一种用于盾构施工提高二次注浆质量的施工方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种地下建筑工程技术领域中的施工技术，具体地，涉及一种用于盾 构施工提高二次注浆质量的施工方法及系统。
【背景技术】
[0002] 盾构法是隧道工程中常用的施工方法。盾构法是利用盾构机刀盘切削地层中的土 体，将切削后的渣土运出隧道，同时盾构机向前推进达到隧道开挖目的的施工方法。在盾构 机向前推进的过程中，盾尾处管片逐渐脱离盾体，使管片与地层间存在空隙，因此需要利用 注浆技术封堵空隙。同步注浆是在隧道向前推进过程中同步向空隙注浆，当同步注浆对地 层沉降控制效果较差时，需向地层中进行二次注浆。二次注浆是利用管片上的注浆孔，将水 泥浆和水玻璃浆注入管片周围地层进行二次封堵的注浆方法，二次注浆对盾构法隧道开挖 工程具有重要意义，不仅能有效封堵管片周围空隙，还能有效控制管片浮动，保障施工安 全。传统的二次注浆方式是利用龙门吊和电瓶车将注浆设备和材料由地面运输至隧道内注 浆点，人工搅拌注浆材料后完成注浆。这种注浆方式的时间成本会随隧道开挖的深入而越 来越高，人工搅拌注浆材料的方法难以保证注浆浆液的整体性能指标和均一性;传统二次 注浆的方法对注浆压力的确定单纯依靠传统经验，难以适应不同地层条件。因此改进传统 注浆技术将有利于提高盾构法隧道开挖的施工效率，减小地层沉降，保护施工场地周围环 境。
[0003] 经对现有技术文献的检索发现，中国专利号为201210058955.3，专利公开号为： 103306684A，专利名称为：盾构管片背后注浆工艺，该专利自述为："二次注浆工艺:通过管 片二次注浆孔向管片背后注入双液浆，对管片背后空隙进行二次填充、加密"该专利中所述 二次注浆工艺中，注浆压力的确定依靠传统经验，难以适应不同地质条件，该专利仅仅简述 了注浆的参数，没有描述二次注浆的施工步骤及提出注浆管堵管问题的解决方法。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于盾构施工提高二次注浆质 量的施工方法及系统，该方法及系统克服了现有技术中存在的二次注浆压力的确定依靠经 验、注浆管和三通管件易堵塞、二次注浆封堵效果不稳定等缺点和不足，提高二次注浆的施 工质量。
[0005] 根据本发明的一个方面，提供一种用于盾构施工提高二次注浆质量的施工方法， 所述施工方法包括如下步骤：
[0006] 第一步、确定施工现场地质情况：
[0007] 查阅地质勘查报告，确定注浆位置周围地层的土层划分信息、地下水重度Yw、地 下水初始水位深度Hw、围岩等级m、注浆位置周围地层渗透系数K、隧道底部埋深H和注浆位 置埋深h;
[0008] 第二步、确定注浆浆液配比，进行浆液性能试验：
[0009] (I)水泥浆液中水和水泥质量比为I: A，水玻璃浆液中水和水玻璃原浆体积比为B: 1，所述A和B根据注浆位置周围地层渗透系数K的取值范围确定;水泥浆液和水玻璃浆液构 成注浆浆液，注浆浆液中水泥浆液和水玻璃浆液的体积比为1:1;
[0010] (2)根据注浆浆液配比配制水泥浆液和注浆浆液，测定水泥浆液的重度γ s和粘滞 系数μ;第三步、确定注浆压力P和注浆量Q:
[0011] 注浆压力P满足下述公式：
[0012]
[0013] 其中：β为地层系数，γ?地下水重度，h为注衆位置埋深，Hw为地下水初始水位深 度，η为土体层数，μ为水泥浆液的粘滞系数，γ S为水泥浆液的重度，H为隧道底部埋深；
[0014] 注浆量Q满足以下公式：
[0015]
[0016] 其中：α为注浆损失系数，K为注浆位置周围地层渗透系数，P为注浆压力，μ为水泥 浆液的粘滞系数；
[0017] 第四步、注浆孔开孔并连接半自动注浆台车系统：
[0018] (1)在注浆孔处安装球阀开关，保持球阀完全打开；
[0019] (2)将风钻机钻杆伸入注浆孔，打开风钻机，凿穿注浆孔后剩余厚度管片，关闭风 钻机，待注浆孔中有泥浆流出时，撤出风钻机，完全关闭球阀；
[0020] (3)用清水冲洗球阀接口处泥浆，连接Y型三通管件的主接口与球阀接口，连接Y三 通的两个分支接口与两个注浆管接口；
[0021] (4)连接半自动注浆台车系统；
[0022] 第五步、通过半自动注浆台车系统配制注浆浆液，进行二次注浆。
[0023]优选地，第一步中，所述土层划分信息，包括土体层数η、第i层土的有效重度 注浆位置以上各层土厚度lu。
[0024] 优选的，第二步的（1)中，所述A和B根据注浆位置周围地层渗透系数K的取值范围 确定，具体的：
[0025] 当K<5 X 10-5m/s，A取值0 · 8，B取值5;
[0026] 当5X10-5m/s<K<2X10-4m/s，A 取值 1，B取值4;
[0027] 当 K>2X10-4m/s，A 取值1·2，Β取值3。
[0028] 优选地，第二步的（2)中，所述水泥浆液的重度丫5为水泥浆液密度与当地重力加 速度的乘积。
[0029] 优选地，第二步的（2)中，所述水泥浆液的粘滞系数μ反映水泥浆液在注浆管中流 动时所受的粘滞阻力的大小，粘滞系数越大，所受阻力越大；
[0030] 所述水泥浆液的粘滞系数μ利用旋转式黏度计测定，单位为Pa · s。
[0031]优选地，第三步中，所述地层系数β根据地层情况取值，具体的：
[0032]当地层为粘性土时，β取值1.6~1.8;
[0033]当地层为围岩，围岩等级m小于等于III级时，β取值1.2~1.4;
[0034] 当围岩等级m大于III级时，β取值1~1.2。
[0035] 优选地，第三步中，所述注浆损失系数α根据注浆位置周围地层渗透系数K确定，具 体的：
[0036] 当 K<3.42m/d，a 取值1.2;
[0037] 当3 · 42m/d<K< 17 · 28m/d，a 取值1 · 4;
[0038] 当1(>17.28111/(1，〇取值1.8~2.4。
[0039] 优选地，第四步的（2)中：
[0040] 所述风钻机为手持式风钻机;所述风钻机钻杆为硬质合金钻头；
[0041] 所述Y型三通管件的主接口与两个分支接口之间角度为120°。
[0042]优选地，第四步的（3)中，所述Y型三通管件的主接口与两个分支接口之间角度为 120°。
[0043] 优选地，第四步的（4)中，所述半自动注浆台车系统为盾构隧道内单侧台车系统， 用于完成二次注浆材料的半自动加料和自动搅拌工作；
[0044] 所述半自动注浆台车系统中包含有注浆机、两个自动搅拌桶、浆液输送管路系统 和控制系统，其中：浆液输送管路系统包括水泥注浆管、水玻璃注浆管、自来水管、水玻璃原 衆管、水玻璃原衆栗、水玻璃输送管和水泥输送管;控制系统包括控制电路面板和自来水管 阀门。
[0045] 优选地，第五步中：
[0046] (1)打开两个自动搅拌桶的电动马达，并保持自动搅拌桶内的搅拌棒空转至少 2min；
[0047] (2)打开两个自来水管阀门和水玻璃原浆栗，向搅拌水玻璃用的自动搅拌桶中注 入水玻璃原浆和自来水，向搅拌水泥浆用的自动搅拌桶中注入自来水并均匀倒入水泥，倒 入的水泥用量、用水量和水玻璃用量根据第二步的（1)中的注浆浆液配比确定；
[0048] (3)浆液搅拌均匀后，完全打开与注浆孔连接的球阀，开启注浆机的控制开关，开 始注浆；
[0049] (4)当水泥浆液注浆量和水玻璃浆液注浆量之和达到注浆量Q值后，关闭注浆机、 水玻璃原浆栗，停止向搅拌水泥浆用的自动搅拌桶中倒入水泥，完全关闭与注浆孔连接的 球阀，关闭自来水管阀门，将Y型三通管件从球阀接口拆下；
[0050] (5)关闭球阀至少十分钟后，重新打开球阀，若无渗水现象，则拆卸下球阀，用注浆 孔塞密封注浆孔，完成本次二次注浆过程；
[0051 ]若出现渗水现象，重复上述第五步的（1)~（5 )，重新进行二次注浆，直至完成本次 二次注浆过程。
[0052]进一步的，在上述第五步之后，进一步执行第六步:冲洗注浆管和Y型三通管件。
[0053] 优选地，第六步中：在完成二次注浆过程后，打开自来水管阀门和两个自动搅拌桶 的电动马达，向两个自动搅拌桶中注入自来水，打开注浆机，以1.5倍的注浆压力向水泥注 浆管、水玻璃注浆管内注入清水，分别冲洗水泥注浆管、水玻璃注浆管内残余