C盾构法隧道施工用新型单液浆压注系统及配套设备改造方案

新型单液浆压注系统新型单液浆压注系统 及配套设备改造技术要求及配套设备改造技术要求 编制 编制 校对 校对 审核 审核 申通地铁集团建设事业部 盾构工作组申通地铁集团建设事业部 盾构工作组 20102010 年年 3 3 月月 1 新型单液浆压注系统及配套设备改造技术要求新型单液浆压注系统及配套设备改造技术要求 方案的提出 上海地区现有的地铁盾构 主要用于软土地质条件下的区间隧道施工 为 有效的控制地面沉降 保持隧道的稳定 满足环境保护的更高要求 在工程实 践中 同步注浆浆液采用新型单液浆 俗称厚浆 的优点已逐步凸现 有取代 传统双液浆 惰性浆或其它薄浆的趋势 并正朝着市场化 商品化 集约化供 浆的可能性方向发展 而上海地区早期引进盾构机上配置的同步注浆系统仅适 用于双液浆或其它薄浆 已远远不能满足施工的要求 基于上述原因 有必要 对盾构法施工用同步注浆系统及配套设备进行改造 同步注浆用新型单液浆材料及其性能 2 1 同步注浆用新型单液浆浆液的性能 见表 1 表 1 浆液基本性能 名名 称称性性 能能 指指 标标 渗透性 5 10 5 cm s 比重 1 80 g cm3 坍落度12 16 cm 坍落度经时变化 5 cm 20h 屈服强度20h 800Pa 压力失水 7 30 3bar 20 mL 泌水率 5 分层度 2 cm 可使用时间 20 h 抗压强度R7 0 15MPa R28 1 0MPa 2 2 同步注浆用新型单液浆浆液材料由石灰 粉煤灰 膨润土 中细砂 水 外掺 剂等搅拌而成 见表 2 2 表 2 新型单液浆组成原材料 材料名称材料名称性性 能能 要要 求求 石灰消石灰 氢氧化钙含量 85 320 目筛余量 0 5 粉煤灰 级或 级 细度 0 045mm 方孔筛筛余 不大于 20 45 中细砂河砂 细度模数 1 8 2 2 含泥量 3 膨润土95 通过 200 目筛 膨胀率 18 30mL g 水天然水 PH 7 无味 添加剂 1 06 0 01 20 减水率 20 30 水化控制能力 20h 水解度 30 2 3 同步注浆用新型单液浆浆液实验配合比 见表 3 表 3 浆液原材料实验配合比 kg m3 配方石灰粉煤灰砂膨润土水添加剂 1803001180502853 2100400800503403 3 工程用浆计算 上海地铁隧道目前采用幅宽为 1 2m 的预制混凝土管片 则盾构机 每推进一环如注浆率按建筑空隙的 150 200 考虑 每环管片需供浆 2 7 m3 3 6 m3 已知盾构推进速度为 60mm min 推进加管片拼装的作业效率为 1 环 小时 考虑到上下行两条隧道同时施工 因此涉及改造方案中的地面供浆设备需按 8m3 h 考虑 4 改造方案 4 1 新型单液浆供应方案 要求施工单位自制搅拌设备 其容量 4 m3 搅拌轴采用卧轴布置 浆筒 占地面积 5 m2 总高度 1 m 沿工作井端头布置 拌制后的浆液由电动球阀控 制 通过输送管到达井下 搅拌设备安放在面积不小于 30 m2的较密闭房内 采用液压驱动 动力站需与拌浆作业区域隔离 配料采取电子称量或定量包装 3 的方式 4 2 新型单液浆转驳系统改造 4 2 1 转驳泵推荐方案 考虑将国产挤压泵作转驳泵使用 表 4 国产挤压泵技术性能 型号 JYB 11KW 1 最大理论流量 m3 min 0 8 流量调整范围0 6 共 7 档 公称通径 mm 75 功率 kw 11 4 2 2 电瓶车浆料箱的改造方案 a 由于采用挤压泵作为转驳泵 其进料口接近机架底部 是各种砂浆泵中进料 口位置最低的一种 因此 电瓶车上运送浆料的料箱不需要象奈莫泵或其 它螺杆泵那样抬高很多 电瓶车在浆料运输过程中重心较稳 有利于安全 b 电瓶车浆料箱容量要求 4m3 并带有搅拌装置 在其螺旋叶片的导流作用 下 具备一定的喂料功能 以改善挤压泵入料口处自吸功能不足的工况 c 另外 挤压泵的使用安装较为方便 柔性的胶管通过快速接头联接 即插 即用 无需永久固定的安装位置 能充分利用电瓶车上有限的空间 因此 可酌情在电瓶车上布置成固定放置式 非固定安置式 以及与浆箱隔开一 定距离的非紧凑型安装形式 4 3 盾构机注浆系统改造 4 3 1 注浆泵 4 a 泵送出口处的压力应控制在略微大于隧道周边的水土压力 根据隧道外部水 土压力及现场泵送时得出的注浆管沿程损失 计算得出施工时的同步注浆压 力 拟定控制在 0 5 1 0MPa 施工时采用以注浆量为主 注浆压力为辅的 措施进行推进时的注浆操作 实际注浆施工参数还可根据地层变形监测数据 和推进段隧道埋置深度及时进行合理的调整 b 因此本方案采用适应输送新型单液浆的德国 SCHWING 泵或 PUTZMEISTER 泵替换原盾构机配置的日本 PA 30C 或 MSP 702 等其它类型的注浆泵 德国 SCHWING 泵技术性能 见表 5 德国 PUTZMEISTER 泵技术性能 见表 6 表 5 德国 SCHWING 注浆泵技术性能 型号 KSP12 2D 2ST SV 制造商德国 SCHWING 施维英 泵送缸数量 只 2 泵送缸冲程长度 mm 500 泵送缸直径 mm 180 泵送缸单缸容积 L 12 最大输出量时冲程 次 min 2 8 73 90 泵缸充满 最大可调输出 m3 h 2 6 最大理论输送压力 bar 60 最大可调输出时连续工作压力 bar 30 功率 30 5 kw 出料口通径 mm 100 入料口通径 mm 150 监控装置带 4 路监测和报告 4 点注浆压力系统 报 警系统连接 4 20mA 压力传感器 通过冲 程计数器提供泵的输出信息 表 6 德国 PUTZMEISTER 注浆泵技术性能 型号 KOV 550 DUO 制造商德国 PUTZMEISTER 普茨迈斯特 泵送缸数量 只 2 泵送缸冲程长度 mm 500 泵送缸直径 mm 180 在 80 进料比时的排量 m3 h 2 6 5 最大理论设计压力 bar 100 最大可调输出时连续工作压力 bar 50 最大颗粒尺寸 mm 6 功率 kw 30 6 4 3 2 同步注浆系统控制方案改造 4 3 2 1 用 SCHWING 泵或 PUTZMEISTER 泵的两个独立柱塞泵 每个泵出口对应两 个注浆点 由气动球阀控制每个注浆点开闭 可实现逐点或多点连续注浆 4 3 2 2 为使盾构推进每环同步注浆量与设定方量自动保持一致 并且均匀分布 必须设计合理的同步注浆计量和控制系统 主要要求如下 1 注浆量的积算以柱塞泵容积 往复次数计算方法得出 2 采用闭环控制的分段注浆满足均匀注浆控制要求 3 采用变频或液压变量调节的方法控制注浆泵速度该速度与推进速度实际 值匹配 通过调试后设定 4 3 2 3 同步注浆控制系统设计要求 1 同步注浆控制柜采用控制和动力分置的方案 动力柜就近安装在注浆泵 动力站侧车架 控制柜安装在盾构控制室内 2 动力柜设置急停及其他常用开关旋钮 控制柜设置人机界面和急停按钮 3 同步注浆控制系统除注浆泵控制功能外 集成盾构同步注浆控制功能 主要包括以下功能 a 自动同步注浆功能 系统具备根据设定方量 推进距离 推进速度 注出口选择方案进行闭环控制的均匀注浆控制 以满足正常施工质量要求 b 手动同步注浆控制 系统具备根据设定速度 设定方量 指定注出 口进行注浆的手动程序控制功能 以满足特殊工况施工需要 c 为集成盾构同步注浆控制功能 注浆控制系统须具备以下输入输出 信号点 序号信号名称信号类型 1 注浆出口 1 电控阀2 DI 2 DO 2 注浆出口 2 电控阀2 DI 2 DO 3 注浆出口 3 电控阀2 DI 2 DO 4 注浆出口 4 电控阀2 DI 2 DO 7 5 注浆总管 A 电控阀 2 DI 2 DO 6 注浆总管 B 电控阀 2 DI 2 DO 7 注浆出口 1 压力1 AI 1 AO 8 注浆出口 2 压力1 AI 1 AO 9 注浆出口 3 压力1 AI 1 AO 10 注浆出口 4 压力1 AI 1 AO 11 注浆总管 A 压力 1 AI 12 注浆总管 B 压力 1 AI 13 盾构千斤顶行程 1 AI 14 盾构推进速度 1 AI 15 注浆量计算 A 1 DO 16 注浆量计算 B 1 DO 4 3 3 同步注浆清洗切换装置改造 a 如停机时间较长 则可用膨润土浆通过 SCHWING 泵或 PUTZMEISTER 泵直 接置换残留在注浆管路中的浆液 取代原水力冲洗的方式 b 相应取消原盾构机的同步注浆清洗切换装置 c 盾构机各注浆点增设 1 条通径不小于 50mm 的备用浆管并配置球阀及堵头 应急使用时 要求堵头可在注浆压力的作用下脱离 d 改造时可相应缩小盾尾处注浆包管乌龟壳的体积尺寸 4 3 4 同步注浆搅拌系统及所在车架改造 a 改造后搅拌箱的容积应 5m3 强度和刚度应满足使用要求 其内容包括箱 体壁厚 搅拌轴两端支承形式及密封结构的设计 b 根据搅拌新型单液浆的要求 确定搅拌轴的转速及扭矩范围 改造时相应 加大搅拌轴直径 增加搅拌叶片的刚度 匹配搅拌机液压泵 液压马达及 电动机的液压参数和驱动功率 c 为方便 SCHWING 泵或 PUTZMEISTER 泵的检修与安装 搅拌箱底部设通径 为 8 的碟阀 其与 SCHWING 泵或 PUTZMEISTER 泵的进料口间用浮动接 头连接 8 d 搅拌箱顶部加盖 要求能监控搅拌箱内情况 e 搅拌箱应带有上料用的软管 以便与转驳