盾构施工注浆工法的应用

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,11:37,盾构施工注浆工法的应用,wh3,11:37,前,言,盾尾注浆的概念：,由于盾构机刀盘的开挖直径大于管片外径，管片拼,装完毕并脱出盾尾后，与土体间形成一个环形间,隙，简称超挖间隙。超挖间隙如果不及时得到填,充，势必造成地层变形，使相邻地表建、构筑物沉,降或隧道本身偏移。填充超挖间隙、防止因超挖间,隙的存在导致地层发生较大变形，是盾尾注浆的最,重要目的之一。因此，盾尾注浆是盾构工法中必不,可少的关键性辅助工法，合理的施工工艺选择是盾,构掘进施工安全顺利的保证。,11:37,一、盾构注浆的目的,二、盾构注浆的分类,三、浆液的选择,四、注浆设备,五、注浆管理,六、注浆施工中常见问题及对策,11:37,一、盾构注浆的目的：,、减小地层损失所发生的变形,盾尾脱离管片后，土体与管片存在着间隙，此时,浆液迅速及时填充空隙，可立即弥补土层损失，从,而减少地表的变形。,盾构机,超挖间隙,11:37,、提高隧道抗渗性能,盾尾注浆液凝固后，一般有一定抗渗性能，可作,为隧道的第一道止水防线，从而提高隧道抗渗性能。,、确保管片衬砌的早期稳定,具备一定早期强度的浆液及时填充盾尾间隙，可,以确保管片衬砌的早期和后期稳定。盾构隧道是一,种管片衬砌与围岩共同作用的结构稳定的构造物，,管片背面空隙均匀、密实地注入、充填是确保土压,力均匀作用的前提条件。,11:37,4,、通过超前注浆预防地层变形。,对于前方地质软弱或异常（如溶洞、土洞等情,况），采用超前注浆等方式预先加固起到预防地层,变形效果。也为开仓检查创造条件。,5,、通过二次注浆起到以下作用：,（,1,）纠偏、进一步加固或抗渗漏效果。,（,2,）堵截盾构机后方的水源，减少喷涌发生的机会。,（,3,）保证盾构机进出站安全。,11:37,二、盾尾注浆系统分类,1,、根据盾尾注浆与盾构掘进的关系，从时效性上可将盾尾,注浆分为三大类：,（,1,）同步注浆：超挖间隙形成的同时，立即注浆，使浆液,即时填充超挖间隙的方式。,（,2,）及时注浆：掘进了一环或数环后，盾尾已存在大量间,隙空间，才对超挖间隙进行注浆的方式。这种注浆方式由于,不能迅速对超挖间隙进行填充，增大了对土的扰动性，不利,于地面沉降控制，而且由于早期管片脱出盾尾后处于悬空状,态，受力状态较差，容易发生错台。因此，仅在地质情况良,好、对地表沉降要求较低时才能使用。,（,3,）二次注浆：一次注浆效果不理想时，需要通过二次注,浆对前期注浆进行补充。一般在隧道发生偏移、地表沉降异,常及一些特殊地段使用。,11:37,2,、根据盾尾注浆的位置不同，可将盾尾注浆方式,分为两类：,（,1,）通过安装在盾构机盾尾上的注浆管注浆：这,种注浆方式大多采用同步注浆，注浆管的埋设形,式，从数量上有两种。,11:37,日本盾构机在软土,地层的注浆管布,置（凸出式）,海瑞克盾构机的注,浆管布置（内嵌,式）,从注浆管与盾壳的关系上，分为两种,后体,冲洗水,可实施双液注浆的,同步注浆系统,同步注浆装置,清扫孔,注浆材料,活塞,冲洗管开关千斤顶,11:37,同步注浆系统动作说明图,11:37,冲洗时,后体,开,注浆材料,关,注 浆 时,冲洗水,11:37,B液箱,阀单位,B),同步注浆系统,同步注浆装置,水箱,A液箱,11:37,只能实施单液注浆的同步注浆系统,检查、疏通孔,11:37,盾构千斤顶,盾构外板,1,管片,2,旋塞切换,3,A液,B液,盾构千斤顶,盾构外板,1,管片,2,3,A液,B液,旋塞切换,盾构千斤顶,A液,B液,（,2,）通过管片上的注浆孔注浆：这种注浆方式既,可进行同步注浆，也可进行及时注浆和二次注浆。,盾构外板,1,管片,2,旋塞切换,3,盾构千斤顶,盾构外板,1,管片,2,3,A液,B液,旋塞切换,管片组装,掘进开始，诸如开始,掘进40cm，注入旋切换,掘进结束，注入结束,比较项目,通过盾尾注浆管的注浆,通过管片注浆孔的注浆,适用性,极软地层，填充效果会受到限制。,所有地层。并可用于纠偏、封堵盾尾水,源、加固等,注浆形式,利用盾构机本身的注浆系统，多采用同步单,液注浆，也可实施同步双液注浆。,可以利用盾构机的注浆系统，也可以单,独配置注浆系统，多实施及时注浆或二,次注浆，也可实施同步注浆。,可操作性,因注浆管路已安好，注浆操作容易。自动化,程度高，施工控制相对简单。,每组装一环管片，需要向管片注浆孔连,接管路，拆除管路，操作困难。实施同,步注浆的施工控制复杂。,注浆效果,可以通过调整不同注浆管的压力和注浆量使,浆液均匀地分布于地层中。,浆液不易分布均匀。,浆液的可,选性,多选用单液浆,可灵活选用单液、双液或聚合物等。,可能出现,的问题,11:37,管片壁后注浆材料在管道内堵塞，注浆困,难。,在软弱地层中掘进，如果管片壁后注,浆延迟，容易引起地层沉降超量。,泥水平衡式盾构机，管片壁后注浆材料流,向开挖面，引起土仓内泥水劣化及泥水压,力变动。,同左,在盾尾密封内的注入材料泄漏，一方面推,进阻力增大，另一方面地下水向盾构机内,泄漏。,同左,两种主要注浆方式的比较,11:37,3,、根据浆液的输送形式，盾尾注浆分为：,（,1,）直接压送式：由坑外拌浆设备直接把浆液压送到管片,等注入口处的注入方式。盾构直径小、推进距离短时使用。,（,2,）中继设备式：由坑外办浆设备把浆液压送到放置在后,方台车上的中继设备上，由装在台车上的注浆泵注入的方式。,推进距离长、盾构直径较大的场合使用。,（,3,）坑内运输式：坑外拌浆设备压入到放置在台车上罐,中，经坑内运输，用坑内注浆泵注入的方式。不用担心输浆,管堵塞和水清洗，适于定量注入。,（,4,）坑内拌浆：各种浆液材料搬到装在坑内后方台车上的,坑内拌浆设备上，然后混拌注入。,11:37,三、浆液的选择,1,、浆液的主材,浆液指由主剂（主要原材料）、溶剂（水或其他溶剂）及各种,外加剂按一定比例配制而成的混合液体。,浆材分为化学浆材（水玻璃类及高分子类）、非化学浆材（水,泥、粘土、砂、粉煤灰等）。,几种主材的物理特性及技术要求：,（,1,）水泥：矿渣水泥较普通水泥中熟料含量比普通水泥多，早,期强度低，后期强度高，但难以磨细，亲水性差，泌水大。,（,2,）膨润土：分为天然膨润土、改性膨润土和活性膨润土。天,然膨润土又分钙基膨润土和纳基膨润土。优选纳基膨润土。,根据法国隧道工程协会推荐：膨润土水泥浆液配比是每,m,3,加,入,20-80kg,，水泥,100-700kg,。,应先将膨润土与水混合，预膨胀后再与水泥搅拌混合。,（,3,）水：不含过量的酸、碱、盐（,0.1%,）、氯化物（,0.5%,）,以及其他过量悬浮杂质的水都能用来作为拌浆用水。,11:37,（,4,）砂：考虑耐久性、流动性、收缩和碱性反应等因素，,要求级配均匀，最大颗粒不超过,2mm,，当送浆距离远时，,最大粒径,0.5mm,。,（,5,）水玻璃：又名硅酸钠（,Na,2,S,i,O,3,），是常见的水溶性硅,酸盐。,水玻璃溶于水时发生水解反应，使溶液呈碱性。,Na,2,OS,i,O2+H,2,O,N,a,HS,i,O,2,+(m-2)S,i,O,2,aq,通常市售水玻璃浓度,50-56Be,，而注浆需要的浓度多为,30-,45Be,，因此需要稀释后使用。,（,6,）高分子材料,聚氨酯类：水溶性和油溶性两类。聚氨酯类浆液遇水后发生,水解反应，凝胶体体积迅速膨胀，同时发生连锁反应，产生,交联形成泡沫凝固体。可注性好。,11:37,2,、注浆液应具备的特性,（,1,）充填性好，不易流失到盾尾空隙以外的其他,区域。,（,2,）浆液和易性好，不易离析，能长距离输送。,（,3,）浆液注入时不宜被地下水离析。,（,4,）浆液填充后，早期强度均匀，能够稳定隧道。,（,5,）浆液硬化后收缩率和渗透系数小。,（,6,）无公害、价格便宜。,最重要的要求是：充填性、流动性、和易性、凝固,强度（早期强度）。,11:37,3,、浆液种类,：,（,1,）单液浆：由粉煤灰、砂、胶凝材料、水、外加剂等在,搅拌机等搅拌器中一次拌合而成。,根据凝胶材料的加入情况，单液浆又可分为惰性浆液和硬性,浆液。惰性浆液即浆液中没有掺加水泥等凝胶物质，早期强,度和后期强度均很低的浆液。而硬性浆液即在浆液中掺加了,水泥等凝胶物质，具备一定早期强度和后期强度的浆液。,（,2,）双液浆：由水泥砂浆等搅拌成的,A,液与由水玻璃等组成,的,B,液混合而成的浆液。,根据凝结时间和固结形态，可以分为以下几类：,缓凝型：凝胶时间大于,30s,。可塑态固结区时间很短,瞬凝型：凝胶时间小于,20s,。可塑态固结区时间较短,可塑型：凝胶时间,6-20s,。可塑态固结区时间较长,当,A,液中加入粉煤灰或矿渣时，可以适当延长胶凝时间,11:37,凝胶时间、固结强度、气温与浆,材参数的关系,水灰比：,B,液浓度一定时，,A/B,液体积比一定时，水灰比越大，,浆液的凝胶时间越长。,11:37,水玻璃浓度：其他因素不变时，水玻璃浓度增加，凝胶时,间开始略有下降，最后略有回升。,11:37,A/B,液体积比：其他因素不变，水泥浆与水玻璃体积比在,1:0.3-1:1,范围内，体积比越大，凝胶时间越短。,通常,A,液流动粘度控制在,25-35s,，,B,液,20s,左右，,27-30Be,体积比,8:1-14:1,11:37,水泥用量与单轴抗压强度的关系,因此，调整浆液凝胶时间的最优选择，是调整水灰比，其次,调整体积比。,几组注浆配比例子,单液：,水泥,:,砂,:,粉煤灰,:,膨润土,:,水,50:220:510:20:200:3,；,0:680:400:100:430;100:240:400:30:230;,250:1330:150:100:300:2;,250:1330:0:30:420:14.1,双液：,A,液：水,757,：水泥,382,：膨,55,：稳定剂,1.47,B,液：硅酸,91L,7s,A,液：水,703,：水泥,400,：膨,133,：稳定剂,2,B,液,89.3,13s,A,液：水,816,：水泥,367,：缓凝剂,2.9,B,液：,118,11-13s,A,液：水,819,；水泥,260,；膨润土,30,；缓凝剂,0.9,B,液：水玻璃,80,；,11:37,6-11s,30-40min,，,4MPa,材料名,称,A,液,B,液,水泥,P.O32.5,粉煤灰,膨润土,水,水玻璃,水,价格,340,120,400,3,610,3,11:37,A,、,B,液价格比较,四、注浆设备,盾尾注浆设备基本上由材料贮藏设备、计量设备、拌,浆机、贮液罐、注浆泵、注入管、注入控制装置、记录,装置等构成。,材料贮藏设备：纵型筒仓和横型筒仓两种。,计量设备：多采用计量重量和容积这两个参数。,拌浆机：多以搅拌式为主，有单槽、横双槽、上下双,槽型等。,贮液罐：多用带搅拌器的罐，容量多按,1-2,环标准注入,量计。,注浆泵：有适于压送浆液和适于注浆两种，浆材改,变，泵的使用条件也改变。泵要求的喷射压力与输浆管,直,11:37,。,径,11:37,注入输浆管：输浆管直径不同，浆液类型不同，管,的阻力也不同。,双液浆的混合装置：多采用简单的,Y,型管混合注入。,但这种混合方式的效果不好，容易出现,A,、,B,液倒流,现象。,注浆控制系统：由千斤顶速度测定装置、注入量调,节装置、自动注入率的设定装置、变速电动机、压,力调节装置、记录装置、报警显示装置、,A/B,液注,入比例设定装置等构成。,11:37,管路混合器实例：,11:37,双液注入方式的背后注入系统图实例,11:37,五、注浆管理,1,、注入量,Q=V,V:,空隙量：,V=,/4(D,22,-D,12,)L+V,：注入率，它的选择对于注入量至关重要。,与,1,