一种盾构用管片背后空隙填充系统装置及其方法与流程

本发明涉及盾构施工，具体是一种盾构用管片背后空隙填充系统装置及其方法。

背景技术：

盾构法施工广泛用于城市轨道交通隧道工程的施工，盾构机在地层中持续向前掘进，通过出渣系统不断排出渣土，掘进的同时采用同步注浆时时向管片与开挖面之间的空隙填充浆液，以确保开挖面的稳定和控制地表沉降。盾构掘进一段距离（一般为1环管片长度）后在盾尾开始安装管片，然后再掘进、再拼装，确保盾构向前掘进时成环管片对开挖面起支护作用。同步浆液在隧道外（搅拌站）拌合，搅拌完成后放至盾构工作井中转站，然后浆液放至运输浆车内，运输至盾构机台车内，经导浆泵泵送至盾构台车同步浆箱内，随着盾构机的掘进使用ksp注浆泵经长达20米的注浆软管和盾尾内的注浆管注入至管片与开挖面之间的空隙，同步浆液从搅拌至最后注入至少需要4~6小时。为了防止同步浆液凝固与堵塞注浆管，要求同步浆液具有优良的流塑性，初凝时间一般在6小时以上，终凝时间达30小时左右。注入管片背面的同步浆液由于与地层中的渗水相混合，同步浆液更稀，凝固时间更长。由于管片背面同步浆液完全凝固时间很长，因此导致一是盾尾后同步浆液对管片的浮力累积，当浮力累积值大于管片的约束力时，管片产生错台、破损与上浮；二是同步注浆由于处于流动状态，不可避免地沿着盾体向土舱内流动，从而造成同步浆液的大量流失。尤其是在盾构下坡掘进段，同步浆液流失量更大，盾构开挖面与管片外径空隙填充不饱满，目前采用二次注浆进行补充，但也很难确保空隙填充饱满；三是同步浆液流至盾体周围，停止时间长会造成同步浆液将盾体包裹，导致盾构掘进姿态难以控制等问题；四是盾构开挖面与管片外径空隙填充不饱满，土体渗水填充此空隙并经盾体向土舱内汇集，进而造成盾构掘进喷涌等问题，目前采用盾尾后间隔一定距离整圈管片外侧注水泥、水玻璃双液浆进行封水，但效果不理想。

综上所述，同步浆液不均匀、凝固过长、浆液填充管片与开挖面不饱满等原因造成盾构隧道管片上浮、地表沉降、同步浆浆液流失、盾尾被包裹、盾构掘进喷涌等问题。针对盾构法施工中的诸多问题，急需设计一种盾构用管片背后空隙填充系统装置及施工方法有效解决上述问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种盾构用管片背后空隙填充系统装置及施工方法，主要解决了盾构法施工城市轨道交通隧道工程中盾构盾体范围内地表沉降、盾构开挖面与管片外表面填充不饱满、同步注浆量损失大、盾体后方水大造成盾构掘进喷涌、盾体容易被同步浆液包裹、隧道管片上浮等难题。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案如下：

一种盾构用管片背后空隙填充系统装置及其方法，包括以下步骤：

步骤一、盾构掘进过程中，搅拌机按质量比粘土：水＝10：8，搅拌成塑性泥浆；

步骤二、塑性泥浆经截止阀直接落入粘土输送泵进料口；

步骤三、泥浆经粘土输送泵出口以高压状态经高压管路、压力传感器、气动开关、中盾上截止阀；

步骤四、分布的中盾注泥孔分别把塑性泥浆注入盾体外部空隙，并向前盾最前端和盾尾最后端扩散，塑性泥浆一般情况下以理论空隙量的105%为宜，整个盾体与盾构开挖面空隙填充饱满；

盾构机台车内设置一套双液浆注入系统装置，ksp泵的出口连接盾尾注浆管，盾尾注浆管前增加一个三通，盾尾注浆管与管片有空隙，在连接桥处安装搅拌系统的1m3b液搅拌罐，搅拌罐的出口依次连接截止阀d2、螺杆泵d3、管路、单向阀d4注入盾尾注浆管路；

塑性泥浆用搅拌机搅拌均匀；当盾构开始掘进时，程序启动粘土输送泵，根据盾构推进速度推进泥浆注入量（理论量的105%），进而调节粘土输送泵的泵送速度，高压塑性泥浆依次循环经过不同位置的气动开关注入到中盾周围，并填充满盾体与开挖面之间的间隙；在软岩地质条件下，为控制盾体上方地表沉降，同步注泥量应以地表沉降监测数据为依据，手动调节注泥量；手动启动粘土输送泵，根据地表沉降数据与经验手动调节泥浆泵送速度，高压塑性泥浆经过手动选定气动开关的开启位置注入到中盾相应位置；当盾体上方地表隆起时适当降低注泥速度，当盾体上方地表沉降时适当提高注泥速度；塑性泥浆的坍落度以10cm为宜。

盾构机台车内安装一套双液浆注入系统装置：双液浆中a液（常规同步浆液）依然采用常规ksp泵d1注入，浆液进入盾尾注浆管前增加一个三通，双液浆b液在此与a液相混合，在混合过程中经盾尾注浆管注入管片与开挖面之间空隙。在连接桥处安装带有搅拌系统的1m3b液搅拌罐，聚丙烯酰胺与水在罐中搅拌，经截止阀d2，螺杆泵d3，管路，单向阀d4注入盾尾注浆管路。当盾尾注浆管路堵塞，螺杆泵出口注浆压力升高至螺杆泵允许最高压力时，安全阀d5打开，b液流回搅拌罐。双液浆中的a液、b液注浆速度都可以进行无级调节，以满足注双液浆所需的不同配比。

本发明的有益效果是盾构用管片背后空隙填充系统装置以高压力注入塑性泥浆，填充饱满盾体与开挖面之间间隙，同步浆液无法经盾体外侧向土舱内流失。同步注浆量是理论注浆量的105%就能确保盾构开挖面与管片外径之间空隙填充饱满，极大降低了同步注浆量，降低了施工成本。同步浆液在管片外侧填充饱满并凝固，盾尾后方无汇水空间，降低了盾构掘进喷涌发生的概率，提高了盾构施工进度。盾体周围由塑性泥浆包裹，降低了同步浆液包裹盾体的机率。软岩地层条件下，盾体周围注入塑性泥浆，可有效控制地表的沉降，确保附近建（构）筑物安全。管片背后空隙填充采用盾体注泥和同步注双液浆两套装置有效配合基本解决了管片上浮、同步浆液流失、盾构掘进喷涌、盾体容易被包裹等多个难题。

附图说明

本说明书包括如下二幅附图：

图1是盾构法施工盾构与管片结构示意图；

图2是本发明盾构用管片背后空隙填充系统装置图；

其中，1——刀盘、2——前盾、3——中盾、4——推进油缸、5——盾尾、6——管片、7——拼装机、8——凸台、9——盾尾间隙、10——盾尾刷、11——搅拌机、12——截止阀、13——粘土输送泵、14——压力传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

1)盾构掘进过程中，搅拌机1按一定比例（一般质量比粘土：水＝10：8）搅拌成塑性泥浆，经截止阀2直接落入粘土输送泵3进料口，泥浆经粘土输送机出口以高压状态经高压管路、压力传感器4、气动开关5、中盾上截止阀6，分布的中盾注泥孔7~10分别注入盾体外部空隙，并向前盾最前端和盾尾最后端扩散。塑性泥浆一般情况下以理论空隙量的105%为宜，只要整个盾体与盾构开挖面空隙填充饱满就可以了。

2）同步注泥系统采用自动和手动两种控制方式。

3）自动同步注泥辅助系统程序控制原理：塑性泥浆用搅拌机搅拌均匀。当盾构开始掘进时，程序自动启动粘土输送泵3，根据盾构推进速度计算单位时间内所需泥浆注入量（理论量的105%），进而自动调节粘土输送泵3的泵送速度，高压塑性泥浆依次循环经过不同位置的气动开关5注入到中盾周围，并填充满盾体与开挖面之间的间隙。

4）在软岩地质条件下，为控制盾体上方地表沉降，同步注泥量应以地表沉降监测数据为依据，手动调节注泥量。

手动同步注泥辅助系统程序控制原理：手动启动粘土输送泵3，根据地表沉降数据与经验手动调节泥浆泵送速度，高压塑性泥浆经过手动选定气动开关5的开启位置注入到中盾相应位置。当盾体上方地表隆起时适当降低注泥速度，当盾体上方地表沉降时适当提高注泥速度。

5）塑性泥浆的坍落度以10cm为宜。

一种盾构用管片背后空隙填充系统装置及其方法，包括以下步骤：

步骤一、盾构掘进过程中，搅拌机按质量比粘土：水＝10：8，搅拌成塑性泥浆；

步骤二、塑性泥浆经截止阀直接落入粘土输送泵进料口

步骤三、泥浆经粘土输送机出口以高压状态经高压管路、压力传感器、气动开关、中盾上截止阀；

步骤四、分布的中盾注泥孔分别把塑性泥浆注入盾体外部空隙，并向前盾最前端和盾尾最后端扩散，塑性泥浆一般情况下以理论空隙量的105%为宜，整个盾体与盾构开挖面空隙填充饱满；

盾构机台车内设置一套双液浆注入系统装置，ksp泵的出口连接盾尾注浆管，盾尾注浆管前增加一个三通，盾尾注浆管与管片有空隙，在连接桥处安装搅拌系统的1m3b液搅拌罐，搅拌罐的出口依次连接截止阀d2、螺杆泵d3、管路、单向阀d4注入盾尾注浆管路；

塑性泥浆用搅拌机搅拌均匀；当盾构开始掘进时，程序启动粘土输送泵，根据盾构推进速度推进泥浆注入量（理论量的105%），进而调节粘土输送泵的泵送速度，高压塑性泥浆依次循环经过不同位置的气动开关注入到中盾周围，并填充满盾体与开挖面之间的间隙；在软岩地质条件下，为控制盾体上方地表沉降，同步注泥量应以地表沉降监测数据为依据，手动调节注泥量；手动启动粘土输送泵，根据地表沉降数据与经验手动调节泥浆泵送速度，高压塑性泥浆经过手动选定气动开关的开启位置注入到中盾相应位置；当盾体上方地表隆起时适当降低注泥速度，当盾体上方地表沉降时适当提高注泥速度；塑性泥浆的坍落度以10cm为宜。

以上所述只是用图解说明本发明盾构用管片背后空隙填充系统装置的一些原理及功能，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，尤其是盾体周围同步注入双液塑性泥浆的装置及控制系统均属于本发明所申请的专利范围。