管，第二次注浆将无法进行。某一孔位完全注浆完毕后，拔除注浆管，再注入一定量的封闭浆液(如需重复注浆，还可开孔)，然后用专用盖封闭孔口。

针对复杂地层的盾构施工，单一的单液注浆系统或双液注浆系统无法满足特殊地层施工需要，因此需要一种更为优化、成熟的注浆系统，兼具单液注浆功能、双液注浆功能，并能根据地层需求可以同时实现单双液注浆系统并联式联合施工作业要求，满足各种复杂地层施工需要，更好的控制地表沉降，满足盾构施工高效、经济、安全的施工要求。

实用新型内容

本实用新型的目的，在于提供一种盾构机单双液浆复合式同步注浆系统，其由单液注浆系统与双液注浆系统组成，在盾构掘进过程中可单个系统独立注浆，也可根据地质需要实现单、双液系统并联同步注浆，能够快速充填土体与管片间的建筑间隙，提高隧道管片抗浮能力、减少地层后期变形及隧道沉降，适用于各种复杂地层盾构施工，尤其在上软下硬等复杂地层中施工优势显著，解决盾构下穿建筑物、铁路、管线、江河湖海等特殊地段沉降控制的施工难题。

本实用新型解决其技术问题的解决方案是：一种盾构机单双液浆复合式同步注浆系统，包括盾构机本体，所述盾构机本体上安装有单液注浆系统、双液注浆系统、多个第一注浆口和至少1个第二注浆口，所述第一注浆口和第二注浆口分布在盾构机本体尾部的端面上，所述单液注浆系统通过管路与相应的第一注浆口连通，所述双液注浆系统通过管路与相应的第二注浆口连通。

作为上述技术方案的进一步改进，所述单液注浆系统包括第一储液罐和至少1个第一闸阀，每个所述第一闸阀配置一个第一注浆泵和位于第一注浆泵出口处的第一出浆口，每个所述第一出浆口并联至少2条第一同步注浆管道，各所述第一同步注浆管道的出口与相应的第一注浆口连通。

作为上述技术方案的进一步改进，各所述第一同步注浆管道上安装有第一气动球阀、第一流量计、第一压力传感器和第一手动球阀。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一闸阀的数量为2个，所述第一同步注浆管道的数量为3条。

作为上述技术方案的进一步改进，所述单液注浆系统包括第二储液罐、安装在第二储液罐上的至少1个第二闸阀、第三储液罐和安装在第三储液罐上的至少1个第三闸阀，每个所述第二闸阀配置一个第二注浆泵和位于第二注浆泵出口处的第二出浆口，每个所述第二出浆口连接至少1条第二同步注浆管道，每个所述第三闸阀配置一个第三注浆泵和位于第三注浆泵出口处的第三出浆口，每个所述第三出浆口连接至少1条第三同步注浆管道，第二同步注浆管道和第三同步注浆管道一一对应，相对应的第二同步注浆管道和第三同步注浆管道通过第一混合器连接到同一个第二注浆口。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二同步注浆管道上安装有第二气动球阀、第二流量计、第二压力传感器和第二手动球阀，所述第三同步注浆管道上安装有第三气动球阀、第三流量计、第三压力传感器和第三手动球阀。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二闸阀的数量为2个，所述第二同步注浆管道的数量为2条，所述第三闸阀的数量为2个，所述第三同步注浆管道的数量为2条。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括水箱和数量与第一混合器相匹配的清洗管道，各所述清洗管道通过第四气动阀、第四压力传感器和第四手动阀后与相应的第一混合器连接。

作为上述技术方案的进一步改进，其中一条第二同步注浆管道上并联有第一出浆支路，相对应的第三同步注浆管道上并联第二出浆支路，所述第一出浆支路和第二出浆支路连接到第二混合器上，所述第二混合器通过管道和阀门分别连接第一注浆口和第二注浆口。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一注浆口和第二注浆口在盾构机本体尾端的端面上围成一个同心圆。

本实用新型的有益效果是：本实用新型具有以下有点：

1、具备单液注浆功能

在管片壁厚环向间隙采用同步注浆方式填充浆液，具备单液同步注浆功能。

2、具备双液注浆功能

利用注浆设备和盾尾自带的注浆管路设备进行同步双液注浆，具备双液同步注浆功能。

3、单、双液注浆系统并联同步注浆

盾构机本体尾部设置了独立的第一注浆口和第二注浆口，可在管片壁厚环向间隙同步注入双液浆与单液浆。

4、可同时进行同步注浆与二次补浆

常规做法是需要在设备桥台或后配套上进行补浆，施工程序复杂，本系统是在双液注浆系统作业时可同时进行二次补浆，使用便捷迅速，减少漏浆，提高了双液注浆的效率，保证了施工安全及质量。

5、同步注浆模式切换二次注浆模式方便快捷

无需进行管路的拆解或重新开设注浆孔，即可实现同步注浆模式切换二次注浆模式，提高注浆效率，减少漏浆。

5及时清洗浆液管路，防止堵管堵浆

停止浆液泵送后，清洗活塞向前推出，堵住混合浆出液口，开启清洗管阀进行管路清洗，及时冲洗残留浆液，防止堵管堵浆。

6、注浆效率高，施工安全

复合式同步注浆系统能够克服单一系统的施工缺点，根据地层、水文条件进行单液注浆、双液注浆系统模式的单独运行或并联组合，快速充填土体与管片间的建筑间隙，提高隧道抗浮能力、减少地层后期变形及隧道沉降，适用于各种地层盾构施工，尤其在上软下硬等复杂地层中施工、大直径盾构施工优势显著。

7、环保，经济优势明显

针对特殊、复杂地层盾构施工，采用传统单一模式双液注浆，施工经济成本高，而采取复合式同步注浆系统，单液注浆系统、双液注浆系统并联作业节省水玻璃材料的使用量，减少了对周围土体、水源的污染，产生一定的环保、经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是本实用新型中单液注浆系统的结构示意图；

图2是本实用新型中双液注浆系统的结构示意图；

图3是本实用新型中第一注浆口和第二注浆口的分布示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。

参照图1～图3，一种盾构机单双液浆复合式同步注浆系统，包括盾构机本体，所述盾构机本体上安装有单液注浆系统、双液注浆系统、多个第一注浆口10和至少1个第二注浆口20，所述第一注浆口10和第二注浆口20分布在盾构机本体尾部的端面上，所述单液注浆系统通过管路与相应的第一注浆口10连通，所述双液注浆系统通过管路与相应的第二注浆口20连通。

进一步作为优选的实施方式，所述单液注浆系统包括第一储液罐1和至少1个第一闸阀2，每个所述第一闸阀2配置一个第一注浆泵3和位于第一注浆泵3出口处的第一出浆口4，每个所述第一出浆口4并联至少2条第一同步注浆管道，各所述第一同步注浆管道的出口与相应的第一注浆口10连通。

进一步作为优选的实施方式，各所述第一同步注浆管道上安装有第一气动球阀5、第一流量计6、第一压力传感器7和第一手动球阀8。

进一步作为优选的实施方式，所述第一闸阀2的数量为2个，所述第一同步注浆管道的数量为3条。

进一步作为优选的实施方式，所述单液注浆系统包括第二储液罐11、安装在第二储液罐11上的至少1个第二闸阀12、第三储液罐21和安装在第三储液罐21上的至少1个第三闸阀22，每个所述第二闸阀12配置一个第二注浆泵13和位于第二注浆泵13出口处的第二出浆口，每个所述第二出浆口连接至少1条第二同步注浆管道，每个所述第三闸阀22配置一个第三注浆泵23和位于第三注浆泵23出口处的第三出浆口，每个所述第三出浆口连接至少1条第三同步注浆管道，第二同步注浆管道和第三同步注浆管道一一对应，相对应的第二同步注浆管道和第三同步注浆管道通过第一混合器19连接到同一个第二注浆口20。

进一步作为优选的实施方式，所述第二同步注浆管道上安装有第二气动球阀15、第二流量计16、第二压力传感器17和第二手动球阀18，所述第三同步注浆管道上安装有第三气动球阀25、第三流量计26、第三压力传感器27和第三手动球阀28。

进一步作为优选的实施方式，所述第二闸阀12的数量为2个，所述第二同步注浆管道的数量为2条，所述第三闸阀22的数量为2个，所述第三同步注浆管道的数量为2条。

进一步作为优选的实施方式，还包括水箱30和数量与第一混合器19相匹配的清洗管道，各所述清洗管道通过第四气动阀31、第四压力传感器32和第四手动阀33后与相应的第一混合器19连接。

进一步作为优选的实施方式，其中一条第二同步注浆管道上并联有第一出浆支路14，相对应的第三同步注浆管道上并联第二出浆支路24，所述第一出浆支路14和第二出浆支路24连接到第二混合器29上，所述第二混合器29通过管道和阀门分别连接第一注浆口10和第二注浆口20。

进一步作为优选的实施方式，所述第一注浆口10和第二注浆口20在盾构机本体尾端的端面上围成一个同心圆。优选地，两个第二注浆口20设置在盾尾拱顶11点～1点附近，盾尾拱顶11点～1点附近双液浆迅速凝固可以获得较好的固定管环和阻断顶部水流通道的作用，盾尾2点～10点区域设置6个第一注浆口10，喷射的单液浆得以配合双液注浆效果，从而进行整体管环建筑间隙的填充。

当然，第一注浆口10和第二注浆口20可以沿某一圆周错位分布。

针对特殊、复杂地层盾构施工，针对大直径隧道开挖面跨度大，掘进地层覆土厚度不满足盾构掘进最小浅覆土要求，因此在掘进过程中充分利用地层本身受力拱的可能性较小，在盾构掘进中发生坍塌和沉降的几率增加，沉降控制难度增大，因此在隧道开挖成型后，顶部注浆支护对控制地表沉降十分重要。

单双液浆复合式注浆系统可以在盾顶部位快速形成隧道衬砌结构的加强层，能够及时回填开挖空隙，控制地层变化，减少地表沉降使其具有耐久性和一定的强度，确保管片衬砌的早期稳定性和间隙的密实性，避免管片上浮，较好的控制了盾构机掘进姿态，进而保护邻近的地上下建(构)造物、管线。

采用传统单一模式双液注浆，施工经济成本高，而采取复合式同步注浆系统，单液注浆系统、双液注浆系统并联作业节省水玻璃材料的使用量，减少了对周围土体、水源的污染，产生一定的环保、经济效益。

以下是本实用新型优选的实施例：

(一)第一浆液注浆模式

第一储液罐1的第一浆液通过第一闸阀2后，第一注浆泵3经管道输送第一浆液至第一出浆口4，第一出浆口4处并联3条第一同步注浆管道，第一浆液经第一出浆口4后，流经第一同步注浆管道上的第一气动球阀5、第一流量计6、第一压力传感器7、第一手动球阀8后将第一浆液输送至第一注浆口10，每一条第一同步注浆管道对应一个第一注浆口10。

在注浆时，可以分别通过每条注浆管路的第一气动球阀5、第一手动球阀控制每条第一同步注浆管道的开闭，从而实现单液浆注浆。

(二)第二浆液注浆模式

第二储液罐11中的第二浆液通过第二闸阀12后，第二注浆泵13经管道输送第二浆液至第二出浆口，第二出浆口处并联2条第二同步注浆管道，第二浆液经第二出浆口后，流经第二同步注浆管道上的第二气动球阀15、第二流量计16、第二压力传感器17、第二手动球阀18后将第二浆液输送至第一混合器19，每一条第二同步注浆管道对应一个第一混合器19；第三储液罐21中的第三浆液通过第三闸阀22后，第三注浆泵23经管道输送第三浆液至第三出浆口，第三出浆口处并联2条第二同步注浆管道，第三浆液经第三出浆口后，流经第三同步注浆管道上的第三气动球阀25、第三流量计26、第三压力传感器27、第三手动球阀28后将第三浆液输送至第一混合器19，第二浆液和第三浆液在第一混合器19混合后输送至第二注浆口20。

在注浆时，可以分别通过每条注浆管路的气动球阀控制每条第二同步注浆管道和第三同步注浆管道的开闭，从而实现双液浆注浆。

(三)清洗注浆管路模式

水箱30的清洗水流入清洗管道后，依次经第四气动阀31、第四压力传感器32和第四手动阀33后运输至第一混合器19，清洗连通第二注浆口20的管路。

在清洗时，可以分别通过每条清洗管路的第四气动阀31和第四手动阀33清洗连通第二注浆口20的管路。

(四)双液同步注浆系统兼具二次补浆功能

第一出浆支路14和第二出浆支路24连接到第二混合器29上，第二混合器29通过管道和阀门分别连接第一注浆口10和第二注浆口20，经第一出浆支路14和第二出浆支路24输送的第一浆液、第二浆液经第二混合器29混合后输出用于二次补浆，那么在二次补浆时，可以分别通过第一出浆支路14和第二出浆支路24上的手动球阀控制，达到单液补浆或双液补浆的目的。

以上是对本实用新型的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种盾构机单双液浆复合式同步注浆系统，其特征在于：包括盾构机本体，所述盾构机本体上安装有单液注浆系统、双液注浆系统、多个第一注浆口和至少1个第二注浆口，所述第一注浆口和第二注浆口分布在盾构机本体尾部的端面上，所述单液注浆系统通过管路与相应的第一注浆口连通，所述双液注浆系统通过管路与相应的第二注浆口连通。

2.根据权利要求1所述的盾构机单双液浆复合式同步注浆系统，其特征在于：所述单液注浆系统包括第一储液罐和至少1个第一闸阀，每个所述第一闸阀配置一个第一注浆泵和位于第一注浆泵出口处的第一出浆口，每个所述第一出浆口并联至少2条第一同步注浆管道，各所述第一同步注浆管道的出口与相应的第一注浆口连通。

3.根据权利要求2所述的盾构机单双液浆复合式同步注浆系统，其特征在于：各所述第一同步注浆管道上安装有第一气动球阀、第一流量计、第一压力传感器和第一手动球阀。

4.根据权利要求2所述的盾构机单双液浆复合式同步注浆系统，其特征在于：所述第一闸阀的数量为2个，所述第一同步注浆管道的数量为3条。

5.根据权利要求1所述的盾构机单双液浆复合式同步注浆系统，其特征在于：所述单液注浆系统包括第二储液罐、安装在第二储液罐上的至少1个第二闸阀、第三储液罐和安装在第三储液罐上的至少1个第三闸阀，每个所述第二闸阀配置一个第二注浆泵和位于第二注浆泵出口处的第二出浆口，每个所述第二出浆口连接至少1条第二同步注浆管道，每个所述第三闸阀配置一个第三注浆泵和位于第三注浆泵出口处的第三出浆口，每个所述第三出浆口连接至少1条第三同步注浆管道，第二同步注浆管道和第三同步注浆管道一一对应，相对应的第二同步注浆管道和第三同步注浆管道通过第一混合器连接到同一个第二注浆口。

6.根据权利要求5所述的盾构机单双液浆复合式同步注浆系统，其特征在于：所述第二同步注浆管道上安装有第二气动球阀、第二流量计、第二压力传感器和第二手动球阀，所述第三同步注浆管道上安装有第三气动球阀、第三流量计、第三压力传感器和第三手动球阀。

7.根据权利要求5所述的盾构机单双液浆复合式同步注浆系统，其特征在于：所述第二闸阀的数量为2个，所述第二同步注浆管道的数量为2条，所述第三闸阀的数量为2个，所述第三同步注浆管道的数量为2条。

8.根据权利要求5所述的盾构机单双液浆复合式同步注浆系统，其特征在于：还包括水箱和数量与第一混合器相匹配的清洗管道，各所述清洗管道通过第四气动阀、第四压力传感器和第四手动阀后与相应的第一混合器连接。

9.根据权利要求5所述的盾构机单双液浆复合式同步注浆系统，其特征在于：其中一条第二同步注浆管道上并联有第一出浆支路，相对应的第三同步注浆管道上并联第二出浆支路，所述第一出浆支路和第二出浆支路连接到第二混合器上，所述第二混合器通过管道和阀门分别连接第一注浆口和第二注浆口。

10.根据权利要求1所述的盾构机单双液浆复合式同步注浆系统，其特征在于：所述第一注浆口和第二注浆口在盾构机本体尾端的端面上围成一个同心圆。