一种下坡段富水岩层防止盾构管片上浮注浆结构和方法与流程

本发明属于隧道施工，具体涉及一种下坡段富水岩层防止盾构管片上浮注浆结构和方法。

背景技术：

1、现有技术中，当盾构机在富水岩层进行掘进时，为固定管片和防止管片因地层中渗出的水导致上浮，需要先通过与盾构机同步的注浆系统注入第一次砂浆，然后在每间隔一端距离后，补充注入由水泥浆和水玻璃组成的第二次砂浆，用于阻隔后方来水，并且为方便后续的补充注入，会在管片上设置有带有螺纹的注浆孔。

2、采用上述方法存在以下缺点：1、在第二次砂浆注入时，将第二砂浆在现场搅拌后，再与水玻璃混合，并通过位于隧道内的注浆机泵到对应的管片上，每次需要注入的时间为12-24小时不等，由于注浆机需要通过人工运送到隧道内，因此盾构机需要停机，即在补充注浆过程中，盾构机无法正常掘进，其严重降低施工效率；2、补充注浆时，每次注入需要消耗5-10t的水泥浆和3-7t的水玻璃，从而增加施工成本；3、补充注浆时，水泥浆需要现场搅拌，现有的搅拌设备较为简陋，搅拌成品质量不方便控制，并且现场搅拌的粉尘大，易遮挡视线和影响工人的身体健康，存在一定的安全隐患。

技术实现思路

1、本发明拟提供一种下坡段富水岩层防止盾构管片上浮注浆结构，利用现有设备和材料，解决现有技术中盾构机在富水岩层内掘进时盾构管片上浮的问题。

2、为此，本发明所采用的技术方案为：一种下坡段富水岩层防止盾构管片上浮注浆结构，包括位于盾尾后方的连接桥，所述连接桥上设置有用于将渣土运出的输送机，且在连接桥后方设置有拖车，所述拖车内设置有同步注浆系统，所述同步注浆系统内设置有注浆罐，其特征在于：所述同步注浆系统内还设置有同步注浆管和二次注浆管，且同步注浆管和二次注浆管的一端均与注浆罐连接，所述二次注浆管的另一端设置有与管片二次注浆孔螺纹连接的三通管，所述三通管的另一端设置有用于水玻璃溶液混合后注入的水玻璃管，所述水玻璃管的另一端设置有盛放有水玻璃溶液的水玻璃储存箱，所述水玻璃管上还设置有水玻璃泵机，所述水玻璃储存箱和水玻璃泵机设置在连接桥或拖车上；所述注浆罐中砂浆包括如下重量份数的组分：水泥200-220份、硅灰300-400份、膨润土50-100份、砂900-1050份和水350-400份，所述同步注浆管用于向每一环管片的上下左右侧注入砂浆，所述三通管用于向每间隔一环后的管片上方注入混合水玻璃溶液后的砂浆。

3、作为上述方案中的优选，所述同步注浆管和二次注浆管上均设置有用于控制对应管道是否连通的球阀。

4、进一步优选，所述水玻璃储存箱和水玻璃泵机设置在连接桥或拖车上。

5、进一步优选，每间隔若干环后的管片上沿环向均匀设置有多个用于安装三通管的环箍注浆孔，且位于同一环管片上的多个环箍注浆孔设置在同一横截面上。

6、进一步优选，任意相邻两个设置有多个环箍注浆孔的管片之间间隔了50-60环的管片。

7、同时，还公开了一种下坡段富水岩层防止盾构管片上浮注浆方法，基于上述的下坡段富水岩层防止盾构管片上浮注浆结构，还包括以下步骤，

8、s1：当后一环管片还位于盾构机盾尾内时，盾构机停止掘进，在盾尾内拼装与后一环管片相接的前一环管片；

9、s2：前一环管片拼装完成后，盾构机继续掘进过程，同步通过同步注浆管进行同步注浆，同时将三通管连接在脱离盾尾后管片上方的二次注浆孔上并注入混合水玻璃溶液后的砂浆；

10、s3：依次重复s1和s2的步骤，且三通管在连接时需每间隔一环管片后再进行连接，当进行50-60环施工后，需要在管片设置多个在同一横截面上的环箍注浆孔，再将三通管按照一定顺序连接在环箍注浆孔上并注入混合水玻璃溶液后的砂浆，从而能在管片背部形成一个用于阻挡后方来水且呈优弧的环箍；

11、s4：重复s3，直至完成所有管片的注浆施工。

12、进一步优选，所述水玻璃储存箱内水玻璃溶液中水玻璃和水之间的体积比为1:1。

13、进一步优选，在s3中设置有环箍注浆孔的管片和设置有二次注浆孔的管片不是同一环管片。

14、进一步优选，在s2中，水玻璃溶液和砂浆之间的体积比介于1：10和1：15之间。

15、本发明的有益效果：

16、1)在原有注浆设备的基础上，只增加一台用于泵出水玻璃溶液的泵机，与现有技术相比，减少了设备采购成本，同时还不需要单独配备工人用于运送用于二次注浆的注浆机，从而减少人力成本。

17、2)在注浆过程中，不需要停机进行二次注浆，能在掘进过程中进行注浆，从而提高了工作效率。

18、3)通过三通管实现水玻璃溶液和砂浆事先混合均匀，并在混合后立即注入到管片上方背部，然后凝固，不仅防止管片上浮，还减少了混合后砂浆流动的距离，从而能有效防止混合后的砂浆在管道内凝固形成堵塞影响正常施工；

19、若在掘进过程中，在位于掘进方向前端的管片上进行同步注浆，同时在后侧的管片上端仅泵送水玻璃，先注入的水玻璃与同步注浆液反应后凝固形成隔层，使得后注入的水玻璃无法与同步注浆液充分接触凝固，仅有最先注入的水玻璃能起到控制管片上浮的目的；为增加水玻璃与同步注浆液发生反应的量，需要在管片上开设面积较大的条形注浆孔，此方法对管片强度造成损坏。

20、4)同步注浆管和二次注浆管的一端均与注浆罐连接，使得同步注浆和第二次注浆的砂浆均由砂浆罐搅拌而成，因此不需要在施工现场进行第二次砂浆的搅拌，从而减少产生安全风险的因素。

21、5)在间隔50-60环后，会在管片外侧注浆形成一个用于阻挡后方来水且呈优弧的环箍，使盾构机在下坡路段施工时，能有效阻挡后方来水积攒在盾构机周围造成较大水压和水力梯度的情况。

22、6)本申请中同步注浆和二次注浆的砂浆组分中，通过硅灰取代粉煤灰，增加了砂浆的亲水基，使其更适用于富水岩石地层，同时还还增加了水泥和砂的含量，增加水泥的含量使砂浆与水玻璃溶液能更好地发生反应，使得在三通管内混合并注入到管片背部后能快速凝固，从而防止管片上浮和形成小环箍；增加砂含量在保证砂浆能正常注入的前提下，降低砂浆的流动性，确保由三通管内注入的砂浆不会在富水环境中出现大幅流失，能更好地与水玻璃溶液发生反应。

技术特征：

1.一种下坡段富水岩层防止盾构管片上浮注浆结构，包括位于盾尾后方的连接桥(1)，所述连接桥(1)上设置有用于将渣土运出的输送机(2)，且在连接桥(1)后方设置有拖车(3)，所述拖车(3)内设置有同步注浆系统(4)，所述同步注浆系统(4)内设置有注浆罐，其特征在于：所述同步注浆系统(4)内还设置有同步注浆管和二次注浆管(6)，且同步注浆管和二次注浆管(6)的一端均与注浆罐连接，所述二次注浆管(6)的另一端设置有与管片二次注浆孔螺纹连接的三通管(7)，所述三通管(7)的另一端设置有用于水玻璃溶液混合后注入的水玻璃管(8)，所述水玻璃管(8)的另一端设置有盛放有水玻璃溶液的水玻璃储存箱(9)，所述水玻璃管(8)上还设置有水玻璃泵机(10)，所述水玻璃储存箱(9)和水玻璃泵机(10)设置在连接桥(1)或拖车(3)上；

2.根据权利要求1中所述的下坡段富水岩层防止盾构管片上浮注浆结构，其特征在于：所述同步注浆管和二次注浆管(6)上均设置有用于控制对应管道是否连通的球阀。

3.根据权利要求1中所述的下坡段富水岩层防止盾构管片上浮注浆结构，其特征在于：每间隔若干环后的管片上沿环向均匀设置有多个用于安装三通管(7)的环箍注浆孔，且位于同一环管片上的多个环箍注浆孔设置在同一横截面上。

4.根据权利要求3中所述的下坡段富水岩层防止盾构管片上浮注浆结构，其特征在于：任意相邻两个设置有多个环箍注浆孔的管片之间间隔了50-60环的管片(5)。

5.一种下坡段富水岩层防止盾构管片上浮注浆方法，其特征在于：基于权利要求1-4中任一权利要求所述的下坡段富水岩层防止盾构管片上浮注浆结构，还包括以下步骤，

6.根据权利要求5中所述的富水岩层防止盾构管片上浮注浆工艺，其特征在于：所述水玻璃储存箱内水玻璃溶液中水玻璃和水之间的体积比为1:1。

7.根据权利要求5中所述的下坡段富水岩层防止盾构管片上浮注浆结构和方法，其特征在于：在s3中设置有环箍注浆孔的管片和设置有二次注浆孔的管片不是同一环管片。

8.根据权利要求5中所述的下坡段富水岩层防止盾构管片上浮注浆结构和方法，其特征在于：在s2中，水玻璃溶液和砂浆之间的体积比介于1：10和1：15之间。

技术总结
本发明公开了一种下坡段富水岩层防止盾构管片上浮注浆结构，包括连接桥、输送机、拖车、同步注浆系统、注浆罐和在隧道内沿着隧道掘进方向内依次设置有若干环管片，所述同步注浆系统内还设置有同步注浆管和二次注浆管，所述二次注浆管的另一端设置有与管片二次注浆孔螺纹连接的三通管，所述三通管的另一端设置有用于水玻璃溶液混合后注入的水玻璃管，所述水玻璃管的另一端设置有盛放有水玻璃溶液的水玻璃储存箱，所述水玻璃管上还设置有水玻璃泵机；同时还公开了一种下坡段富水岩层防止盾构管片上浮注浆方法。不仅能解决现有技术中盾构机在富水岩层内掘进时盾构管片上浮的问题，同时还能防止盾构机在下坡段施工时，出现水积攒在盾构机周围的情况。

技术研发人员：黄德科,贾苗,冯伟,石川,张鹏斌,张栋梁,周君易
受保护的技术使用者：中铁隧道集团一处有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13