CN216617529U - 盾构下穿建构筑物减振同步注浆系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及盾构下穿建构筑物减振同步注浆系统，包括空压装置、速凝剂集料桶、橡胶粉末集料桶、添加剂管路、同步注浆管路；速凝剂与橡胶粉末放置在集料桶内，集料桶中间隔开，分隔为速凝剂集料桶和橡胶粉末集料桶；在盾构机的同步注浆管路一侧设有一个单独的添加剂管路，同步注浆管路和添加剂管路固定于盾尾刷处，同步注浆管路与添加剂管路的走向一致并在出口处通过双管扣固定。本实用新型的有益效果是：本实用新型在盾构机的同步注浆管路一侧设立了一个单独的添加剂管路，只需开启阀门即可注入，在盾构掘进的过程中同步进行，通过往土层与管片的孔隙注浆，加固土层强度，能够很好的控制施工阶段上浮的问题。

Description

盾构下穿建构筑物减振同步注浆系统

技术领域

本实用新型涉及隧道施工领域，特别涉及一种盾构下穿建构筑物减振同步注浆系统，适用于盾构隧道注浆，尤其适合在下穿居民区、医院等振动控制十分严格的地段。

背景技术

城市轨道交通是现代化城市建设的发展方向。轨道交通对于解决大城市交通拥堵、带动地铁沿线上下游发展具有重要意义，凭借其准时、便捷的特点深受广大市民的青睐，但随之带来的振动和噪声问题也困扰着地铁沿线居民的生活，列车运行引起的振动问题亟待解决。《城市区域环境振动标准》中规定：“昼间铅垂向Z振级标准值在60-80dB，夜间其标准值在昼间的基础上减0-3dB”，国内外学者一直致力于研究解决城市轨道交通产生的问题的办法。

就地下轨道交通而言，振动和噪声影响因素主要有列车速度，列车质量和轨道类型等等。此外，钢轨的轨道不平顺以及钢轨接触面不均匀的磨耗引起的动力作用均会加大振动。为了降低环境振动对医院、科研院所对精密仪器的干扰，对居民日常生活的影响，地下交通在建设的过程中就会采取一些隔振措施以满足环保要求。隔而固公司的钢弹簧道床隔振系统是目前相对有效的减振措施，是一种从振源减小列车运行下引起的振动的措施，广州地铁3、4号线首次采用，该技术的应用极大程度上降低了列车运行产生的振动和噪音干扰，可达减振降噪30dB。同样是广州地铁3号线，首次采用Vanguard减振扣件应用于国内城市轨道交通工程，减振降噪达15dB。隔振沟也是较好的屏障隔振方式，用来阻碍或改变振动波向的传播，从而减小地面以及建构筑物的振动。现有的振源隔振措施中，大多数均为国外公司的专利产品，造价非常昂贵，因此应用范围受到相当大的局限，大多数城市不能够承担这样巨额的建设费用。

盾构隧道的注浆工艺是盾构法隧道施工必不可少的工序之一，是提高隧道体稳定性、控制地面沉降的较好措施。近年来，国内外在注浆施工工艺以及材料方面做了大量研究。申请号201910924389.1的专利公开了《一种盾构隧道速溶快凝型同步注浆方法及速凝剂胶囊》，该方法在盾构机掘进的过程中，向同步注浆液中注入水溶性封装材料封装的速凝剂。申请号202010387315.1的专利公开了《一种橡胶颗粒抗震同步注浆材料》，该材料由水泥80份、砂子650份、水390份、粉煤灰250份、特种土90份、外加剂11.5份组成。

由于盾构刀盘切割最大直径大于管片外径，当盾尾脱离管片之后，隧道管片与土体之间会形成环形空间，如不能及时填充将导致管片渗水、土体沉陷严重还会使管片错台。因此管片装好之后的注浆是防止隧道渗水、地表沉降的重要措施。目前盾构隧道施工使用最多的同步注浆包括单液浆和双液注浆。单液注浆是将一种浆液通过一个注浆加压单元、一个注浆管道注入管片外部，其中以德国为代表的土压平衡盾构的主要浆液是可硬性浆液。双液注浆是将两种不同的浆液，通过两个注浆加压单元、两条注浆管道分别进入浆液混合段均匀混合后注入目标区域。以日本为代表的泥水平衡盾构的同步注浆主要采用双液注浆，其主要材料为水泥、膨润土、水玻璃等。双液注浆在要求在盾壳外相遇并发生凝结，凝结时间较短，有利于尽快发挥注浆凝结强度，以保持土体稳定。现有的盾构隧道注浆技术主要应用于提升隧道周围土体稳定性、减少地基沉陷量、为保护衬砌安全的重要一环，因此在严格施工、保障安全运行的同时，也要更大发挥其作用。列车运行之后，振动影响明显，再去增加隔振减振措施无疑增加了建设成本，因此在隧道建设之初就应该将抗振设计考虑其中。因此，提出一种盾构下穿建构筑物减振同步注浆系统显得尤为重要。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种盾构下穿建构筑物减振同步注浆系统。

这种盾构下穿建构筑物减振同步注浆系统，包括空压装置、速凝剂集料桶、橡胶粉末集料桶、添加剂管路、同步注浆管路、速凝剂集料桶阀门和橡胶粉末集料桶阀门；速凝剂与橡胶粉末放置在集料桶内，集料桶中间隔开，分隔为速凝剂集料桶和橡胶粉末集料桶；速凝剂集料桶底部和橡胶粉末集料桶底部与添加剂管路连接处分别设有速凝剂集料桶阀门和橡胶粉末集料桶阀门；在盾构机的同步注浆管路一侧设有一个单独的添加剂管路，同步注浆管路和添加剂管路固定于盾尾刷处，同步注浆管路与添加剂管路的走向一致并在出口处通过双管扣固定；添加剂管路的管道出口处布设压力计二，添加剂管路的管道上靠近入口处设有空压机接口并连接空压装置，在空压机接口的管路出口侧设有压力计一。

作为优选：速凝剂集料桶和橡胶粉末集料桶底部出口处分别设有速凝剂集料桶密封圈和橡胶粉末集料桶密封圈。

作为优选：添加剂管路出口处设有螺旋喷射装置。

作为优选：同步注浆管路和添加剂管路出口分别设有可拆卸密封口一和可拆卸密封口二。

作为优选：速凝剂集料桶阀门和橡胶粉末集料桶阀门均连接至微电脑控制器。

作为优选：橡胶粉末的直径小于0.1mm。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型提供了一种适用于下穿建构筑物减振同步注浆系统，在盾构机的同步注浆管路一侧设立了一个单独的添加剂管路，只需开启阀门即可注入，在盾构掘进的过程中同步进行，通过往土层与管片的孔隙注浆，加固土层强度，能够很好的控制施工阶段上浮的问题。

2、本实用新型采用两注浆管路设计，能够有效调节各种注浆量的大小，相比于现有的双液注浆，添加剂管路的高压能够将添加剂喷射很远，防止管口发生堵塞。

3、本实用新型独立设置橡胶粉末集料桶，能调节高阻尼材料的添加量，在实际施工中能够有效控制同步注浆液中掺量问题，避免了多次配料的麻烦。

4、本实用新型独立设置速凝剂集料桶，能够控制速凝剂注入量，从而调节速凝剂在注浆液中的比例问题，控制浆液凝固时间。

5、本实用新型能够调节凝固时间，调节浆液中高阻尼材料的含量，明显优于目前市场上的同类产品。施工地层土质较差时，能快速固化，控制地表沉降和隧道上浮，既可以控制变形又可以在列车运行阶段吸收能量防止对建筑物产生影响。

附图说明

图1为盾构下穿建构筑物减振同步注浆系统示意图；

图2为同步注浆管路和添加剂管路出口示意图；

图3为速凝剂及橡胶粉末集料桶示意图。

附图标记说明：1-软土层；2-盾构机；3-压力计一；4-空压装置；5-速凝剂集料桶；6-橡胶粉末集料桶；7-盾尾刷；8-注浆管路出口；9-未胶结注浆液；10-已胶结注浆液；11-微电脑控制器；12-添加剂管路；13-同步注浆管路；14-双管扣；15-可拆卸密封口一；16-可拆卸密封口二；17-螺旋喷射装置；18-压力计二；19-橡胶粉末集料桶密封圈；20-速凝剂集料桶密封圈；21-速凝剂集料桶阀门；22-橡胶粉末集料桶阀门；23-管片。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

实施例一

本申请实施例一提供一种盾构下穿建构筑物减振同步注浆系统，可以在盾构机掘进的同时，向同步注浆液中注入橡胶粉末与速凝剂混合液，实现同步注浆快速凝结，并且在隧道通车后，减少由于列车运行产生的振动问题对上方建筑物的影响。其结构包括空压装置4、速凝剂集料桶5、橡胶粉末集料桶6、添加剂管路12、步注浆管路13、速凝剂集料桶阀门21、橡胶粉末集料桶阀门22。速凝剂与橡胶粉末放置在一个集料桶内，集料桶中间隔开，分隔为速凝剂集料桶5和橡胶粉末集料桶6，使得速凝剂与橡胶粉末分离。速凝剂集料桶5底部和橡胶粉末集料桶6底部与添加剂管路12连接处分别设有速凝剂集料桶阀门21和橡胶粉末集料桶阀门22，分别控制速凝剂和橡胶粉末的注入比例。为防止速凝剂在同步注浆管路中与同步注浆液反应，在盾构机2的同步注浆管路13一侧设立一个单独的添加剂管路12，同步注浆管路13和添加剂管路12固定于盾尾刷7处，添加剂管路12与同步注浆管路13不连通，两者并联，避免与同步注浆液在管路中发生反应，堵塞管路，同步注浆管路13与添加剂管路12的走向一致并在出口处通过双管扣14固定，一方面保证注浆方向相同，另一方面两根管路存在一定间隙，防止在出口处发生凝结造成管路堵塞。添加剂管路12的管道出口处布设一个压力计二18，添加剂管路12的管道上靠近入口处设置一个空压机接口并连接空压装置4，作为添加剂的动力输出和大小调节装置，通过气压将管路中的添加剂压入孔隙，在空压机接口的管路出口侧设置一个压力计一3。

速凝剂集料桶5和橡胶粉末集料桶6底部出口处分别设有速凝剂集料桶密封圈20和橡胶粉末集料桶密封圈19。

添加剂管路12出口处设有螺旋喷射装置17，用于调节添加剂的喷射半径并使添加剂均匀喷射，防止在管路末端堆积。

注浆管路出口8和添加剂管路12出口分别设有可拆卸密封口一15和可拆卸密封口二16。

速凝剂集料桶阀门21和橡胶粉末集料桶阀门22均连接至微电脑控制器11。

橡胶粉末的直径应小于0.1mm，避免堵住添加剂管路。本实用新型不仅限于橡胶粉末，其他高阻尼材料也可使用，只要其不与速凝剂反应即可。将高阻尼材料作为注浆材料，主要在隧道完工后列车运行阶段产生振动问题时发挥作用，同时在地震等自然灾害发生时，注浆材料能够吸收能量，保护隧道管片。

实施例二

本申请实施例二提供一种盾构下穿建构筑物减振同步注浆系统的注浆方法，包括以下步骤：

S1、并联同步注浆管路13与添加剂管路12，开启注浆口。在盾尾刷7处固定同步注浆管路13与添加剂管路12，封闭同步注浆管路阀门、速凝剂集料桶阀门21和橡胶粉末集料桶阀门22，准备之后的注浆。

S2、配制同步注浆液，同步注浆液应为单液注浆，同步注浆液为水泥100份、粉煤灰175份、标准砂175份、膨润土120份、减水剂15份、水400份。准备速凝剂和橡胶粉末，速凝剂可以单纯采用水玻璃，也可以采用水玻璃与氯化钙溶液的混合液，氯化钙溶液应该添加进同步注浆液中，当两者注入到空隙之后会迅速反应形成凝胶，起到胶结土体和填充孔隙的作用，可采用水玻璃400份、橡胶粉末200份，本实用新型不限于上述材料，双液注浆中常见的其他添加剂均可使用。开启空压装置4，保持添加剂管道畅通。

S3、开始注浆。调节同步注浆管路阀门，改变注浆量的大小；调节速凝剂集料桶阀门21和橡胶粉末集料桶阀门22，改变速凝剂和橡胶粉末的掺量。在添加剂注入的过程中观察添加剂管路12上的压力计一3和压力计二18的示数，一旦两个压力计示数异常(压力计二18的压力值大于压力计一3的压力值)，考虑管道发生堵塞，此时应关闭添加剂阀门，增加空压装置设定值，用较大的空气压力清理管路，直至两个压力计读数相近再重新开始注浆。控制同步注浆液注浆量和添加剂注入量，速凝剂通过调节速凝剂集料桶阀门21控制注入量，通过调节空压装置4的压力大小来控制速凝剂的喷射速度，也能保证速凝剂在射出时较为分散分布。

其中：注浆量Q的计算公式如下：

Q＝V·α

式中，V为理论孔隙量；α为注入率；R为盾构机刀盘外径；r为管片外径；h为管片长度；

α＝1+α₁+α₂+α₃+α₄

式中，α₁为压密系数；α₂为土质系数；α₃为施工损耗系数；α₄为超控系数。

S4、停止注浆。关闭同步注浆管路阀门，关闭速凝剂集料桶阀门21，关闭橡胶粉末集料桶阀门22。空压装置4再工作一段时间，再次疏通添加剂管路12，防止下次使用发生堵塞。

实施例三

本申请实施例三中，将水泥、粉煤灰、标准砂、膨润土、水、减水剂、橡胶粉末按照不同的配比混合。按照骨料、水泥、粉煤灰、特种土、水、外加剂的投料顺序，将各原料依次缓慢均匀投入水泥砂浆搅拌机中，拌合均匀得到同步注浆材料。采用标准塌落筒试验测定同步注浆材料的流动度，采用单轴抗压强度试验测定注浆试块强度，采用砂浆弹性模量测定仪测定注浆材料胶结后的弹性模量，骨料配比及测试结果如下表所示。

表1 骨料配比及测试结果

由组别1和组别4可以看出，橡胶粉末的加入，使得砂浆流动性有一定的减弱，抗压强度有所增加，弹性模量也有一定的降低。将组别1、组别4和组别5对比看看，橡胶粉末掺量越多，弹性模量减小越明显，且强度也会有所减小。对比组别1、组别2和组别3，在橡胶粉末掺量一定的情况下，将一部分粉煤灰用标准砂替代会提高砂浆的流动度以及抗压强度，但弹性模量减小较为明显。因此可以在提高强度的基础上，适当增加橡胶粉末的掺量会减小砂浆凝结后的弹性模量。对比组别5和组别6，减少粉煤灰的掺量会明显降低砂浆凝结后的抗压强度和弹性模量，从抗振的角度来看，能够达到良好的效果。

本实用新型的盾构机2在掘进的过程中，通过速凝剂集料桶5和橡胶粉末集料桶6向添加剂管路12中添加速凝剂和橡胶粉末，通过添加剂管路12输送到与同步注浆液到达的相同位置，将掺有橡胶粉末的速凝剂液体与同步注浆液一同注入管片23与软土层1之间的空间；一段时间后，根据速凝剂与同步注浆液的比例，速凝剂与同步注浆液胶结在一起局部形成凝结块，形成局部支撑区域在软土层1和管片23之间快速提供支撑，控制隧道的变形和上浮；待同步注浆液完全凝结之后，橡胶粉末凭借高阻尼特性在隧道列车运行下，从振动源头控制振动能量传播，发挥隔振减振作用，防止车辆运行产生的振动影响地面建筑物，同时在地震灾害发生时为隧道提供保护。

Claims (6)

1.一种盾构下穿建构筑物减振同步注浆系统，其特征在于：包括空压装置(4)、速凝剂集料桶(5)、橡胶粉末集料桶(6)、添加剂管路(12)、同步注浆管路(13)、速凝剂集料桶阀门(21)和橡胶粉末集料桶阀门(22)；速凝剂与橡胶粉末放置在集料桶内，集料桶中间隔开，分隔为速凝剂集料桶(5)和橡胶粉末集料桶(6)；速凝剂集料桶(5)底部和橡胶粉末集料桶(6)底部与添加剂管路(12)连接处分别设有速凝剂集料桶阀门(21)和橡胶粉末集料桶阀门(22)；在盾构机(2)的同步注浆管路(13)一侧设有一个单独的添加剂管路(12)，同步注浆管路(13)和添加剂管路(12)固定于盾尾刷(7)处，同步注浆管路(13)与添加剂管路(12)的走向一致并在出口处通过双管扣(14)固定；添加剂管路(12)的管道出口处布设压力计二(18)，添加剂管路(12)的管道上靠近入口处设有空压机接口并连接空压装置(4)，在空压机接口的管路出口侧设有压力计一(3)。

2.根据权利要求1所述的盾构下穿建构筑物减振同步注浆系统，其特征在于：速凝剂集料桶(5)和橡胶粉末集料桶(6)底部出口处分别设有速凝剂集料桶密封圈(20)和橡胶粉末集料桶密封圈(19)。

3.根据权利要求1所述的盾构下穿建构筑物减振同步注浆系统，其特征在于：添加剂管路(12)出口处设有螺旋喷射装置(17)。

4.根据权利要求1所述的盾构下穿建构筑物减振同步注浆系统，其特征在于：同步注浆管路(13)和添加剂管路(12)出口分别设有可拆卸密封口一(15)和可拆卸密封口二(16)。

5.根据权利要求1所述的盾构下穿建构筑物减振同步注浆系统，其特征在于：速凝剂集料桶阀门(21)和橡胶粉末集料桶阀门(22)均连接至微电脑控制器(11)。

6.根据权利要求1所述的盾构下穿建构筑物减振同步注浆系统，其特征在于：橡胶粉末的直径小于0.1mm。

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