一种基于分部注浆的盾构隧道管片抗浮的注浆装置及注浆方法与流程

本发明属于盾构隧道施工，具体涉及一种基于分部注浆的盾构隧道管片抗浮的注浆装置及注浆方法。

背景技术：

1、近年来，随着我国交通建设的飞速发展，地下交通建设也在如火如荼地向前推进。其中盾构工法作为一种高效、安全、先进的施工方法得到了广泛的应用。

2、盾构隧道拼装管片脱离盾尾后产生的上浮现象一直是实际工程中存在的普遍技术问题，管片上浮容易带来一系列不良连锁反应，譬如管片错台、开裂、浆液外流、纵向螺栓受剪、隧道结构侵限等危害。

3、同步注浆作为盾构施工中的重要工序，浆液压力产生的上浮力是诱发施工期管片上浮的重要因素。凝结时间较快的水泥-水玻璃双液浆可以有效抑制管片上浮，但同步注浆全部采用水泥-水玻璃双液浆不仅成本高昂，且容易与盾构机的盾壳粘连，导致盾构外壳被包裹，严重影响施工质量和安全。此外若同步注浆全部采用水泥-水玻璃双液浆，注浆管路也会经常堵塞。

4、目前，针对管片上浮的控制措施，主要有以下几种：1)控制盾构机姿态，及时调整掘进参数，在调整过程中应逐步纠偏，不能过猛；2)因地制宜，改善注浆浆液性能；3)优化注浆方法，提高注浆效率；4)改善土体特性，提高上覆土抗浮力；5)改善管片接头螺栓力学性能，增强管片纵向抗变形能力；6)隧道内堆载，抵抗上浮。

5、现有技术存在如下缺陷：

6、1)控制盾构机姿态、调整掘进参数等方式仅能在管片上浮发生后进行，且需要进行逐步作业，抗浮效果具有滞后性。

7、2)改善浆液性能往往需要进行大量的试验，时间、经费耗费巨大，且若浆液凝结过快，则容易堵塞注浆系统，粘结盾尾刷，易造成盾尾密封失效的风险。

8、3)改善土体性能需要耗费巨大的成本，在隧道内堆载容易对管片造成损伤，并且影响盾构隧道内各工序的施工。可见以上方案均或多或少具有一定缺陷，阻碍着盾构工法的应用和发展。

技术实现思路

1、为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种基于分部注浆的盾构隧道管片抗浮的注浆装置及注浆方法，以实现盾构隧道管片上浮的预防。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

3、一种基于分部注浆的盾构隧道管片抗浮的注浆装置，包括盾构机及管片、伸缩型注浆装置、注浆头、控制装置、封闭装置；

4、所述盾构机及管片包括盾构机，所述盾构机环周设置于管片外部；

5、所述伸缩型注浆装置包括外管，所述外管内设置有内管；所述内管下部固定设置有齿条，内管前端设置有轴承；

6、所述轴承上设置有注浆头；

7、所述控制装置控制伸缩型注浆装置伸出至第一环管片注浆区域；

8、所述封闭装置设置于伸缩型注浆装置尾部，并通过控制装置控制。

9、进一步，所述主动齿条由固定卡固定。

10、进一步，所述盾构机和管片之间设置有盾尾刷。

11、进一步，所述注浆头包括螺旋杆，所述螺旋杆一端旋转连接于轴承内部，所述螺旋杆另一端设置有带孔球壳。

12、进一步，所述控制装置包括传力杆，所述传力杆一端与一号电机相连，另一端与主动齿条相连；所述主动齿条与从动齿轮相啮合；

13、从动齿轮与齿条相啮合；5g模块和plc控制器分别通过电线与一号电机相连，安装于盾构机内壁。

14、进一步，所述封闭装置包括二号电机，所述二号电机一端通过电线与plc控制器连接，另一端与主动齿轮连接，所述主动齿轮与从动齿条相啮合，所述从动齿条固定于挡板侧边；所述挡板设置于伸缩型注浆装置尾部。

15、一种基于分部注浆的盾构隧道管片抗浮的注浆装置的注浆方法，具体包括如下步骤：

16、s1：注浆装置安装；

17、s2：盾构机掘进，同步注浆；

18、s3：伸缩型注浆装置伸出；

19、s4：封闭装置开放，二次注浆；

20、s5：封闭装置关闭，注浆装置收回；

21、s6：重复s2-s5使得装置继续进行工作。

22、进一步，所述s2具体为：

23、随着盾构机向前掘进，管片脱出盾尾，盾构机原有注浆管路向管片与地层间的空隙中注入水泥浆液进行同步注浆，盾尾刷将盾构机内部空间与地层相分隔。

24、进一步，所述s3具体为：

25、随着下一环管片脱出盾尾，盾构司机通过5g模块发出指令，使plc控制器启动一号电机，一号电机带动传力杆发力带动主动齿条转动，主动齿条带动从动齿轮转动，从动齿轮带动伸缩型注浆装置内管道伸出至第一环管片注浆区域。

26、进一步，所述s4具体为：

27、二号电机带动主动齿轮转动，主动齿轮带动从动齿条滑动，使挡板下降，从装置尾部经外管向内管注入水玻璃浆液，水玻璃浆液经注浆头注入水泥浆液中，同时注浆压力带动注浆头后端轴承转动，从而带动注浆头转动使水玻璃浆液与水泥浆液充分搅动混合。

28、本发明的有益效果：

29、1)本发明在不影响工程正常进行的情况下在管片上部形成了抗浮支撑层，以抑制管片上浮；

30、2)本发明一方面避免了直接注入双液浆容易造成浆液过早凝固堵塞管道及与粘连盾壳的弊端，另一方面只需要少量成本高昂的水玻璃浆液，相较直接注入双液浆显著地降低了工程造价；

31、3)本发明相较于传统的管片上浮处置方式具有占用空间更小，自动化更高，人力成本与试验成本更低的优势。

技术特征：

1.一种基于分部注浆的盾构隧道管片抗浮的注浆装置，其特征在于：包括盾构机及管片(1)、伸缩型注浆装置(2)、注浆头(3)、控制装置(4)、封闭装置(5)；

2.根据权利要求1所述的一种基于分部注浆的盾构隧道管片抗浮的注浆装置，其特征在于：所述主动齿条(4-3)由固定卡(4-5)固定。

3.根据权利要求1所述的一种基于分部注浆的盾构隧道管片抗浮的注浆装置，其特征在于：所述盾构机(1-1)和管片(1-2)之间设置有盾尾刷(1-3)。

4.根据权利要求1所述的一种基于分部注浆的盾构隧道管片抗浮的注浆装置，其特征在于：所述注浆头(3)包括螺旋杆(3-2)，所述螺旋杆(3-2)一端旋转连接于轴承(2-4)内部，所述螺旋杆(3-2)另一端设置有带孔球壳(3-1)。

5.根据权利要求4所述的一种基于分部注浆的盾构隧道管片抗浮的注浆装置，其特征在于：所述控制装置(4)包括传力杆(4-2)，所述传力杆(4-2)一端与一号电机(4-1)相连，另一端与主动齿条(4-3)相连；所述主动齿条(4-3)与从动齿轮(4-4)相啮合；

6.根据权利要求5所述的一种基于分部注浆的盾构隧道管片抗浮的注浆装置，其特征在于：所述封闭装置(5)包括二号电机(5-1)，所述二号电机(5-1)一端通过电线(4-8)与plc控制器(4-7)连接，另一端与主动齿轮(5-2)连接，所述主动齿轮(5-2)与从动齿条(5-4)相啮合，所述从动齿条(5-4)固定于挡板(5-5)侧边；所述挡板(5-5)设置于伸缩型注浆装置(2)尾部。

7.根据权利要求1-6任一项基于分部注浆的盾构隧道管片抗浮的注浆装置的注浆方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的基于分部注浆的盾构隧道管片抗浮的注浆装置的注浆方法，其特征在于：所述s2具体为：

9.根据权利要求8所述的基于分部注浆的盾构隧道管片抗浮的注浆装置的注浆方法，其特征在于：所述s3具体为：

10.根据权利要求9所述的基于分部注浆的盾构隧道管片抗浮的注浆装置的注浆方法，其特征在于：所述s4具体为：

技术总结
本发明公开了一种基于分部注浆的盾构隧道管片抗浮的注浆装置及注浆方法。盾构隧道拼装管片脱离盾尾后产生的上浮现象容易带来一系列不良连锁反应。本发明盾构机及管片包括盾构机，盾构机环周设置于管片外部；伸缩型注浆装置包括外管，外管内设置有内管；内管下部固定设置有齿条，内管前端设置有轴承；轴承上设置有注浆头；控制装置控制伸缩型注浆装置伸出至第一环管片注浆区域；封闭装置设置于伸缩型注浆装置尾部，并通过控制装置控制。本发明在不影响工程正常进行的情况下在管片上部形成了抗浮支撑层，以抑制管片上浮；相较直接注入双液浆显著地降低了工程造价。

技术研发人员：胡瑞青,王立新,戴志仁,郭亮,高志宏,相旭,张碧文,高升,叶飞,苏恩杰,王培源,任超
受保护的技术使用者：中铁第一勘察设计院集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15