盾构注浆施工工艺工法.doc
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1、盾构注浆施工工艺工法1 前言1.1 工艺工法概况盾构注浆通过盾体及管片上的预留注浆孔向有盾体和管片背后注入水泥浆液、化学浆液、混合浆液等,以达到填充空隙、控制地层沉降、堵水或加固地层作用的施工技术,主要包含同步注浆和二次注浆。盾构注浆施工技术是盾构工法中必不可少的关键性辅助工法,是控制地表沉降、确保管线及建构筑物安全的关键,亦是确保隧道防水质量及成型隧道线型质量的关键。1.2 工艺原理盾构注浆施工主要包括同步注浆和二次注浆。1.2.1 同步注浆工艺原理在盾构掘进的同时利用注浆泵,在管片背部和刀盘开挖轮廓面之间形成空隙的同时,用具有长期稳定性及一定流动性、微收缩性,并能保证适当初凝时间的浆液,在
2、盾尾空隙形成的短时间内将其充填密实,从而使围岩土体获得及时支撑,可有效的防治土体坍塌,控制地表沉降,原理如图1所示。图1 同步注浆原理图1.2.2 二次注浆工艺原理以水泥浆液(或水泥浆、水玻璃混合浆液)为介质,通过在管片吊装孔安装注浆管,注浆填充管片背后的孔隙,达到控制地表下沉、阻断隧道漏水通道的目的。2 工艺工法特点2.1 通过注浆压力、注浆量、注浆速度的控制可有效的降低对于地层的扰动,并可以促进管片及隧道的早期稳定,避免了地表沉降破坏、隧道线型超限等。2.2 从材料选择到浆液配比优选、拌浆、运输、注浆全过程,工艺简单、可操作性强,可形成标准化作业,安全、质量受控。3 适用范围本工法适用于土
3、压平衡盾构掘进过程中盾尾同步注浆、盾构隧道的二次注浆施工。4 主要引用标准4.1盾构法隧道施工与验收规范(GB50446);4.2地下铁道工程施工及验收规范(GB50299);4.3地下防水工程质量验收规范(GB50208);4.4通用硅酸盐水泥检测标准(GB175);4.5用于水泥和混凝土中的粉煤灰(GB1956);4.6普通混凝土用砂质量标准及检验方法(GJG52);5 施工方法5.1 同步注浆施工方法同步注浆采用盾尾壁后注浆方式,盾构掘进时,注浆泵将储浆槽中的浆液泵出,经四条独立的输浆管道,通过盾尾壳体内的4根同步注浆管(根据不同的盾构机,同步注浆管布置形式一般分为内嵌式和外置式两种),
4、对管片外表面的环行空隙进行同步注浆。在每条输浆管道上都有一个压力传感器,在每个注浆点都有监控设备监视每环的注浆量和注浆压力;且每条注浆管道上设有一个单向调整阀,当压力达到最大时,注浆泵停止;当压力较小时,注浆泵继续注浆。注浆量和注浆压力的大小可实现自动和手动控制,手动控制可实现对每一条管道进行单个控制,而自动控制可实现对所有管道的同时控制。盾尾密封采用三道钢丝刷加注盾尾油脂密封,确保周边地层的砂土和地下水、已注入的同步注浆浆液、开挖面的水和泥土从外壳内表面和管片外周部之间缝隙不会流入盾壳里,保证同步注浆的顺利进行。注浆充填效果如图2所示。图2 浆液填充示意图5.2 二次注浆施工方法二次注浆则是
5、在同步注浆回填不密实引起地表沉降过大、隧道结构渗漏水的情况下进行的水泥浆、水泥砂浆、水泥浆水玻璃混合液补充注浆。在沉降量最大的对应里程位置的隧道上部,击穿管片吊装孔,安装球阀和注浆管,利用注浆机进行注浆(当沉降量较大处距离同步注浆管理较近时,施工中也可采用将同步注浆管路连接管片吊装孔进行二次注浆的方法)。目的是填充注浆后的未充填部分,补充注浆材料收缩体积减小部分,处理渗漏水和处理由于隧道变形引起的管片、注浆材料、地层之间产生剥离状态进行填充注浆使其整体成型,提高止水效果等。6 工艺流程及操作要点6.1 同步注浆施工工艺流程同步注浆施工,从注浆原材料进场、配合比试验,以及浆液拌合、运输、注入设备
6、的准备开始,其中以注浆参数的选择、注浆工况分析为关键环节,施工工艺流程图如图3所示。图3 同步注浆施工工艺流程图6.2 二次注浆施工工艺流程二次注浆施工工艺流程如图4所示。图4 二次注浆施工工艺流程图6.3 同步注浆施工操作要点6.3.1 原材料选择同步注浆材料由水泥、粉煤灰、砂、膨润土、水和外加剂等组成,所有原材料进厂检验合格。6.3.2 同步注浆材料要求配置好的浆液应具备以下性能:1)良好的长期稳定性及流动性,并能保证适当的初凝时间(胶凝时间硬性浆液一般为36h,惰性浆液一般为812h),以适应盾构施工及远距离输送的要求;2)良好的充填性能;3)在满足浆液施工的前提下,尽可能早地获得高于地
7、层的早期强度(1d不小于0.2MPa,28d不小于2.5MPa);4)浆液在地下水环境中,不易产生稀释现象;5)浆液固结后体积收缩小,泌水率小;6)原材料来源丰富、经济,施工管理方便,并能满足施工自动化技术要求;7)浆液无公害,价格便宜。6.3.3 浆液配合比1硬岩掘进中的同步注浆浆液,应重点考虑增加浆液的流动性。因此浆液配比要在保证砂浆稠度、固结率、强度等指标的基础上延长凝结时间(控制在812h),以获得更为均匀的填充效果,掺量如表1所示。表1 硬岩中浆液掺量经验表(单位:kg)水泥粉煤灰膨润土砂水1302001208404002较软弱、自稳能力较差的岩层,注浆后应能尽快获得浆液固结体强度。
8、因此,浆液配比要保证砂浆的固结率和强度,并将凝结时间适当缩短为36h,以便在较短的时间内加固地层,增强地层的稳定性,掺量如表2所示。表2 软弱地层浆液掺量经验表(单位:kg)水泥粉煤灰膨润土砂水1603611368264203富水地层要求浆液的保水性要好、不离析,凝结时间在46h。若同步注浆后仍漏水,则需进行补浆即二次注浆。4在盾构始发和到达段,总体上要求缩短浆液凝结时间,以便在填充地层的同时能尽早获得浆液固结体强度,保证开挖面安全并防止从洞口处漏浆。因各始发和到达段的地质条件不同,浆液掺量如表3所示。表3 始发到达段同步注浆浆液基准配合比参数(单位:kg)水泥粉煤膨润土砂水250200708
9、40410同步注浆材料受地质条件、地下水状况施工技术等多方面因素的影响,施工应在满足设计要求的前提下,有针对性地进行配比设计,并根据现场实际情况进行调整,确保各项指标满足施工要求,且经济性良好。6.3.4 同步注浆参数1注浆量Q控制同步注浆量经验计算公式为:式中 Q计算注浆量(m3); L充填长度(m);D刀盘切削外径(m); d预制管片外径(m); 注浆系数,在掘进过程中根据地址情况适当调整,一般取1.31.8,在裂隙比较发育或地下水量大的岩层地段,充填系数一般取1.52.0。注浆量须经计算确定,但由于盾构纠偏、浆液收缩、浆液流入地层裂隙等情况,实际注浆量一般比理论计算量要多,超注量要根据具
10、体地层情况确定。但以下几种情况时,注浆量可不受上述限制:1)松散地层时,注浆压力很小而注浆量却很大时,应考虑增大注浆量,直到注浆压力超过控制压力的下限,此时的空隙因土体坍塌而比往常大;2)管片下部因地基软弱导致部分管片下沉错台时,可从下部注浆(为防止管片整体上浮、下沉及椭变,一般2号、3号注浆孔注浆量是1号、4号注浆孔的一半,如图所示),此时注浆量不受限制,只受压力限制;3)盾构进出洞时,洞门口部位有较大空隙,此时注浆量应根据实际需要量确定,注浆压力应随时根据实际情况调整。注浆孔位置及注浆范围如图5所示。图5 注浆孔位置及注浆范围示意图2注浆压力P控制理论注浆压力(注入口处)应大于地层水、土压
11、力之和,以达到对环向空隙的有效充填。前期注入压力=地层阻力+0.10.2MPa;后期注入压力=地层阻力+0.10.2MPa+0.050.1 MPa;结合施工经验:注浆压力一般控制在0.250.4MPa,但在遇到隧道埋深、地层变化大、水文条件复杂,注浆压力一直不稳定时,应及时调整压力参数或采取有效措施。3注浆速度V及时间t控制管片背部注浆时间一般应在管片脱出盾尾及盾构掘进时同步进行,并在推进一环的时间内完成。同步注浆速度与掘进速度相匹配,按盾构掘进一环的时间内完成当环注浆量来确定其平均注浆速度。做到“掘进与注浆同步,不注浆、不掘进”,通过控制同步注浆压力和注浆量双重标准来确定注浆时间。4同步注浆
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