隧道超大直径盾构隧道同步双液注浆快速施工工法

的上浮。双液浆是通过A液和B液按一定体积比混合形成浆液，其中A液一般由团有限公司承建的北京东六环改造工程京哈高速～潞苑北大街区段，提出一种超大直径盾构隧道同步双液注浆技术，利用该同步双液注浆技术进行超大直径盾构2.工法特点2.0.1同步双液注浆填充盾尾间隙浆液成型速度快，所需双液浆总量少，整体2.0.2双液浆化学、物理初终凝时间短，注入盾尾间隙后快速胶凝腔固管片衬错台、开裂、渗漏水及轴线偏移等问题出现的概率。2.0.3同步双液注浆充填盾尾间隙后的注浆圈饱满度好，双液浆在管片背后形成一道均匀饱满的圆筒状注浆体，使管片衬砌结构受力更为均匀，同时形成一道防水层，减少地下水对管片结构的侵蚀，为盾构隧道的建设和后期运营维护带来了很大便利。3.适用范围本工法适用于所有盾构隧道同步注浆工程，尤其是软土地层的大直径盾构隧道同步注浆工程。4.工艺原理4.1以往国内采用大直径泥水平衡盾构进行隧道工程施工时，同步注浆施工采用双液浆液工艺存在如下问题：4.1.1双组分浆液在混合后须保持一定的流动性，确保浆液充填到位，避免注浆混合器堵塞，但这种控制难度较大；4.1.2混合后的浆液易受地下水和盾构正面支护泥水的稀释和渗透影响，浆液的凝结时间和强度难以控制；4.1.3对土层易产生劈裂，造成注浆量远远超过理论值约(180～250%)左右，对土体扰动较大，注浆成本增加；4.1.4浆液结石体强度不均，施工期间隧道沉浮量较大，影响隧道的辅助抗渗4.1.5管路清洗频率和质量要求高；4.1.6注入浆液不到位易引起地表沉降，通常采用二次补注浆；4.2根据施工数据统计，采用双液浆进行同步注浆，隧道的稳定性控制普遍较不理想，往往在隧道结构贯通之后，由于隧道自身依然存在较大的整体蠕动，导致后续施工难以进行，造成了工期的延后以及施工质量的下降。4.3随着隧道施工向高质量、高环境保护要求的方向发展，上述盾构同步注浆施工工艺无法满足当今盾构施工，特别对长距离、深覆土盾构施工的要求，主要表4.3.1孤立地将注浆技术看成盾构施工中的一项技术，没有综合考虑盾构施工的整体要求；24.3.2盾构姿态控制难度较大，相应的会对隧道成形质量产生较大的影响；4.3.3形成的隧道稳定性相对较差，对后期的使用相对不利；4.3.4地表变形控制困难，不利于环境保护；4.3.5管片成环质量较差，渗水点和碎裂点较多，真圆度较差。4.4为有效解决泥水盾构施工过程中的管片上浮问题，研究成果具有坚实的理论与实践依据，真正做到科研与设计和施工现场实践相互步注双液浆的性能指标要求具体如表4-1所示，现行的标准中无相关的要求。表4-1盾构隧道同步注浆双液浆配合比统计(1m³用量)取值范围水胶比膨水比体积比(B液/A液)5.1总体施工顺序盾构隧道同步双液注浆是一项复杂且具体的系统性工程，根据工程实际可以将施工步序总体分为4个环节，分别为材料进场、浆液储备与步双液浆的注入，如图5-1所示。为保证双液浆填地面发生不均匀沉降并快速稳定管片，需要严格把关4个环节并做好各种预防措3A液拌制、B液泵送A液拌制、B液泵送B液临时储存罐B液罐管片壁后A液罐图4-1同步双液注浆总体施工顺序5.2具体操作步骤5.2.1双液浆浆液拌合及运输流程首先，由膨润土制浆单元进行膨润土浆液的制备和储存，膨润土浆通过膨润土泵定量输送到A液制浆机内，然后在A液制浆机内加入定质量清水，随后在A液制浆机内加入定质量稳定剂，最后通过螺旋输送机加入水泥粉料，然后由A液制浆单元对A液各组分进行高速混合搅拌，制备好的A液别储存在2.4m³的搅拌槽中，一共4套搅拌槽，每套A液制浆单元使用1台40m³/h的转运软管泵进行输送，一共4套A液制浆单元，同时转运输浆能力为160m³/h。每两台A液转运软管泵输出到临时储浆搅拌槽(15m³)内临时存储，并用上述相同型号A液软管泵作为A液泵，一共采用2套储浆搅拌槽(15m³)和2台A液泵。A液注浆完成后通过预留管道泵入罐车中，共设置有6台10m³的罐车运输拌制好的A液，在副井口打入罐车内，再由罐车运输至盾构机尾部的转运泵处，由转运泵泵送至1号台车一层储浆罐内储存。(2)B液输浆流程B液输浆流程图如图4-3所示，B液一共采用5个20m³PE塑料桶来存储B液，每一个塑料桶配合一台B液输送泵B液泵的输浆能力为5m³/h。其中3个塑料桶作为临时存储容器，另外2个塑料桶及输送泵作对井下输送B液主系统。临时存储容器可以通过输送泵向2个工作B液塑料桶添加B液。B液运输由管片车进行，管片车一次可运输B液17.5m³。(3)设备电气操作方式电气控制采用S7200SMART可编程控制器，并选用真彩触摸屏，实现了对整个系统工作流程的自动控制及时实监控。系统由膨润土制浆单元，混合制浆单元、膨润土料仓系统等设备。MainProcessMainProcessFlow0.0ManualParameterAdjustOperatingScreenScreenwaterslurrywater0.00ProcessFlow本电气设计有报表查询功能，可以通过“数据查询”生产系统历史数据；、土量、水泥量、稳定剂量、水量，进行查询。(系统只是对自动流程过程中的量进行制浆系统设两种操作模式，即单控操作模式和流程控制操作模式。其中单控操6作是一种应急操作，供设备检修、调试或现场应急操作这用。流程控制操作模式在系统在自动方式下按顺序依次完成程序设定的工艺流程。1)单控操作模式操作前请确认各设备的完好性及接线的正确性，并保证正确的相序，否则触摸屏右上角将显示“反相”。合上电气柜总电源开关及各分路断路器，并合上控制电源、并接通气源。此时电气柜内PLC、触摸屏及控制回路均已通电。把电气柜操作面板上的“控制/单控”选择开关打到右边“单控”。返回返回关阀关阀肇禁称重去皮关阀关阀水泥浆称重1去皮关阀关阀停止停止停止停止水泥浆称重2去皮2)流程控制操作模式流程操作模式下应将“控制/单控”选择开关打在左边时，为流程控制模式。正常生产时将选择开关切换到流程控制，由触摸屏进行自动控制及实时监控。流程操作模式中又可以分为三种工作模式，分别为：①制浆生产模式，按照工艺流程分为加水、加灰、制浆、排浆；②清洗模式，添加一定量的水对设备进行清洗并排放；③排空模式，将桶内残留的浆液排放完毕。流程控制操作之前应根据工程状况进行参数设定，如图5-6所示。膨润土浆排空零限搅拌时间加水泥重量设置加水泥重量校正触摸屏数据清除触摸屏校称画面膨润土重量设置加膨润土重量设置加膨润土浆校正恢复出厂设置重量设置加膨润土恢复出厂设置加水量校正稳定剂添加时间设置水重量设置加水量校正稳定剂添加时间设置恢复出厂设置1触摸屏存储数据清除加水泥重量设置加水泥里量校正搅拌时间设置搅拌时间移除U盘返回水里量设置水里量设置5.2.2双液浆浆液注入流程盾构正常掘进时，为确保注入量满足设计要求，按照既定注浆压力及浆液充盈系数进行同步注浆作业，同时按照工程水文地质环境调整实时调整同步注浆压力。停机时冲洗和保护注浆管道，确保盾尾不会被凝固的浆液包裹，造成复推力大幅增加，损坏钢板束，产生损坏第4道盾尾刷的风险，其同步双液注浆总体施工流程如盾构开始掘进图5-7同步双液注浆总体施工流程图8在开始进行同步双液注浆时，需要对设备、控制系统等进行一系列检查与调控，具体操作步骤为：(1)检查手动阀门及罐体情况检查手动阀门的开启关闭状态是否正确，检查A液、B液罐体内介质的液位及状态是否正确，污水罐有污水则排干净，防止凝固或沉淀堵管打开搅拌，工业水泵站液位是否正常，不能缺水。(2)检查操作箱情况维修旋钮是否为“ON”状态，急停按钮是否为“弹起”状态，A液罐和污水箱内有介质的情况下，搅拌是否开启，辅助液压泵启动按钮“绿色”是否已经按下，如图5-8所示。(3)查看警告界面情况如图4-9所示。红色警告：影响系统功能及操作，必须处理相关故障；黄色警告：提醒警告，不影响系统功能及操作，此警告一般是A液泵停泵时间超过1h未清洗盾尾内置注浆管路时提醒；蓝色警告：红色警告信息处理完成以后转为蓝色警告，不影响系统功能及操作，仅为一个信息记录。9错误警告错误警告手动1-8,2-71手动3-6,4-5累积量半自动表手动表自动模式(4)查看自动(或者手动)界面情况所有压力基本为零，没有憋压情况，如有则泄压；所有流量基本为零，没有流量，如有流量则检查，在泵没有启动、相关阀门关闭的情况下如有流量则大概率为流量计故障；所有的A、B液泵的速度反馈值基本为零，启泵后界面中的字母“M”变为绿色，A液泵未启泵为黑色，B液泵未启泵为蓝色，冲洗水泵停泵，状态为红色；所有阀门均关闭到位，包括盾尾注浆管，即界面上所有的阀门状态均为红色的盈累积量半自动表手动表参数设置半自动模式自动模式|手动1-8,2-7¹手动3-6,4-5总累积量12.0液B图5-10自动(或者手动)界面状态(5)设置参数开始注浆在各个参数设置开始前，需选择工作模式，即手动工作模式、半自动工作模式、自动工作模式。其中手动模式一般应用于管路清洗；半自动工作模式一般应用在始发阶段、正常掘进、过危险源、接收阶段等掘进情况下；自动工作模式推进速度较快，一般在无掘进风险时使用。手动工作模式需要设置以下参数：冲洗时间设置、冲洗次数、最大A液泵压力、最大B液泵压力、每一路的最大压力、每一路的A液泵转速百分比、每一路的B液泵转速百分比。参数设置完毕以后，操作箱工作模式旋钮处于“手动”,手动开启相关阀门和泵，启泵后以上参数可以随时修改并生效。设置%压力流量压力设置%压力半自动工作模式需要设置以下参数：A液与B液比例、每一路的最大压力、冲洗时间设置、选择“半自动模式”、冲洗次数、每一路的A液泵转速百分比、最大A液泵压力、最大B液泵压力。参数设置完毕以后，操作箱工作模式旋钮处于“自动”,打开那一路A液泵吸口的液动刀闸阀，再点击对应那一路的启动按钮进行注浆，启泵后以上参数可以随时修改并生效。自动工作模式需要设置以下参数(界面上所有的参数):A液泵停止延时、重启 A液泵停止延时(a)0B液泵启动延时(s)10液与B液比例冲洗时间设置(s)203自动模式选择自动模式|手动1-8,2-71手动3-6,4-5|累积量半自动表手动表参数设置警告退出参数设置完毕以后，操作箱工作模式旋钮处于“自动”,打开那一路A液泵吸口的液动刀闸阀，再点击对应那一路的启动按钮进行注浆，启泵后以上参数不能轻(6)清洗盾尾内置双液注浆管及注浆管路。当盾构机处于半自动或者自动模式下进行注浆，其中某一路要进行反冲洗，需要将这一路的阀全部关掉，泵全部停掉才可进行反冲洗。注浆完成，需要立即进行反冲洗预计要长时间停机，至少6小时以上时，需要进行正向冲洗，避免管路堵塞。反向冲洗操作步骤(冲洗参数已经设置完成的情况下，旋钮为“自动”):1)启动冲洗水泵(一号水泵负责1～4路，二号水泵辅助5～8路),如果只冲洗1～4路则二号水泵不要启动；2)点击要冲洗的那一路的冲洗按钮进行自动冲洗；3)冲洗完成后马上关掉冲洗水泵；4)1～4路只允许最多任意2路同时冲洗；5)5～8路只允许最多任意2路同时冲洗；6)把两个冲洗水泵同时启起来，在“手动1-8,2-7”界面，操作1/2/7/8路同No.1水No.7铁建重工推进速度(mm/min)水No.2图5-15注浆管路清洗(1)清洗盾尾内置双液注浆管及注浆管路；(2)查看警告界面情况—消除红色警告；(5)检查操作箱情况一辅助液压泵启动按钮“绿色”常亮，严禁停泵，由主控室盾构司机来停泵。5.3劳动力组织织见表5-2所示。序号岗位工作内容11人负责双液注浆技术开展、试验研究、注入质量等过程的全面工作，协调统筹安排其他工作21人负责双液注浆拌合站设备、注浆设备、运输设备的维护、保养、配件采购与更换，确保设备的正常运行31人协助技术负责人，落实施工过程中的各项注浆操作41人负责盾构机上同步双液注浆的安全、质量管控，负5责浆液运输、正常储备，满足正常施工需求6负责盾构机上同步注浆设备的日常维护、保养，确保设备运行正常7负责双液浆拌合设备的日常故障处理、各种物资、工具的储备、浆液地面运输，确保满足盾构掘进所需8负责双液浆原材料进进场后的检测，配合比试验等相关工作9每班运输一次，一次运输17.5m³浆液转运人员2人罐注浆人员负责同步注浆操作、管路清洗、设备维护等相关工作所需主要材料及机具设备表如表6-1所示。序号14个22个35个41个52台64台72台82台9自动上水清水箱1个1临时搅拌槽2个6台2个2个8套7.0.1浆液拌制前要检验拌合站内部设备及其密封效果是否良好，若出现设备故障或泄露状况，应立即联系专职人员进行修整。7.0.2应严格按照室内试验得到的材料添加顺序和用量配比进行A液的拌和，注入管片壁后空隙时应严格控制A液流量与B液流量值，注入完成后应随机对管片背后浆液进行取样并检测其物理力学性能指标。7.0.3水泥净浆拌制完成但长时间未进行同步注浆作业时，水泥净浆应保持搅拌，再次使用前应取样测试浆液是否满足要求。7.0.4同步注浆过程中应严格控制注浆量和注浆压力，保证同步注浆浆液及时且饱满的充填管片与围岩间的间隙。7.0.5双液浆注入管片背后间隙后存在侵入盾尾刷的可能性，装机期间应严格控制盾尾刷的安装质量，推进期间应严格控制盾尾油脂的注入压力及注入量。7.0.6每次掘进完成后启动内循环自动清洗功能连同B液喷嘴处的浆液通过水洗排出，若发生堵管现象利用高压清洗设备进行疏通。7.0.7因设备故障、更换刀具、工人倒班等因素造成盾构长时间停机时，必须对注浆管路、盾尾、注浆泵、储存罐等进行清洗和保护，确保盾构恢复掘进时设备正常。8.安全措施8.0.1颁布落实《安全生产手册》根据大直径泥水盾构的特点和业主、公司的安全生产管理规定，颁布实施适合本工程需要的《安全生产手册》,其内容遵守国家颁布的各种安全规程。工人上岗前进行培训和考核，合格者准予上岗。8.0.2坚持持证上岗制度对于机械操作手、电工、电焊工、架子工等特殊工种工作人员，严格持证上岗，确保按安全操作规程施工，保证施工安全。8.0.3落实安全教育培训制度通过加强全员的安全教育和技术培训考核，使各级管理人员和职工深刻认识安全生产的重要性、必要性，并懂得安全生产的