盾构同步注浆材料施工是在盾构掘进施工过程的哪个时期(盾构机同步注浆泵工作原理)

一土压平衡盾构掘进

一土压平衡式掘进特点

土压平衡盾构是将开挖下来的土砂充满到开挖面和隔板之间泥土仓根据需要在其中注入改良材料用适当的土压力确保开挖面的稳定性通过贯穿隔板设置的螺旋输送机可在推进的同时进行排土在施工时必须在开挖两层隔板之间充满土砂对其进行加压达到满足开挖面的稳定需要的状态为了获得适合于盾构推进量的排土量要对土压力和出土盘进行计量对螺旋式排土器的转数和盾构的推进速度进行控制达到平衡状态同时还要掌握刀盘扭矩和推力等进行正确的控制管理以防止开挖面的松动和破坏

二土仓压力管理

1在土压平衡盾构的施工中为了确保开挖面的稳定要适当地维持压力舱压力一般如果土仓压力不足发生开挖面的涌水或坍塌风险就会增大如果压力过大又会引起刀盘扭矩或推力的增大而发生推进速度下降或地面隆起等问题

2土仓压力管理的基本思路是作为上限值以尽量控制地表面的沉降为目的而使用静止土压力作为下限值可以允许产生少量的地表沉降但可确保开挖面的稳定为目的而使用主动土压力

3掌握开挖面的稳定状态一般是用设置在隔板上的土压计来确定土仓压力

4推进过程中土仓压力维持有如下的方法

用螺旋排土器的转数控制

用盾构千斤顶的推进速度控制

两者的组合控制等

通常盾构设备采用组合控制的方式

5要根据各施工条件实施良好的管理另外需要确认伴随推进所产生的地基的变形排土状态刀盘扭矩以及其变化情况及时在推进中修正土仓压力

三排土量管理

1为了一边保持开挖面的稳定一边顺利地进行推进则需要适量地进行排土以维持排土量和推进量相平衡可是由于围岩的重度在掘进中会有一定的波动以及受添加剂的种类添加量或排土方式等因素的影响排出渣土的重度也会发生变化所以要恰当地掌握排土量是比较困难的另外作为排土其状态可在半固体状态到流体状态之间变化其性状是各种各样的因此仅单独根据排土量的管理来控制开挖面坍塌或地基沉降是困难的最好是根据压力舱的压力管理和开挖土量管理同时进行

2排土量管理的方法可大致分为容积管理法和重量管理法作为容积管理法一般是采用计算渣土搬运车台数的方法或从螺旋排土器转数等进行推算重量管理法一般是用渣土搬运车重量进行验收计算渣土搬运车台数的方法是一种粗略式的估计由于应用简便在现场使用较多

四渣土改良

土压平衡盾构的渣土排出量必须与掘进的挖掘量相匹配以获得稳定而合适的支撑压力值使掘进机的工作处于最佳状态当通过调节螺旋输送机的转速仍不能达到理想的出土状态时可以通过改良渣土的塑流状态来调整

1改良渣土的特性

在土压平衡工况模式下渣土应具有以下特性

1良好的塑流状态

2良好的黏稠度

3低内摩擦力

4低透水性

2当渣土满足不了这些要求时需通过向刀盘土仓内及螺旋输送机内注入改良材料对渣土进行改良常用的改良材料是泡沫或膨润土泥浆

五土压平衡盾构掘进要点

1开挖渣土应充满土仓渣土形成的土仓压力应与刀盘开挖面外的水土压力平衡并应使排土量与开挖土量相平衡

2应根据隧道工程地质和水文地质条件埋深线路平面与坡度地表环境施工监测结果盾构姿态以及始发阶段的经验设定盾构刀盘转速掘进速度和土仓压力等掘进参数

3掘进中应监测和记录盾构运转情况掘进参数变化和排出渣土状况并应及时分析反馈调整掘进参数和控制盾构姿态

4应根据工程地质和水文地质条件向刀盘前方及土仓注入改良剂渣土应处于流塑状态

二泥水加压盾构掘进

一泥水加压式掘进特点

泥水加压盾构掘进过程中一边用泥浆维持开挖面的稳定一边用机械开挖方式来开挖渣土由泥浆输送到地面该施工方法是将开挖设备开挖面稳定系统渣土处理设备作为一个整体系统来进行使用的系统的运行要充分考虑到排土量泥浆质量开挖面状态壁后注浆送排泥流量排泥流速等条件的设定和管理见图1K2

二泥水仓压力管理

1在泥水加压式盾构施工法中为了确保开挖面的稳定需要根据开挖面的土质及土水压力适当地设定泥浆压力一般如果泥浆压力不足发生开挖面坍塌的危险就会增大如果压力过大又会出现泥浆喷发和地面隆起的可能

2泥水仓压力管理的基本思路是作为上限值以尽量控制地表面的沉降为目的而使用静止土压力作为下限值在允许少量沉降但以保持开挖面稳定为目的而使用主动土压力

3掌握开挖面的稳定状态一般是用设置在隔板上的水压计来确认泥水仓内的泥水压力

4作为掌握开挖面状态的开挖面探查法和土压平衡盾构一样也有使用机械触探法或非接触性电磁波超声波调查法的但两者都是用来探查开挖面前方或上方的局部疏松或空洞为判断开挖面稳定状态提供辅助性信息

三排土量管理

为了一边保持开挖面的稳定一边顺利地推进开挖开挖时需要使排出和开挖的土量相平衡泥水加压盾构施工一般是从设置在送泥管和排泥管上的流量计和密度计取得数据通过计算求出偏差流量和开挖干砂量以把握开挖面的状态这一方法也可用来推断围岩的地质变化为此要对前几环的偏差流量和开挖干砂量进行统计计算

四泥水处理系统和仓内破碎技术

1开挖下来的土砂在泥水仓内经搅拌翼等搅拌混合通过排泥管道输送到地面运到地面的泥浆用一次分离装置除去砾砂等粉砂黏土等添加凝固材料等形成块团粒在此基础上用机械处理或其他的方法从泥浆中分离出固粒与砾砂等排出运走分离后剩余的泥浆加上水黏土蒙脱土增黏剂等调整相对密度浓度黏性再被输送到开挖面循环利用

2泥水加压盾构维持开挖面稳定的关键是在开挖面形成高质量的泥膜因此要对排泥管排出的泥水进行处理处理后的泥水经调整后再通过送泥管泵入泥水仓

3对于大粒径的砾石需要用安装在泥水仓内的破碎机粉碎另外对于无法进入刀盘开口的砾石通过刀盘上的滚刀破碎处理

五泥水加压盾构掘进要点

1泥浆压力与开挖面的水土压力应保持平衡排出渣土量与开挖渣土量应保持平衡并应根据掘进状况进行调整和控制

2应根据工程地质条件经试验确定泥浆参数应对泥浆性能进行检测并实施动态管理

3应根据隧道工程地质与水文地质条件隧道埋深线路平面与坡度地表环境施工监测结果盾构姿态和盾构始发阶段的经验设定盾构刀盘转速掘进速度泥水仓压力和送排泥水流量等掘进参数

4泥水管路延伸和更换应在泥水管路完全卸压后进行

5泥水分离设备应满足地层粒径分离要求处理能力应满足最大排渣量的要求渣土的存放和运输应符合环境保护要求

三管片拼装控制

一拼装方法

1管片选型

应根据设计要求选择管片类型排板方法拼装方式和拼装位置当在曲线地段或需纠偏时管片类型和拼装位置的选择应根据隧道设计轴线和上一环管片姿态盾构姿态盾尾间隙推进油缸行程差和铰接油缸行程差等参数综合确定

2拼装顺序

一般从下部的标准A型管片开始依次左右两侧交替安装标准管片然后拼装邻接B型管片最后安装楔形K型管片

3盾构千斤顶操作

拼装时禁止盾构千斤顶同时全部缩回否则在开挖面土压的作用下盾构会后退开挖面将异常不稳定开挖面土压损失并失去平衡管片拼装空间也将难以保证因此随管片拼装顺序分别缩回盾构千斤顶非常重要

4紧固连接螺栓

先紧固环向管片之间连接螺栓后紧固轴向环与环之间连接螺栓采用扭矩扳手紧固紧固力取决于螺栓的直径与强度

5楔形管片安装方法

楔形管片安装在邻接管片之间为了不发生管片损伤密封条剥离必须充分注意正确地插入楔形管片为方便插入楔形管片可装备能将邻接管片沿径向向外顶出的千斤顶以增大插入空间

拼装径向插入型模形管片时先径向重叠顶起再纵向插入

6复紧连接螺栓

一环管片拼装后利用全部盾构千斤顶均匀施加压力充分紧固轴向连接螺栓

盾构继续掘进后在盾构千斤顶推力脱出盾尾后土水压力的作用下衬砌产生变形拼装时紧固的连接螺栓会松弛为此待推进到千斤顶推力影响不到的位置后用扭矩扳手等再一次紧固连接螺栓再复紧的位置随隧道外径隧道线形管片种类地质条件等而不同

二真圆保持

管片拼装呈真圆并保持真圆状态对于确保隧道尺寸精度提高施工速度与止水性及减少地层沉降非常重要

管片环从盾尾脱出后到注浆浆体硬化并将管片间隙填充密度达到约束管片变形的条件时多采用真圆保持装置

三管片拼装施工要点

1管片拼装前应对上一衬砌环面进行清理

2应控制盾构推进千斤顶的推力和行程并应保持盾构姿态和开挖面稳定

3应根据管片位置和拼装顺序逐块依次拼装成环

4管片连接螺栓紧固扭矩应符合设计要求管片拼装完成脱出盾尾后应对管片螺栓及时复紧

5拼装管片时应防止管片及防水密封条损坏

6对已拼装成环的衬砌环应进行椭圆度抽查

7当盾构在既有结构内空推并拼装管片时应合理设置导台并应采取措施控制管片拼装质量和壁后填充效果

8当在富水稳定岩层掘进时应采取防止管片上浮偏移或错台的措施

9当在联络通道等特殊位置拼装管片时应根据特殊管片的设计位置预先调整盾构姿态和盾尾间隙管片拼装应符合设计要求

四管片拼装误差及其控制

管片拼装时若管片间连接面不平行导致环间连接面不平则拼装中的管片与已拼管片的角部呈点接触或线接触在盾构千斤顶推力作用下管片易发生碎裂见图1K4为此拼装管片时各管片连接面要拼接整齐连接螺栓要充分紧固

另外盾构掘进方向与管片环方向不一致时盾构与管片产生干涉将导致管片损伤或变形伴随管片宽度增加上述情况增多为防止管片损伤预先要根据曲线半径与管片宽度对适宜的盾构方向控制方法进行详细研究施工中对每环管片的盾尾间隙认真检测并对隧道线形与盾构方向严格控制在盾构与管片产生干涉的场合必须迅速改变盾构方向消除干涉

盾构纠偏应及时连续过大的偏斜量不能采取一次纠偏的方法纠偏时不得损坏管片并保证后一环管片的顺利拼装

五管片修补

当已拼装完成的钢筋混凝土管片表面出现一般缺陷时应及时修补修补后质量应符合验收要求

管片修补时应分析管片破损原因及程度制定修补方案修补材料强度不应低于管片强度

四壁后注浆

壁后注浆是向管片与围岩之间的空隙注入填充浆液向管片外压浆的工艺应根据所建工程对隧道变形及地层沉降的控制要求来确定根据工程地质条件地表沉降状态环境要求及设备性能等选择注浆方式注浆过程中应采取减少注浆施工对周围环境影响的措施

一壁后注浆的目的

管片壁后注浆按与盾构推进的时间和泞浆目的不同可分为同步注浆二次注浆和堵水注浆

1同步注浆

同步注浆与盾构掘进同时进行是通过同步注浆系统在盾构向前推进盾尾空隙形成的同时进行浆液在盾尾空隙形成的瞬间及时起到充填作用使周围土体获得及时的支撑可有效防止岩体的坍塌控制地表的沉降

2二次注浆

管片背后二次补强注浆则是在同步注浆结束以后通过管片的吊装孔对管片背后进行补强注浆补充部分未填充的空腔提高管片背后土体的密实度以提高同步注浆的效果二次注浆的浆液充填时间要滞后掘进一段时间对隧道周围土体起到加固和止水的作用

3堵水注浆

为提高背衬注浆层的防水性及密实度在富水地区考虑前期注浆受地下水影响以及浆液固结率的影响必要时在二次注浆结束后进行堵水注浆

盾构推进时盾尾空隙在围岩塌落之前要及时地进行压浆以充填空隙稳定地层此举不但可防止地面沉降而且有利于隧道衬砌的防水选择合适的浆液注浆参数注浆工艺在管片外围形成稳定的固结层将管片包围起来形成一个保护圈防止地下水侵入隧道中

壁后注浆的目的如下

1使管片与围岩之间的环形空隙尽早建立注浆体的支撑体系防止隧道周围土体塌陷与地下水流失造成地层损失控制地面沉降值

2尽快获得注浆体的固结强度确保管片初衬结构的早期稳定性防止长距离的管片衬砌背后处于无支承力的浆液环境内使管片发生移位变形

3作为隧道衬砌结构加强层具有耐久性和一定强度充填密实的注浆体将地下水与管片隔离避免或大大减少地下水直接与管片接触的机会从而成为管片的保护层避免或减缓了地下水对管片的侵蚀提高衬砌结构的耐久性

二同步注浆方法与工艺

同步注浆通过注浆系统及盾尾的内置注浆管可采用双泵四管路四注入点对称同时注浆注浆可根据需要采用自动控制或手动控制自动控制方式即预先设定注浆压力由控制程序自动调整注浆速度当注浆压力达到设定值时自行停止注浆手动控制方式则由人工根据掘进情况随时调整注浆流量速度压力

三注浆材料与参数

1根据注浆要求应通过试验确定注浆材料和配合比可按地质条件隧道条件和周边环境条件选用单液或双液注浆材料

2注浆材料的强度流动性可填充性凝结时间收缩率和环保等应满足施工要求

3应根据注浆量和注浆压力控制同步注浆过程注浆速度应根据注浆量和掘进速度确定

4注浆压力应根据地质条件注浆方式管片强度设备性能浆液特性和隧道埋深等因素确定

5同步注浆的充填系数应根据地层条件施工状态和环境要求确定充填系数宜为130250

6二次注浆的注浆量和注浆压力应根据环境条件和沉降监测结果等确定

四壁后注浆施工要点

1注浆前应根据注浆施工要求准备拌浆储浆运浆和注浆设备并应进行试转

2注浆前应对注浆孔注浆管路和设备进行检查

3浆液应符合下列规定

1浆液应按设计施工配合比拌制

2浆液的相对密度稠度和易性杂物最大粒径凝结时间凝结后强度和浆体固化收缩率均应满足工程要求

3拌制后浆液应易于压注在运输过程中不得离析和沉淀

4合理制定壁后注浆的工艺并应根据注浆效果调整注浆参数

5宜配备自动记录注浆量注浆压力和注浆时间等参数的仪器

6注浆作业应连续进行作业后应及时清洗注浆设备和管路

7采用管片注浆口注浆后应封堵注浆口

五隧道姿态控制

线形控制的主要任务是通过控制盾构姿态使构建的衬砌结构几何中心线线形顺滑且位于偏离设计中心线的容许误差范围内

一掘进管理测量

1为了使隧道线路控制在施工容许误差以内在盾构推进时需根据隧道内测量进行推进管理测量推进管理测量要根据规定的测量方法使用适当的测量设备力求提高作业的效率

2在推进时为了尽早掌握盾构装配的管片与计划线路之间的偏差立即修正盾构推进方向要频繁仔细地实施推进管理测量原则上每天进行两次对于已组装的管片测定盾构的相对位置或者测量盾构的纵向偏差横向偏差和转动偏差等量以掌握盾构的位置和状态

3关于管片和盾构的相对位置通过测量左右上下千斤顶的行程差和盾尾空隙就能确定大致的情况盾构的横向偏差纵向偏差和转动偏差能通过在盾构上设置测锤倾斜仪回转罗盘或使用经纬仪等来测量另外通过使用自动测量系统也能实时取得测量结果

二盾构姿态控制要点

1应通过调整盾构掘进液压缸和钱接液压缸的行程差控制盾构姿态

2应实时测量盾构里程轴线偏差俯仰角方位角滚转角和盾尾管片间隙应根据测量数据和隧道轴线线型选择管片型号

3应对盾构姿态及管片状态进行测量和复核并记录

4纠偏时应控制单次纠偏量应逐环和小量纠偏不得过量纠偏

5根据盾构的横向和竖向偏差及滚转角调整盾构姿态可采取液压缸分组控制或使用仿形刀适量超挖或反转刀盘等措施