盾构施工注浆工法的应用.ppt
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1、盾构施工注浆工法的应用盾构施工注浆工法的应用中国中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司中国中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司3/19/2024v一、盾构注浆的目的一、盾构注浆的目的v二、注浆系统的分类二、注浆系统的分类v三、浆液的选择三、浆液的选择v四、注浆设备四、注浆设备v五、注浆管理五、注浆管理v六、注浆施工中常见问题及对策六、注浆施工中常见问题及对策3/19/2024v一、盾构注浆的目的一、盾构注浆的目的、减小地层损失所发生的变形、减小地层损失所发生的变形盾尾脱离管片后,土体与管片存在着间隙,此时盾尾脱离管片后,土体与管片存在着间隙,此时浆液迅速及时填充空隙,可立即弥补土层损失,从浆液迅
2、速及时填充空隙,可立即弥补土层损失,从而减少地表的变形。而减少地表的变形。3/19/2024、提高隧道抗渗性能、提高隧道抗渗性能盾尾注浆液凝固后,一般有一定抗渗性能,可作盾尾注浆液凝固后,一般有一定抗渗性能,可作为隧道的第一道止水防线,从而提高隧道抗渗性能。为隧道的第一道止水防线,从而提高隧道抗渗性能。、确保管片衬砌的早期稳定、确保管片衬砌的早期稳定 具备一定早期强度的浆液及时填充盾尾间隙,可具备一定早期强度的浆液及时填充盾尾间隙,可以确保管片衬砌的早期和后期稳定。盾构隧道是一以确保管片衬砌的早期和后期稳定。盾构隧道是一种管片衬砌与围岩共同作用的结构稳定的构造物,种管片衬砌与围岩共同作用的结构
3、稳定的构造物,管片背面空隙均匀、密实地注入、充填是确保土压管片背面空隙均匀、密实地注入、充填是确保土压力均匀作用的前提条件。力均匀作用的前提条件。3/19/2024 4、通过超前注浆预防地层变形。、通过超前注浆预防地层变形。对于前方地质软弱或异常(如溶洞、土洞等情况),对于前方地质软弱或异常(如溶洞、土洞等情况),采用超前注浆等方式预先加固起到预防地层变形效采用超前注浆等方式预先加固起到预防地层变形效果。也为开仓检查创造条件。果。也为开仓检查创造条件。5、通过二次注浆起到以下作用:、通过二次注浆起到以下作用:(1)纠偏、进一步加固或抗渗漏效果。)纠偏、进一步加固或抗渗漏效果。(2)堵截盾构机后
4、方的水源,减少喷涌发生的机会。)堵截盾构机后方的水源,减少喷涌发生的机会。(3)保证盾构机进出站安全。)保证盾构机进出站安全。3/19/2024二、盾尾注浆系统分类二、盾尾注浆系统分类 v1、根据盾尾注浆与盾构掘进的关系,从时效性上可将盾尾、根据盾尾注浆与盾构掘进的关系,从时效性上可将盾尾注浆分为三大类:注浆分为三大类:v(1)同步注浆:超挖间隙形成的同时,立即注浆,使浆液)同步注浆:超挖间隙形成的同时,立即注浆,使浆液即时填充超挖间隙的方式。即时填充超挖间隙的方式。v(2)及时注浆:掘进了一环或数环后,盾尾已存在大量间)及时注浆:掘进了一环或数环后,盾尾已存在大量间隙空间,才对超挖间隙进行注
5、浆的方式。这种注浆方式由于隙空间,才对超挖间隙进行注浆的方式。这种注浆方式由于不能迅速对超挖间隙进行填充,增大了对土的扰动性,不利不能迅速对超挖间隙进行填充,增大了对土的扰动性,不利于地面沉降控制,而且由于早期管片脱出盾尾后处于悬空状于地面沉降控制,而且由于早期管片脱出盾尾后处于悬空状态,受力状态较差,容易发生错台。因此,仅在地质情况良态,受力状态较差,容易发生错台。因此,仅在地质情况良好、对地表沉降要求较低时才能使用。好、对地表沉降要求较低时才能使用。v(3)二次注浆:一次注浆效果不理想时,需要通过二次注)二次注浆:一次注浆效果不理想时,需要通过二次注浆对前期注浆进行补充。一般在隧道发生偏移
6、、地表沉降异浆对前期注浆进行补充。一般在隧道发生偏移、地表沉降异常及一些特殊地段使用。常及一些特殊地段使用。3/19/2024v2、根据盾尾注浆的位置不同,可将盾尾注浆方式分、根据盾尾注浆的位置不同,可将盾尾注浆方式分为两类:为两类:v(1)通过安装在盾构机盾尾上的注浆管注浆:这种)通过安装在盾构机盾尾上的注浆管注浆:这种注浆方式大多采用同步注浆,注浆管的埋设形式,注浆方式大多采用同步注浆,注浆管的埋设形式,从数量上有两种。从数量上有两种。3/19/2024日本盾构机在软土日本盾构机在软土地层的注浆管布地层的注浆管布置(凸出式)置(凸出式)海瑞克盾构机的注海瑞克盾构机的注浆管布置(内嵌浆管布置
7、(内嵌式)式)从注浆管与盾壳的关系上,分为两种从注浆管与盾壳的关系上,分为两种3/19/2024可实施双液注浆的可实施双液注浆的同步注浆系统同步注浆系统同步注浆装置同步注浆装置后 体冲洗管开关千斤顶冲洗水冲洗水注浆材料注浆材料清扫孔活塞3/19/2024注注 浆浆 时时开注浆材料注浆材料后 体同步注浆系统动作说明图同步注浆系统动作说明图冲冲 洗洗 时时关冲洗水冲洗水3/19/2024B)B)同步注浆系统同步注浆系统A液箱B液箱水箱阀单位同步注浆装置3/19/2024 只能实施单液注浆的同步注浆系统只能实施单液注浆的同步注浆系统检查、疏通孔检查、疏通孔3/19/2024v(2)通过管片上的注浆孔
8、注浆:这种注浆方式既可)通过管片上的注浆孔注浆:这种注浆方式既可进行同步注浆,也可进行及时注浆和二次注浆。进行同步注浆,也可进行及时注浆和二次注浆。3/19/2024两种主要注浆方式的比较两种主要注浆方式的比较比较项目比较项目通过盾尾注浆管的注浆通过盾尾注浆管的注浆通过管片注浆孔的注浆通过管片注浆孔的注浆适用性适用性所所有有地地层层。对对于于裂裂隙隙水水丰丰富富的的岩岩层层、断断裂裂带带、极软地层,填充效果会受到限制。极软地层,填充效果会受到限制。所有地层。并可用于纠偏、封堵盾尾水所有地层。并可用于纠偏、封堵盾尾水源、加固等源、加固等注浆形式注浆形式利用盾构机本身的注浆系统,多采用同步单利用盾
9、构机本身的注浆系统,多采用同步单液注浆,也可实施同步双液注浆。液注浆,也可实施同步双液注浆。可以利用盾构机的注浆系统,也可以单可以利用盾构机的注浆系统,也可以单独配置注浆系统,多实施及时注浆或二独配置注浆系统,多实施及时注浆或二次注浆,也可实施同步注浆。次注浆,也可实施同步注浆。可操作性可操作性因注浆管路已安好,因注浆管路已安好,注浆操作容易。注浆操作容易。自动化自动化程度高,施工控制相对简单。程度高,施工控制相对简单。每组装一环管片,需要向管片注浆孔连每组装一环管片,需要向管片注浆孔连接管路,拆除管路,操作困难。接管路,拆除管路,操作困难。实施同实施同步注浆的施工控制复杂。步注浆的施工控制复
10、杂。注浆效果注浆效果可以通过调整不同注浆管的压力和注浆量使可以通过调整不同注浆管的压力和注浆量使浆液均匀地分布于地层中。浆液均匀地分布于地层中。浆液不易分布均匀。浆液不易分布均匀。浆液的可浆液的可选性选性多选用单液浆多选用单液浆可灵活选用单液、双液或聚合物等。可灵活选用单液、双液或聚合物等。可能出现可能出现的问题的问题管管片片壁壁后后注注浆浆材材料料在在管管道道内内堵堵塞塞,注注浆浆困困难。难。在软弱地层中掘进,如果管片壁后注在软弱地层中掘进,如果管片壁后注浆延迟,容易引起地层沉降浆延迟,容易引起地层沉降超量超量。泥泥水水平平衡衡式式盾盾构构机机,管管片片壁壁后后注注浆浆材材料料流流向向开开挖
11、挖面面,引引起起土土仓仓内内泥泥水水劣劣化化及及泥泥水水压压力变动。力变动。同左同左在盾尾密封内的注入材料泄漏,一方面推在盾尾密封内的注入材料泄漏,一方面推进阻力增大,另一方面地下水向盾构机内进阻力增大,另一方面地下水向盾构机内泄漏。泄漏。同左同左3/19/2024v3、根据浆液的输送形式,盾尾注浆分为:、根据浆液的输送形式,盾尾注浆分为:v(1)直接压送式:由坑外拌浆设备直接把浆液压送到管片)直接压送式:由坑外拌浆设备直接把浆液压送到管片等注入口处的注入方式。盾构直径小、推进距离短时使用。等注入口处的注入方式。盾构直径小、推进距离短时使用。v(2)中继设备式:由坑外办浆设备把浆液压送到放置在
12、后)中继设备式:由坑外办浆设备把浆液压送到放置在后方台车上的中继设备上,由装在台车上的注浆泵注入的方式。方台车上的中继设备上,由装在台车上的注浆泵注入的方式。推进距离长、盾构直径较大的场合使用。推进距离长、盾构直径较大的场合使用。v(3)坑内运输式:坑外拌浆设备压入到放置在台车上罐中,)坑内运输式:坑外拌浆设备压入到放置在台车上罐中,经坑内运输,用坑内注浆泵注入的方式。不用担心输浆管堵经坑内运输,用坑内注浆泵注入的方式。不用担心输浆管堵塞和水清洗,适于定量注入。塞和水清洗,适于定量注入。v(4)坑内拌浆:各种浆液材料搬到装在坑内后方台车上的)坑内拌浆:各种浆液材料搬到装在坑内后方台车上的坑内拌
13、浆设备上,然后混拌注入。坑内拌浆设备上,然后混拌注入。3/19/2024v1、浆液种类、浆液种类:v(1)单液浆:由粉煤灰、砂、胶凝材料、水、外加)单液浆:由粉煤灰、砂、胶凝材料、水、外加剂等在搅拌机等搅拌器中一次拌合而成。剂等在搅拌机等搅拌器中一次拌合而成。v根据凝胶材料的加入情况,单液浆又可分为惰性浆根据凝胶材料的加入情况,单液浆又可分为惰性浆液和硬性浆液。液和硬性浆液。惰性浆液即浆液中没有掺加水泥等凝胶物质,早期惰性浆液即浆液中没有掺加水泥等凝胶物质,早期强度和后期强度均很低的浆液。强度和后期强度均很低的浆液。硬性浆液即在浆液中掺加了水泥等凝胶物质,具备硬性浆液即在浆液中掺加了水泥等凝胶
14、物质,具备一定早期强度和后期强度的浆液。一定早期强度和后期强度的浆液。三、浆液的选择三、浆液的选择3/19/2024v(2)双液浆:由水泥砂浆等搅拌成的)双液浆:由水泥砂浆等搅拌成的A液与由水玻液与由水玻璃等组成的璃等组成的B液混合而成的浆液。液混合而成的浆液。v根据凝结时间和固结形态,可以分为以下几类:根据凝结时间和固结形态,可以分为以下几类:v缓凝型:凝胶时间大于缓凝型:凝胶时间大于30s。可塑态固结区时间很。可塑态固结区时间很短短v瞬凝型:凝胶时间小于瞬凝型:凝胶时间小于20s。可塑态固结区时间较。可塑态固结区时间较短短v可塑型:凝胶时间可塑型:凝胶时间6-20s。可塑态固结区时间较长。
15、可塑态固结区时间较长v(3)化学浆液:聚氨酯等)化学浆液:聚氨酯等3/19/20243/19/2024v2、浆液的主材、浆液的主材v浆液指由主剂(主要原材料)、溶剂(水或其他溶浆液指由主剂(主要原材料)、溶剂(水或其他溶剂)及各种外加剂按一定比例配制而成的混合液体。剂)及各种外加剂按一定比例配制而成的混合液体。v浆材分为化学浆材(水玻璃类及高分子类)、非化浆材分为化学浆材(水玻璃类及高分子类)、非化学浆材(水泥、粘土、砂、粉煤灰等)学浆材(水泥、粘土、砂、粉煤灰等)。3/19/2024v几种主材的物理特性及技术要求:几种主材的物理特性及技术要求:v(1)水泥:矿渣水泥较普通水泥中熟料含量比普通
16、)水泥:矿渣水泥较普通水泥中熟料含量比普通水泥多,早期强度低,后期强度高,但难以磨细,水泥多,早期强度低,后期强度高,但难以磨细,亲水性差,泌水大。亲水性差,泌水大。v(2)膨润土:分为天然膨润土、改性膨润土和活性)膨润土:分为天然膨润土、改性膨润土和活性膨润土。天然膨润土又分钙基膨润土和纳基膨润土。膨润土。天然膨润土又分钙基膨润土和纳基膨润土。优选纳基膨润土。优选纳基膨润土。v 根据法国隧道工程协会推荐:膨润土水泥浆液配根据法国隧道工程协会推荐:膨润土水泥浆液配比是每比是每m3加入加入20-80kg,水泥,水泥100-700kg。v 应先将膨润土与水混合,预膨胀后再与水泥搅拌应先将膨润土与水
17、混合,预膨胀后再与水泥搅拌混合。混合。v(3)水:不含过量的酸、碱、盐()水:不含过量的酸、碱、盐(0.1%)、氯化)、氯化物(物(0.5%)以及其他过量悬浮杂质的水都能用来)以及其他过量悬浮杂质的水都能用来作为拌浆用水。作为拌浆用水。3/19/2024v(4)砂:考虑耐久性、流动性、收缩和碱性反应等)砂:考虑耐久性、流动性、收缩和碱性反应等因素,要求级配均匀,最大颗粒不超过因素,要求级配均匀,最大颗粒不超过2mm,当送,当送浆距离远时,最大粒径浆距离远时,最大粒径0.5mm。v(5)石灰:二氧化硅)石灰:二氧化硅(Si02)与消石灰进行化学反应,与消石灰进行化学反应,可以生成一种低钙硅比的凝
18、胶,这种凝胶比由波特可以生成一种低钙硅比的凝胶,这种凝胶比由波特兰水泥水化生成的主要凝胶兰水泥水化生成的主要凝胶CSH()具有更好的耐具有更好的耐腐蚀性。腐蚀性。v(6)水玻璃:又名硅酸钠()水玻璃:又名硅酸钠(Na2SiO3),是常见),是常见的水溶性硅酸盐。的水溶性硅酸盐。v水玻璃溶于水水玻璃溶于水时发生水解反生水解反应,使溶液呈碱性。,使溶液呈碱性。Na2OSiO2+H2ONaHSiO2+(m-2)SiO2aqv通常市售水玻璃浓度通常市售水玻璃浓度50-56Be,而注,而注浆需要的需要的浓度度多多为30-45Be,因此需要稀,因此需要稀释后使用。后使用。3/19/2024v(7)粉煤灰:
19、一般采用二级粉煤灰。)粉煤灰:一般采用二级粉煤灰。v(8)外加)外加剂 外加外加剂主要有减水主要有减水剂、絮凝、絮凝剂等等v(9)高分子材料)高分子材料 聚氨聚氨酯类:水溶性和油溶性两:水溶性和油溶性两类。聚氨。聚氨酯类浆液遇水后液遇水后发生水解反生水解反应,凝胶体体,凝胶体体积迅速迅速膨膨胀,同,同时发生生连锁反反应,产生交生交联形成泡形成泡沫凝固体。可注性好。沫凝固体。可注性好。3/19/2024v2、注浆液应具备的特性、注浆液应具备的特性w(1)充填性好,不易流失到盾尾空隙以外的其他区)充填性好,不易流失到盾尾空隙以外的其他区域。域。w(2)浆液和易性好,不易离析,能长距离输送。)浆液和
20、易性好,不易离析,能长距离输送。w(3)浆液注入时不宜被地下水离析。)浆液注入时不宜被地下水离析。w(4)浆液填充后,早期强度均匀,能够稳定隧道。)浆液填充后,早期强度均匀,能够稳定隧道。w(5)浆液硬化后收缩率和渗透系数小。)浆液硬化后收缩率和渗透系数小。w(6)无公害、价格便宜。)无公害、价格便宜。w最重要的要求是:充填性、流动性、和易性、凝固最重要的要求是:充填性、流动性、和易性、凝固强度(早期强度)。强度(早期强度)。3/19/2024v高性能砂浆所应具备的指标:高性能砂浆所应具备的指标:w稠度:稠度:9-11w流动度:流动度:18-20w离析率:离析率:2MPawPH值值7-9w收缩
21、率收缩率5%,最好具备微膨胀性,最好具备微膨胀性w抗水分散性,且易清洗抗水分散性,且易清洗3/19/2024几组单液浆配合比几组单液浆配合比50:220:510:20:200石灰石灰:粉煤灰粉煤灰:膨润土膨润土:砂砂:外加剂外加剂:水水=104:390:95:1534:3.9:370水泥水泥:粉煤灰粉煤灰:砂砂:外加剂外加剂:水水=90:365:920:4.56:320水泥水泥:砂砂:粉煤灰粉煤灰:膨润土膨润土:水水50:220:510:20:200 100:240:400:30:230水水:膨润土膨润土:粉煤灰粉煤灰:砂砂=430:100:400:680 水泥水泥:粉煤灰粉煤灰:砂砂:膨润土
22、膨润土:水水=1:1.24:3.2:0.2:1.543/19/2024v双液浆各主要参数的关系双液浆各主要参数的关系w凝胶时间、固结强度、气温凝胶时间、固结强度、气温与浆材参数的关系与浆材参数的关系w水灰比:水灰比:B液浓度一定时,液浓度一定时,A/B液体积比一定时,水灰液体积比一定时,水灰比越大,浆液的凝胶时间越比越大,浆液的凝胶时间越长。长。3/19/2024w水玻璃浓度:其他因素不变时,水玻璃浓度增加,凝胶时水玻璃浓度:其他因素不变时,水玻璃浓度增加,凝胶时间开始略有下降,最后略有回升。间开始略有下降,最后略有回升。3/19/2024wA/B液体积比:其他因素不变,水泥浆与水玻璃体积比在
23、液体积比:其他因素不变,水泥浆与水玻璃体积比在1:0.3-1:1范围内,体积比越大,凝胶时间越短。范围内,体积比越大,凝胶时间越短。w通常通常A液流动粘度控制在液流动粘度控制在25-35s,B液液20s左右,左右,27-30Bew体积比体积比8:1-14:13/19/2024w水泥用量与单轴抗压强度的关系水泥用量与单轴抗压强度的关系v因此,调整浆液凝胶时间的最优选择,是调整水灰比,其次因此,调整浆液凝胶时间的最优选择,是调整水灰比,其次调整体积比。调整体积比。3/19/2024v几组双液注浆配比例子几组双液注浆配比例子v 双液:双液:A液:水液:水757:水泥:水泥382:膨:膨55:稳定剂:
24、稳定剂1.47 B液:水玻璃液:水玻璃91L 7s A液:水液:水703:水泥:水泥400:膨:膨133:稳定剂:稳定剂2 B液液89.3 13s A液:水液:水816:水泥:水泥367:缓凝剂:缓凝剂2.9 B液:液:118 11-13s A液:水液:水819;水泥;水泥260;膨润土;膨润土30;缓凝剂;缓凝剂0.9 B液:水玻璃液:水玻璃80;6-11s 30-40min,4MPa A液:水液:水1000kg;水泥;水泥800kg;缓凝剂;缓凝剂7.5kg B液:液:180 11-13s A液:水泥液:水泥260kg,膨润土,膨润土30kg,缓凝剂,缓凝剂0.9kg,水,水819kg B
25、液:液:80 6-11s,30-40min 4MPa 3/19/2024vA、B液价格比较液价格比较材料名材料名称称A液液B液液水泥水泥P.O32.5粉煤灰粉煤灰膨润土膨润土水水水玻璃水玻璃水水价格价格340120400361033/19/2024四、注浆设备四、注浆设备v盾尾注浆设备基本上由材料贮藏设备、计量设备、拌盾尾注浆设备基本上由材料贮藏设备、计量设备、拌浆机、贮液罐、注浆泵、注入管、注入控制装置、记录浆机、贮液罐、注浆泵、注入管、注入控制装置、记录装置等构成。装置等构成。v材料贮藏设备:纵型筒仓和横型筒仓两种。材料贮藏设备:纵型筒仓和横型筒仓两种。v计量设备:多采用计量重量和容积这两
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