一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法，包括步骤：一、第一次注浆：采用注浆系统且由上至下通过土仓向空洞下部注入第一水泥砂浆；第一注浆浆液由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比45～55︰45～55︰180～220︰540～660︰360～440配成；二、第二次注浆：采用注浆系统向空洞中部注入第二水泥砂浆；第二水泥砂浆由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比90～110︰68～82︰200～280︰540～660︰420～500配成；三、第三次注浆：采用注浆系统向空洞上部注入水泥浆。本发明步骤简单、设计合理、操作简便且投入成本低、使用效果好，能解决传统注浆加固方法存在的多种问题。
【专利说明】一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于盾构隧道施工【技术领域】，尤其是涉及一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法。
【背景技术】
[0002]盾构法是现代隧道施工的一种全机械化施工方法，其主要使用的机械设备为盾构机2。如图1-1、图1-2所示，盾构施工过程中，对盾构机2进行压气换刀作业时，由于掌子面长时间暴露在外，隧道掌子面顶部容易出现大体积坍塌并形成空洞I。随着盾构机刀具更换地进行，掌子面顶部空洞I的暴露时间较长，掌子面不稳定，并且，空洞I会随着时间的推移逐渐发展，继而会导致地面的塌陷，影响周围建筑物、构筑物等的安全，还会对正在换刀的作业人员人身安全造成威胁，致使压气换刀作业人员很难按原计划将全部需要更换的刀具更换完毕。
[0003]传统的空洞处理方法是通过盾构机内置的注浆管对前方松软土体进行注浆加固，以提高前方土体的强度，避免掌子面进一步坍塌。但上述传统注浆加固方法存在以下缺陷:第一、注浆加固效果不佳；第二、、加固范围不能覆盖整个空洞；第三、空洞若较长时间暴露，仍会继续扩大；第四、注浆加固后土体强度分布不均，如掌子面仍暴露在空气中，掌子面有继续坍塌的可能。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法，其步骤简单、设计合理、操作简便且投入成本低、使用效果好，能有效解决传统注浆加固方法存在的注浆加固效果不佳、不能对掌子面空洞进行有效处理等问题。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法，所处理掌子面空洞为位于盾构机的刀盘前方上部的空洞，其特征在于该方法包括以下步骤:
[0006]步骤一、第一次注浆:采用盾构机的注浆系统，且通过盾构机的土仓向空洞下部注入第一水泥砂楽；第一次注楽过程中，将所述土仓内部压力控制在1.5bar?3.5bar之间；
[0007]第一次注浆时，由上至下向所述土仓内注入所述第一注浆浆液；第一次注浆完成后，所述土仓的内侧上部为水泥砂浆填充段，所述水泥砂浆填充段的底部高度低于空洞的底部高度；
[0008]所述第一注浆浆液由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比(45?55): (45?55): (180?220): (540?660): (360?440)的比例均匀混配而成；
[0009]步骤二、第二次注浆:采用所述注浆系统，向空洞中部注入第二水泥砂浆；
[0010]第二次注浆之前，先通过第一注浆管将所述注浆系统与空洞内部连通；所述第二水泥砂浆由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比(90?110): (68?82): (200?280): (540?660): (420?500)的比例均匀混配而成；
[0011]步骤三、第三次注浆:采用所述注浆系统，向空洞上部注入水泥浆；
[0012]第三次注浆之前，先通过第二注浆管将所述注浆系统与空洞上部连通。
[0013]上述一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法，其特征是:所述盾构机的注浆系统包括同步注浆系统和二次注浆机；步骤一中进行第一次注浆和步骤二中进行第二次注浆时，所述注浆系统均为盾构机的同步注浆系统；第二次注浆之前，先通过第一注浆管将所述同步注浆系统与空洞内部连通；步骤三中进行第三次注浆时，所述注浆系统为盾构机的二次注浆机，第三次注浆之前，先通过第二注浆管将所述二次注浆机与空洞上部连通。
[0014]上述一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法，其特征是:步骤三中第三次注浆完成后，待步骤一中所注第一注浆浆液、步骤二中所注第二注浆浆液和步骤三中所注水泥浆均初凝后，对刀盘上的需更换刀具进行更换。
[0015]上述一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法，其特征是:步骤一中进行第一次注浆之前，先将盾构机的注浆系统与土仓壁上所设置的注浆孔连接，所述土仓壁为所述土仓的侧壁；步骤一中第一次注浆时、步骤二中第二次注浆时和步骤三中第三次注浆时，所述注浆系统均通过所述土仓壁上的注浆孔进行注浆。
[0016]上述一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法，其特征是:所述土仓壁上所设置注浆孔的数量为多个；多个所述注浆孔包括布设在土仓壁上部中央的第三注浆孔、分别布设在土仓壁中部左右两侧的第一注浆孔与第五注浆孔、位于第一注浆孔与第三注浆孔之间的第二注浆孔、位于第三注浆孔与第五注浆孔之间的第四注浆孔，所述第一注浆孔、第二注浆孔、第三注浆孔、第四注浆孔和第五注浆孔沿圆周方向布设；
[0017]所述第四注浆孔通过第二注浆管与空洞顶部连通，所述第一注浆孔上装有排气管且其通过排气管与空洞顶部连通，所述第一注浆孔为排气孔，所述第二注浆孔通过第一注浆管与空洞内部连通；所述第四注浆孔、第二注浆孔和第三注浆孔均与盾构机的注浆系统连接；
[0018]步骤一中进行第一次注浆时，从第三注浆孔注入第一水泥砂浆；注入第一水泥砂浆过程中，通过排气管进行排气；
[0019]步骤二中进行第二次注浆时，通过第二注浆孔注入第二水泥砂浆；注入第二水泥砂浆过程中，通过排气管进行排气；
[0020]步骤三中进行第三次注浆时，通过第四注浆孔注入水泥浆；注入水泥浆过程中，通过排气管进行排气。
[0021]上述一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法，其特征是:所述第一注浆管上端高出刀盘的高度为H1，其中Hl = 450mm?550mm ;所述第五注浆孔上安装有对第一注浆管的注浆状况进行观测的观测管，所述第五注浆孔为观测孔；所述观测管上端高出刀盘的高度为 H2，其中 H2 = 250mm ?350_ ；
[0022]步骤二中进行第二次注浆时，当观测管内留出第二水泥砂浆时，停止注浆。
[0023]上述一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法，其特征是:步骤一中所述水泥砂浆填充段的高度为所述土仓高度的一半；步骤二中第二次注浆完成后，所述空洞内部所填充第二注浆浆液的液面高出刀盘顶部250mm?350mm。
[0024]上述一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法，其特征是:步骤一中所述第一注浆浆液由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比(48?52): (48?52): (195?205):(580?620): (390?410)的比例均匀混配而成；步骤二中所述第二水泥砂浆由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比(95?105): (72?78): (235?245): (580?620):(450?470)的比例均匀混配而成。
[0025]上述一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法，其特征是:步骤一中所述第一注浆浆液和所述第二注浆浆液中的膨润土均为钠基膨润土；步骤一中所述第一注浆浆液和所述第二注浆浆液中的砂均为细砂；步骤一中第一次注浆过程中，将所述土仓内部压力控制在 2.5bar ?3.4bar 之间。
[0026]上述一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法，其特征是:所述盾构机的盾体由前至后分为前盾、中盾和盾尾，所述前盾为切口环；步骤一中进行第一次注浆之前，先用海绵和/或棉纱对刀盘与切口环之间以及切口环与外侧土体之间的缝隙进行封堵；步骤一中第一次注浆过程中、步骤二中第二次注浆过程中和步骤三中第三次注浆过程中，均通过注液设备在中盾所处位置处注水溶性聚氨酯。
[0027]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0028]1、方法步骤简单、投入成本低且操作、施工简便，实现方便。
[0029]2、设计合理，将土仓壁上的注浆孔与刀盘的前方空洞连通后，由先至后分三次对空洞进行不同材料的注浆，其中第一次注浆通过盾构机的同步注浆系统，向空洞注入第一注浆浆液，注浆量按土仓内剩余半仓土考虑；第二次注浆通过盾构机的同步注浆系统，向空洞注入第二注浆浆液，注入至刀盘上方30cm位置；第三次通过盾构机的二次注浆机将水泥浆向空洞顶部加注。三次注浆都辅以空气排放，控制土仓内压力的稳定。同时，为了防止浆液裹住盾体，在中盾处注水溶性聚氨酯。待土仓及空洞内砂浆浆液后再进行常压换刀。
[0030]同时，三次注浆所用的浆液组分设计合理，其中第一注浆浆液中水泥含量相对较低，不仅能对土仓进行一定程度回填，而且能对空洞底部进行有效充填，同时后期土仓清理方便；第二注浆浆液中水泥含量相对较高，充填后所形成填充层的粘结强度大，能满足空洞中部充填的需求；而第三次注浆时采用水泥浆对空洞顶部进行充填，水泥浆与水泥砂浆相比，比较细腻且其结合性好，使得空洞上部土体与所注浆液形成的填充层能有效结合，避免掌子面长时间暴露，并能有效防止空洞继续扩大。因而，采用三种不同材料对空洞进行充填，能充分发挥三种材料各自的优势，并能对空洞进行快速、有效处理，注浆加固效果好。
[0031]3、注浆方便，采用盾构机自带的同步注浆系统和二次注浆机便能完成注浆，并且通过土仓壁上的注浆孔进行注浆，只需在注浆孔上接上对应的管路即可，无需对盾构机其它结构进行调整，因而实际操作简便、设备投入成本较低且前期准备时间短，实现方便。
[0032]4、空洞处理时间短，不影响施工工期。
[0033]5、空洞处理完成后进行换刀时的安全系数非常高，能够有效保证换刀施工过程快速、有效进行，在常压条件下换刀，避免了带压换刀的风险。
[0034]6、使用效果好且实用价值高，注浆加固效果好，采用空洞注浆填充的方法，在空洞形成初期便能简便、快速封闭土仓和空洞，避免掌子面长时间暴露，使掌子面尽快达到稳定。同时，加固范围能覆盖整个空洞，注浆加固后土体强度分布均匀，掌子面继续坍塌的可能较小。因而，能有效解决传统注浆加固方法存在的注浆加固效果不佳、加固范围不能覆盖整个空洞、加固后土体强度分布不均、掌子面存在继续坍塌隐患等问题。
[0035]综上所述，本发明步骤简单、设计合理、操作简便且投入成本低、使用效果好，能有效解决传统注浆加固方法存在的注浆加固效果不佳、不能对掌子面空洞进行有效处理等问题。
[0036]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]图1-1为盾构施工时掌子面空洞的结构和位置示意图。
[0038]图1-2为图1-1的右视图。
[0039]图2为本发明的方法流程框图。
[0040]图3为本发明土仓壁上注浆孔的管路连接状态示意图。
[0041]附图标记说明:
[0042]I一空洞；2—盾构机；2-1—刀盘；
[0043]3一土仓壁；4-1一第一注楽孔；4-2—第二注楽孔；
[0044]4-3一第二注楽孔；4_4一第四注楽孔；4_5—第五注楽孔；
[0045]5—第一注浆管；6—第二注浆管；7—排气管；
[0046]8—观测管；一；一；
【具体实施方式】
[0047]实施例1
[0048]如图2所示的一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法，所处理掌子面空洞为位于盾构机2的刀盘2-1前方上部的空洞1，包括以下步骤:
[0049]步骤一、第一次注浆:采用盾构机2的注浆系统，且通过盾构机2的土仓向空洞I下部注入第一水泥砂楽；第一次注楽过程中，将所述土仓内部压力控制在1.5bar?3.5bar之间。
[0050]第一次注浆时，由上至下向所述土仓内注入所述第一注浆浆液；第一次注浆完成后，所述土仓的内侧上部为水泥砂浆填充段，所述水泥砂浆填充段的底部高度低于空洞I的底部高度。
[0051]所述第一注浆浆液由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比(45?55): (45?55): (180?220): (540?660): (360?440)的比例均匀混配而成。
[0052]步骤二、第二次注浆:采用所述注浆系统，向空洞I中部注入第二水泥砂浆。
[0053]第二次注浆之前，先通过第一注浆管5将所述注浆系统与空洞I内部连通；所述第二水泥砂浆由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比(90?110): (68?82): (200?280): (540?660): (420?500)的比例均匀混配而成。
[0054]步骤三、第三次注浆:采用所述注浆系统，向空洞I上部注入水泥浆。
[0055]第三次注浆之前，先通过第二注浆管6将所述注浆系统与空洞I上部连通。
[0056]本实施例中，所述盾构机2的注浆系统包括同步注浆系统和二次注浆机。步骤一中进行第一次注浆和步骤二中进行第二次注浆时，所述注浆系统均为盾构机2的同步注浆系统；第二次注浆之前，先通过第一注浆管5将所述同步注浆系统与空洞I内部连通；步骤三中进行第三次注浆时，所述注浆系统为盾构机2的二次注浆机，第三次注浆之前，先通过第二注浆管6将所述二次注浆机与空洞I上部连通。
[0057]实际施工时，步骤一中所述第一注浆浆液优选由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比(48 ?52): (48 ?52): (195 ?205): (580 ?620): (390 ?410)的比例均匀混配而成；步骤二中所述第二水泥砂浆优选由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比(95 ?105): (72 ?78): (235 ?245): (580 ?620): (450 ?470)的比例均匀混配rfn 。
[0058]本实施例中，所述第一注浆浆液由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量50: 50:200: 600: 400的比例均匀混配而成；步骤二中所述第二水泥砂浆优选由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比100: 75: 240: 600: 460的比例均匀混配而成。
[0059]实际施工过程中，可根据具体需要，对所述第一注浆浆液和所述第二注浆浆液中各组分的配比进行相应调整。
[0060]本实施例中，步骤三中所述水泥浆由水泥和水按重量比1:1的比例均匀混配而成。
[0061 ] 本实施例中，步骤一中所述第一注浆浆液和所述第二注浆浆液中的膨润土均为钠基膨润土。步骤一中所述第一注浆浆液和所述第二注浆浆液中的砂均为细砂。
[0062]本实施例中，步骤一中第一次注浆过程中，将所述土仓内部压力控制在2.5bar?
3.4bar 之间。
[0063]并且，步骤二中第二次注浆过程中和步骤三中第三次注浆过程中，将所述土仓内部压力均控制在2.5bar?3.4bar之间；
[0064]本实施例中，步骤三中第三次注浆完成后，待步骤一中所注第一注浆浆液、步骤二中所注第二注浆浆液和步骤三中所注水泥浆均初凝后，对刀盘2-1上的需更换刀具进行更换。
[0065]实际对需更换刀具进行更换时，采用常压换刀方法。实际进行更换时，采用打凿工具对凝固在所述土仓内的水泥砂浆块进行人工清理，且水泥砂浆块清理过程中，同步对需更换刀具进行更换。
[0066]步骤一中进行第一次注浆之前，先将盾构机2的注浆系统与土仓壁3上所设置的注浆孔连接，所述土仓壁3为所述土仓的侧壁。步骤一中第一次注浆时、步骤二中第二次注浆时和步骤三中第三次注浆时，所述注浆系统均通过所述土仓壁上的注浆孔进行注浆。本实施例中，所述土仓壁3为圆形。
[0067]本实施例中，所述土仓壁3上所设置注浆孔的数量为多个；多个所述注浆孔包括布设在土仓壁3上部中央的第三注浆孔4-3、分别布设在土仓壁3中部左右两侧的第一注浆孔4-1与第五注浆孔4-5、位于第一注浆孔4-1与第三注浆孔4-3之间的第二注浆孔4_2、位于第三注浆孔4-3与第五注浆孔4-5之间的第四注浆孔4-4，所述第一注浆孔4-1、第二注浆孔4-2、第三注浆孔4-3、第四注浆孔4-4和第五注浆孔4-5沿圆周方向布设。
[0068]所述第四注浆孔4-4通过第二注浆管6与空洞I顶部连通，所述第一注浆孔4-1上装有排气管7且其通过排气管7与空洞I顶部连通，所述第一注浆孔4-1为排气孔，所述第二注浆孔4-2通过第一注浆管5与空洞I内部连通。所述第四注浆孔4-4、第二注浆孔4-2和第三注浆孔4-3均与盾构机2的注浆系统连接。
[0069]步骤一中进行第一次注浆时，从第三注浆孔4-3注入第一水泥砂浆；注入第一水泥砂浆过程中，通过排气管7进行排气。
[0070]步骤二中进行第二次注浆时，通过第二注浆孔4-2注入第二水泥砂浆；注入第二水泥砂浆过程中，通过排气管7进行排气。
[0071]步骤三中进行第三次注浆时，通过第四注浆孔4-4注入水泥浆；注入水泥浆过程中，通过排气管7进行排气。
[0072]本实施例中，所述第一注浆孔4-1、第二注浆孔4-2、第三注浆孔4-3、第四注浆孔4-4和第五注浆孔4-5上均安装有球阀。
[0073]并且，所述第一注浆孔4-1、第二注浆孔4-2、第三注浆孔4-3、第四注浆孔4-4和第五注浆孔4-5分别布设在土仓壁3上的9点钟、10点钟、12点钟、2点钟和3点钟方位。
[0074]本实施例中，步骤一中所述水泥砂浆填充段的高度为所述土仓高度的一半。
[0075]步骤二中第二次注浆完成后，所述空洞I内部所填充第二注浆浆液的液面高出刀盘 2-1 顶部 250_ ?350mm。
[0076]相应地，所述第一注浆管5上端高出刀盘2-1的高度为H1，其中Hl = 450mm?550mm ;所述第五注浆孔4_5上安装有对第一注浆管5的注浆状况进行观测的观测管8，所述第五注浆孔4-5为观测孔；所述观测管8上端高出刀盘2-1的高度为H2，其中H2 =250mm ?350mmo
[0077]步骤二中进行第二次注浆时，当观测管8内留出第二水泥砂浆时，停止注浆。
[0078]本实施例中，Hl = 500mm,H2 = 300mm。因而，步骤二中第二次注浆完成后，所述空洞I内部所填充第二注浆浆液的液面高出刀盘2-1顶部300mm。
[0079]实际施工时，可根据具体需要，对Hl和H2的取值大小进行相应调整。
[0080]本实施例中，所述第二注浆管6、排气管7、第一注浆管5和观测管8均为橡胶管。所述第二注浆管6和排气管7均长细管，所述第一注浆管5和观测管8均为短粗管。
[0081]本实施例中，所述盾构机2的盾体由前至后分为前盾、中盾和盾尾，所述前盾为切口环。
[0082]步骤一中进行第一次注浆之前，先用海绵和/或棉纱对刀盘与切口环之间以及切口环与外侧土体之间的缝隙进行封堵；步骤一中第一次注浆过程中、步骤二中第二次注浆过程中和步骤三中第三次注浆过程中，均通过注液设备在中盾所处位置处注水溶性聚氨酯。
[0083]本实施例中，所述刀盘与切口环之间以及切口环与外侧土体之间的缝隙为圆形缝隙，对刀盘与切口环之间以及切口环与外侧土体之间的缝隙进行封堵时，均对上部的半圆形缝隙进行封堵。
[0084]实际施工时，采用本发明对空洞I进行处理之前，工作人员先带压进仓，并用棉纱将刀盘2-1上所装刀箱上存在的缝隙塞紧；之后，用海绵和棉纱将3点钟?9点钟方位(即上半圆)的刀盘与切口环之间以及切口环与外侧土体之间的缝隙塞紧，防止浆液由外侧流进土仓并防止浆液裹附盾体。然后，工作人员带压进仓进行土仓壁注浆孔管路连接，主要包括第二注浆管6、排气管7、第一注浆管5和观测管8的连接，详见图3。同时，还需将所述注浆系统与土仓壁上的注浆孔连接；管路连接完毕，检查一切准备妥当后，工作人员出仓。
[0085]其中，第四注浆孔4-4上接第二注浆管6至空洞I的顶部，用于注纯水泥浆；第一注浆孔4-1上接排气管7至空洞I的顶部，用于注浆过程中进行排气；第二注浆孔4-2上接第一注浆管5，用于注第二注浆浆液；第五注浆孔4-5上接观测管8，用于检测第一注浆管5的注浆情况；第三注浆孔4-3上不接管，用于注第一注浆浆液。
[0086]管路连接完毕，进行第一次注浆时，使用同步注浆系统，将所述第一注浆浆液从第三注浆孔4-3向所述土仓内加注，同时打开第一注浆孔4-1上所装的球阀以缓慢释放空气，将所述土仓内的仓压保持在2.5bar?3.4bar，注18方第一注楽楽液(按所述土仓内剩余半仓土考虑)后，停止注浆；之后，使用所述同步注浆系统，将所述第二注浆浆液从第二注浆孔4-2向空洞I内加注，同时打开第一注浆孔4-1上所装的球阀以缓慢释放空气，当第五注浆孔4-5上所接观测管8流出浆液后，停止注浆；然后，使用二次注浆机将水泥浆从第四注浆孔4-4向空洞I内加注，同时打开第一注浆孔4-1上所装的球阀以缓慢释放空气，直至第一注浆孔4-1上所接排气管7流出浆液后，停止注浆。
[0087]同时，步骤一中第一次注浆过程中、步骤二中第二次注浆过程中和步骤三中第三次注浆过程中，均通过注液设备在中盾所处位置处注水溶性聚氨酯，具体是在所述盾体外侧注水溶性聚氨酯，防止第一次注浆、第二次注浆和第三次注浆过程中所注浆液裹住盾体。
[0088]因而压气换刀时，采用本发明所述的方法，以注入浆液(具体包括第一注浆浆液、第二注浆浆液和水泥浆)的方式，回填掌子面顶部出现的大体积空洞1，且待所注的第一注浆浆液、第二注浆浆液和水泥浆均凝固后，开始常压换刀。
[0089]实施例2
[0090]本实施例中，与实施例1不同的是:步骤一中所述第一注浆浆液由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比48: 52: 195: 580: 410的比例均匀混配而成；步骤二中所述第二水泥砂浆由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比95: 78: 235: 580: 470的比例均匀混配而成。
[0091]本实施例中，其余步骤的施工过程均与实施例1相同。
[0092]实施例3
[0093]本实施例中，与实施例1不同的是:步骤一中所述第一注浆浆液由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比52: 48: 205: 580: 390的比例均匀混配而成；步骤二中所述第二水泥砂浆由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比105: 72: 245: 580: 450的比例均匀混配而成。
[0094]本实施例中，其余步骤的施工过程均与实施例1相同。
[0095]实施例4
[0096]本实施例中，与实施例1不同的是:步骤一中所述第一注浆浆液由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比51: 49: 205: 620: 400的比例均匀混配而成；步骤二中所述第二水泥砂浆由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比105: 72: 245: 580: 450的比例均匀混配而成。
[0097]本实施例中，其余步骤的施工过程均与实施例1相同。
[0098]实施例5
[0099]本实施例中，与实施例1不同的是:步骤一中所述第一注浆浆液由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比45: 55: 195: 660: 360的比例均匀混配而成；步骤二中所述第二水泥砂浆由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比90: 82: 200: 650: 420的比例均匀混配而成。
[0100]本实施例中，其余步骤的施工过程均与实施例1相同。
[0101]实施例6
[0102]本实施例中，与实施例1不同的是:步骤一中所述第一注浆浆液由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比55: 45: 180: 540: 440的比例均匀混配而成；步骤二中所述第二水泥砂浆由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比110: 68: 280: 660: 490的比例均匀混配而成。
[0103]本实施例中，其余步骤的施工过程均与实施例1相同。
[0104]实施例7
[0105]本实施例中，与实施例1不同的是:步骤一中所述第一注浆浆液由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比55: 45: 220: 650: 370的比例均匀混配而成；步骤二中所述第二水泥砂浆由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比108: 70: 270: 540: 430的比例均匀混配而成。
[0106]本实施例中，其余步骤的施工过程均与实施例1相同。
[0107]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
【权利要求】
1.一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法，所处理掌子面空洞为位于盾构机(2)的刀盘(2-1)前方上部的空洞(I)，其特征在于该方法包括以下步骤: 步骤一、第一次注浆:采用盾构机(2)的注浆系统，且通过盾构机(2)的土仓向空洞(I)下部注入第一水泥砂浆；第一次注浆过程中，将所述土仓内部压力控制在1.5bar?3.5bar 之间； 第一次注浆时，由上至下向所述土仓内注入所述第一注浆浆液；第一次注浆完成后，所述土仓的内侧上部为水泥砂浆填充段，所述水泥砂浆填充段的底部高度低于空洞(I)的底部高度； 所述第一注浆浆液由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比(45?55): (45?55):(180?220): (540?660): (360?440)的比例均匀混配而成； 步骤二、第二次注浆:采用所述注浆系统，向空洞(I)中部注入第二水泥砂浆； 第二次注浆之前，先通过第一注浆管(5)将所述注浆系统与空洞(I)内部连通；所述第二水泥砂浆由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比(90?110): (68?82): (200?280): (540?660): (420?500)的比例均匀混配而成； 步骤三、第三次注浆:采用所述注浆系统，向空洞(I)上部注入水泥浆； 第三次注浆之前，先通过第二注浆管(6)将所述注浆系统与空洞(I)上部连通。
2.按照权利要求1所述的一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法，其特征在于:所述盾构机(2)的注浆系统包括同步注浆系统和二次注浆机；步骤一中进行第一次注浆和步骤二中进行第二次注浆时，所述注浆系统均为盾构机(2)的同步注浆系统；第二次注浆之前，先通过第一注浆管(5)将所述同步注浆系统与空洞(I)内部连通；步骤三中进行第三次注浆时，所述注浆系统为盾构机(2)的二次注浆机，第三次注浆之前，先通过第二注浆管(6)将所述二次注浆机与空洞(I)上部连通。
3.按照权利要求1或2所述的一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法，其特征在于:步骤三中第三次注浆完成后，待步骤一中所注第一注浆浆液、步骤二中所注第二注浆浆液和步骤三中所注水泥浆均初凝后，对刀盘(2-1)上的需更换刀具进行更换。
4.按照权利要求1或2所述的一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法，其特征在于:步骤一中进行第一次注浆之前，先将盾构机(2)的注浆系统与土仓壁(3)上所设置的注浆孔连接，所述土仓壁(3)为所述土仓的侧壁；步骤一中第一次注浆时、步骤二中第二次注浆时和步骤三中第三次注浆时，所述注浆系统均通过所述土仓壁上的注浆孔进行注浆。
5.按照权利要求4所述的一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法，其特征在于:所述土仓壁(3)上所设置注浆孔的数量为多个；多个所述注浆孔包括布设在土仓壁(3)上部中央的第三注浆孔(4-3)、分别布设在土仓壁(3)中部左右两侧的第一注浆孔(4-1)与第五注浆孔(4-5)、位于第一注浆孔(4-1)与第三注浆孔(4-3)之间的第二注浆孔(4-2)、位于第三注浆孔(4-3)与第五注浆孔(4-5)之间的第四注浆孔(4-4)，所述第一注浆孔(4-1)、第二注浆孔(4-2)、第三注浆孔(4-3)、第四注浆孔(4-4)和第五注浆孔(4-5)沿圆周方向布设； 所述第四注浆孔(4-4)通过第二注浆管(6)与空洞(I)顶部连通，所述第一注浆孔(4-1)上装有排气管(7)且其通过排气管(7)与空洞(I)顶部连通，所述第一注浆孔(4-1)为排气孔，所述第二注浆孔(4-2)通过第一注浆管(5)与空洞(I)内部连通；所述第四注浆孔(4-4)、第二注浆孔(4-2)和第三注浆孔(4-3)均与盾构机(2)的注浆系统连接； 步骤一中进行第一次注浆时，从第三注浆孔(4-3)注入第一水泥砂浆；注入第一水泥砂浆过程中，通过排气管(7)进行排气； 步骤二中进行第二次注浆时，通过第二注浆孔(4-2)注入第二水泥砂浆；注入第二水泥砂浆过程中，通过排气管(7)进行排气； 步骤三中进行第三次注浆时，通过第四注浆孔(4-4)注入水泥浆；注入水泥浆过程中，通过排气管(7)进行排气。
6.按照权利要求5所述的一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法，其特征在于:所述第一注浆管(5)上端高出刀盘(2-1)的高度为H1，其中Hl = 450mm?550mm ;所述第五注浆孔(4-5)上安装有对第一注浆管(5)的注浆状况进行观测的观测管(8)，所述第五注浆孔(4-5)为观测孔；所述观测管(8)上端高出刀盘(2-1)的高度为H2，其中H2 = 250mm?350mm ； 步骤二中进行第二次注浆时，当观测管(8)内留出第二水泥砂浆时，停止注浆。
7.按照权利要求1或2所述的一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法，其特征在于:步骤一中所述水泥砂浆填充段的高度为所述土仓高度的一半；步骤二中第二次注浆完成后，所述空洞(I)内部所填充第二注浆浆液的液面高出刀盘(2-1)顶部250mm?350mm。
8.按照权利要求1或2所述的一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法，其特征在于:步骤一中所述第一注浆浆液由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比(48?52): (48?52): (195?205): (580?620): (390?410)的比例均匀混配而成；步骤二中所述第二水泥砂浆由水泥、膨润土、粉煤灰、砂和水按重量比(95?105): (72?78): (235?245): (580?620): (450?470)的比例均匀混配而成。
9.按照权利要求1或2所述的一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法，其特征在于:步骤一中所述第一注浆浆液和所述第二注浆浆液中的膨润土均为钠基膨润土；步骤一中所述第一注浆浆液和所述第二注浆浆液中的砂均为细砂；步骤一中第一次注浆过程中，将所述土仓内部压力控制在2.5bar?3.4bar之间。
10.按照权利要求1或2所述的一种盾构隧道施工用掌子面空洞处理方法，其特征在于:所述盾构机(2)的盾体由前至后分为前盾、中盾和盾尾，所述前盾为切口环；步骤一中进行第一次注浆之前，先用海绵和/或棉纱对刀盘与切口环之间以及切口环与外侧土体之间的缝隙进行封堵；步骤一中第一次注浆过程中、步骤二中第二次注浆过程中和步骤三中第三次注浆过程中，均通过注液设备在中盾所处位置处注水溶性聚氨酯。
【文档编号】E21D9/06GK104481548SQ201410609495
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月1日 优先权日:2014年11月1日
【发明者】杨永强, 王江卡, 许建飞, 王俊英, 杨锦, 田黎明, 张大洋 申请人:中铁一局集团有限公司