盾构同步注浆及二次注浆方案.ppt

关于盾构机的同步注浆及二次注浆的阐述 主讲人 刘泽稳 一 同步注浆 同步注浆的基本原理注浆的作用注浆工艺过程注浆设备的选用注浆材料的选择及配合比注浆相关技术参数的选择 同步注浆的基本原理 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 需要在管片壁后环向间隙采用同步注浆方式填充浆液 即为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的浆液 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 浆液车与储浆罐通过软管连接 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两个注浆泵分别输送至安装在盾尾的四个注浆管道 一般管道是上下对称布置 最后由注浆管直接输送至壁后间隙起到填充作用 并且整个注浆过程是与盾构机的掘进同步进行的 泵送注浆量是通过调整液压油缸的速度进行调整 每个泵送油缸都装有计数指示器 盾构司机可以根据计数器上的读数了解每根注浆管内的注浆量 此外 盾构机盾尾还配挡浆板 密封设备 以及为防止盾尾内注浆管发生堵塞而配备的4个备用注浆管道 注浆有手动或者自动两种控制方式 在盾尾注浆管路的出口处装压力传感器 在盾构操作室和注浆控制箱上都可以看到注浆时管路出口处的压力 设置为自动控制时 应预先通过可编程控制器 PLC 设置注浆最大压力值和最小压力值 当注浆压力达到设定最大注浆压力时 注浆管路所连接的液压油缸立即自动停止工作 当注浆压力减小到PLC所设定的最小压力时 液压油缸自动启动重新开始注浆 手动控制方式则需要人工根据掘进情况随时调整注浆量 注浆的作用 防止土体松弛下沉减少地表沉降保持隧道衬砌的早期稳定提高衬砌接缝防水性能保证隧道工后不变形 不下沉 不漏水的必要工序措施 注浆工艺 同步注浆是保证地面建筑物 地下管线 盾尾密封及衬砌管片安全的重要一环 因此须严格控制 并依据地层特点及监控量测结果及时调整各种参数 确保注浆质量和安全 为了使环形间隙能较均匀地填充 并防止衬砌承受不均匀偏压 同步注浆对盾尾预置的4个注浆孔同时进行压注 并根据设在每个注浆孔出口处的压力器 对各注浆孔的注浆压力和注浆量进行检测与控制 从而获得对管片背后的对称均匀压注 注浆工艺流程如下图 注浆施工流程 材料搅拌站浆液车储浆罐注浆泵注浆管管片壁后间隙 完成同步注浆 图1同步注浆示意图 注浆设备的选用 2 设备配置 搅拌站 建造砂浆搅拌站一座 同步注浆系统 配备SWINGKSP12液压注浆泵2台 盾构机上已配置 注浆能力2 12m3 h 8个盾尾注入管口 其中4个备用 及其配套管路 运输系统 砂浆罐车 6m3 带有自搅拌功能和砂浆输送泵 随编组列车一起运输 人员配备 同步注浆及二次注浆在盾构施工中起到至关重要的作用 因为它不仅会影响到隧道的成型质量 还会影响到地面的沉降 甚至危及到地面建筑物 地下管线的安全 为确保 安全 优质 高效 低耗 地完成工程施工 一般需要配备专业的质量检查小组 由工程管理部 安质部 机电物资部分别负责现场技术 安全质量 机电维修方面的监督指导 另外设立同步注浆作业班和二次注浆作业班负责现场注浆施工 注浆作业班都是按两班倒配置 同步注浆作业班一般按照每班由3个拌浆工 1个操作手组成 二次注浆班每班由2个拌浆工 1个司泵工 一个记录员组成 注浆材料的选用及配和比 注浆材料及配比选用原则是 充填性好 和易性好 离析少 强度高 浆液硬化后体积收缩少 不被地下水稀释 但目前的实际配方 大多是采用水泥 粉煤灰 膨润土及中砂的配比混合液 调出的配比为了保证注浆不堵管 浆液通常较稀 凝固后淅水收缩很大 会造成拱部空洞 形成汇流水通道 注浆材料应具备的以下特点 1 拌制后浆液不离析 具有良好的长期稳定性及流动性 不易过大或者过小 因为流动性过大会造成管片顶部注浆不实 但过小会造成整体注浆不密实 并能保证适当的初凝时间 6 10h 以适应盾构施工以及远距离输送的要求 2 注浆后可较快地大于土体强度 具有不透水性 3 浆液在地下水环境中 抗酸碱性强 不易产生稀释现象 4 浆液固结后体积收缩小 泌水率小 5 原材料还需要满足来源丰富 经济 无公害 价格便宜 施工管理方便 并能满足施工自动化技术要求 浆液分为单液型浆液 凝固缓慢 和双液型浆液 能快速凝固 单液型一般选用砂子 水泥 粉煤灰 膨润土及一些外加剂等作为同步注浆的原材料 对于可塑性浆液可以采用炉渣 石灰代替水泥 双液型浆液一般采用水泥 水玻璃 添加剂组成 一般适用于二次补浆 配合比的选择 需要根据合同段的地层地质 地面构建物情况及以往的施工经验 盾构同步注浆拟定浆液配比 在施工中 还需根据地层条件 地下水情况及周边条件等 通过现场试验不断优化配合比参数 同步注浆材料配比和性能指标表 同步注浆浆液的主要物理力学性能应满足下列指标 1 胶凝时间 一般为6 10h 根据地层条件和掘进速度 通过现场试验加入促凝剂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的早期强度的地段 可通过现场试验进一步调整配比和加入早强剂 进一步缩短胶凝时间 获得早期强度 保证良好的注浆效果 2 固结体强度 一天不小于0 2MPa 相当于软质岩层无侧限抗压强度 28天不小于2 5MPa 略大于强风化岩天然抗压强度 3 浆液结石率 95 即固结收缩率 5 4 浆液稠度 8 12cm m 5 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 注浆相关技术参数的选择 1 注浆压力注浆压力是根据地层的土压力 水压力 管片强度及地面监测情况综合判断而设定的 在实际掘进中将不断优化 注浆量压力过大会出现 地面隆起 浆液破坏洞尾密封刷出现盾尾漏浆 浆液从盾构机外壳与土体之间的孔隙流入土仓 管片出现受压变形或是被损坏 如果注浆压力过小 则出现注浆的填充速度很慢 注浆量不足 使地表变形增大 根据设计资料 盾构机选型及以往的施工经验 注浆压力取1 1 1 2倍的静止水土压力 注浆压力一般设定在0 3 0 5MPa 2 注浆量注浆量除了受到浆液向土体中渗透及泄漏影响外 还要考虑超挖 曲线施工 注浆材料种类等的影响 实际上是没有一个明确的规定值 通常按如下列公式进行计算 注浆量的计算公式 Q V a V D12 D22 4 L式中V 计算空隙量 D1 刀盘最大直径 D2 管片外径 L 管片长度 a 注浆率 注浆率一般是从几方面考虑 包括注浆压力产生的压密系数 地质情况的土质系数 施工消耗系数 超挖系数等 根据设计资料及施工经验 本区间a 注浆率可取1 5 2 0 3 注浆速度及时间在不同的地层中根据需不同凝结时间的浆液及掘进速度来具体控制注浆时间的长短 做到 掘进 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 注浆量和注浆压力达到设定值后才停止注浆 否则仍需补浆 在实际施工中注浆量是靠注入速度来控制的 因此对注入速度进行计算 是根据每环注入量和每环行程推进 盾构机掘进 时间得到注浆速度 计算式如下 v Q t式中 v 注入速度 m s Q 每环注人量 m3 t 每环行程推进时间 s 4 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和注浆量达到设计值的90 以上时 即可认为达到了质量要求 实际施工过程中设计参数还需通过对地表及周围建筑物监控量测结果分析判断 进行参数优化 使注浆效果达到更佳 二 二次注浆 二次注浆的作用注浆方式注浆设备注浆参数二次注浆的注浆控制方式 二次注浆的作用 同步浆量按照理论计算 应该为盾构穿越地层产生空隙量的130 180 但是在实际施工中 同步注浆注入量即使达到180 也不能完全控制住地面沉降值 原因可能有3个 一是同步注浆的浆液不可能完全填充满盾构穿越产生的空隙 二是地层渗透系数太大 浆液流失到地层中 三是同步注浆的浆液在凝固时体积会产生收缩 所以当管片裂缝 接缝渗漏水及地面沉降控制较高的地段或在盾构施工对地表建筑物或管线影响较大地段 需要采用二次注浆来控制沉降 注浆方式 二次注浆一般采用双液型浆液注浆 分为A液 水泥 水 B液 水玻璃 水 首先是先注水泥浆液 膨润土 粉煤灰 黄沙 水 水泥 对背衬进行填充 然后是注水玻璃双液浆对注浆孔 开孔位置 进行封口 二次注浆一般每5环注一次 形成有一定范围的环箍 从而限制隧道的变形和沉降 注浆孔位为支撑块和连接块的中心孔 长区间如遇邻接块注浆孔封住时 在下一环注浆 1 基本要求A B液凝胶时间控制在60秒左右 2 双液浆配比设置 以下是某地铁施工二次注浆配比参数 可以参考 1 A液 主要采用水泥浆 水泥 水 100 100 质量比 2 B液 主要采用水玻璃溶液 水 水玻璃 3 2浆液体积比例 A液75 B液25 3 注浆施工盾构机穿越后考虑到环境保护和隧道稳定因素 如发现同步注浆有不足的地方 通过管片中部的注浆孔进行二次补注浆 补充一次注浆未填充部分和体积减少部分 从而减少盾构机通过后土体的后期沉降 减轻隧道的防水压力 提高止水效果 可参照同步注浆施工方法和要求组织施工 液压注浆机1台 灰浆输送泵1台 储浆桶2个 注浆管若干 二次注浆使用专用的泥浆泵 注浆前凿穿管片吊装孔外侧保护层 安装专用注浆接头 注浆设备安放在最后一节台车上 主要由一个水泥浆搅拌筒 一个水玻璃储存筒 一个注浆泵 注浆泵采用双液注浆泵 安有两个控制阀和两个压力表 可以控制每种浆液的压力和流量 水玻璃和水泥浆液通过两个高压软管在混合阀处混合 施工设备 二次注浆的水泥浆注浆压力为0 2Mp 0 4Mp 浆液流量 10 15L Min 使浆液能沿管片外壁较均匀的渗流 而不致劈裂土体 形成团状加固区 影响注浆效果 水玻璃双液浆注浆压力为0 3Mp 0 6Mp 具体部位还应参考隧道覆土厚度 地下水的压力及管片的强度等进行准确设定 为控制隧道本身的沉降及提高隧道的防水功能计划对隧道采取二次压浆 并按照每5环一注 且5环管片按照一环的注入量考虑二次注浆量 注入率系数取1 具体的注浆压力与注浆量需根据现场实际情况而定 注浆参数 注浆过程控制 1 检查注浆系统是否处于正常工作状态 压力表是否正常 2 用钢筋捣通吊装孔底部25mm厚的混凝土 在吊装孔上安装连接阀 将混合阀与连接阀连接 然后再次检查管路连接的密封性 3 在浆液搅拌筒中按设计的水灰比进行浆液拌制 严禁浆液中有结块存在 以免注浆管堵塞 4 进行二次注浆时 起动注浆泵 然后先打开水泥浆控制阀 待水泥浆液流量稳定后再打开水玻璃浆液控制阀 5 在二次注浆结束时 先停止水玻璃浆液泵入 10 15秒后再停止水泥浆液泵入 6 注浆完毕后 及时冲洗混合阀及连接阀门 使之可顺利进行下一次注浆 7 二次注浆结束后 对每一个注浆孔进行密封 以防渗水 其他注浆方式 除了通过同步注浆 二次注浆外 还可以根据施工现场需要进行即时注浆 多次补浆来加强结构的稳固性 盾构注浆注意事项及要求 在开工前制定详细的注浆作业指导书 并进行详细的浆液配比试验 选定合适的注浆材料和配合比 作业过程中 严格控制注浆质量 并及时检查 记录 分析数据 作出P Q t曲线图 并分析注浆速度与掘进速度的关系 当环形间隙填充不够 结构与底层变形不能得到有效控制或变形危及地面建筑物安全时 或存在地下水渗漏区段时 在必要的通过吊装孔对管片背后进行补充注浆 在盾尾内侧沿周围布置4条内置式注浆 每条管上设有压力表和手动阀门 通过软管分别与4条注浆管连接 注浆时最好从拱肩到拱仰 避免影响地表建筑物和底下管线的安全 要求注浆压力控制在0 15 0 32Mpa 盾构掘进前 根据注浆指令设定各项注浆参数 换班交接任务时必须交接清楚 注浆过程中 开启注浆控制系统进行注浆 密切关注注浆系统的运行情况 详细记录注浆全过程的各项参数 并注意冲程数与压力值的变化 由此判定是否堵管 及时查看堵管的位置 由于断裂带 透水砂层下 地层交错处 软弱地层等不良段掘进时 一般与地层承压水或地表潜水有水力联系 当盾构机穿越这些地段后 有压水将不断冲破管片背面注入的惰性缓凝砂浆 并沿线路下坡跟随盾构机掘进而流入盾构机尾刷密封处和碴土仓中而流失 造成螺旋输送机排土口喷水涌砂和盾构尾刷密封处及中间铰接处漏水 严重时需长时间停止掘进 进行碴 水清除 同时 还造成管片背面注浆不充实 引起管片隧道上浮或地表沉降 这就是通常所说的喷涌现象 由于装有同步注浆系统的盾构机开挖直径比管片的结构外径一般要大260mm 因此在拱顶注浆不满的情况下 在长距离的硬岩掘进段 极易造成管片上浮 甚至顶到拱顶开挖岩面上 使得管片衬砌超限 同时也会形成强力的水流通道 盾构掘进时产生涌水 工后管片产生大面积的渗漏水 对隧道危害较大 注浆压力由技术员确定 注浆工及时做好注浆量和注浆压力记录 按期检查浆液质量 注浆量一般控制在理论空隙值的1 2 2 0倍 根据掘进速度 管片浮沉错位信息及时调整注浆压力和注浆量 注浆停止时及时清理管道 检查注浆泵和管道是否堵塞 余浆处理后外运 拆管清洗时一定要先卸压 在自稳能力较差的岩地层和黏土层 盾构注浆单液浆和双液浆都可以选择 凝浆时间适当缩小为4 7小时 同步注浆压力控制在0 15 0 2Mpa 必要时可以选用二次补浆以及加固地层的辅助措施 在富含水地层中注浆要求迅速阻水 快速填充 浆液凝固时间要求短 浆液粘性大 保水性强 不离析 在盾构始发和到达段时 总体要求缩短浆液凝固时间 以便填充地层的同时能尽早获得浆液固结体强度 以保证开挖面安全并防止洞口漏浆 由于注浆压力过大 管壁外面土层将会被浆液扰动而造成地表隆起 浅埋地段还易造成跑浆 而注浆压力过小 降压填充速度过慢 填充不饱满 会使地表沉降增大 因此 泥水盾构施工中 一般同步注浆压力比相应水压0 2 0 3Mpa 四 安全文明施工 搅拌站在拌制砂浆料前后 应清理场地 同时保证所有拌制好的砂浆料全部卸到罐车里 如有外漏 拌制人员应主动清理外漏量 在拌制砂浆时 上料人员佩带防护面罩 防护性手套等保护用品 负责清理的施工人员 在罐车使用后及时清理内存砂浆 保证砂浆罐车内不留有结块的砂浆 注浆作业完毕后 搅拌机 运输罐 泵 注浆管路一定要及时清理干净 原则每一工作班 12小时 清理1 2次