一种控制大型矩形顶管掘进土体变形的方法技术

本发明专利技术公开了一种控制大型矩形顶管掘进土体变形的方法，包括以下步骤：拌制减摩浆液，减摩浆液的组分包括水、膨润土、高分子聚合物；在矩形顶管的管片上设置注浆口，在注浆口上连接注浆管路；于管片的推进过程中，通过注浆管路对管片外表面与土体之间压注减摩浆液，于管片外表面形成一层泥浆套，以隔断管片与土体间的直接接触。通过综合手段来控制复杂土层、大断面矩形顶管掘进过程中的土体变形，首先在原顶管施工中所用的膨润土浆液中按照一定配比添加高分子聚合物，大大提高充填浆液的黏度及承压性，并减少在复杂土层中自身的滤失量。其次通过土体补偿措施稳定沉降，甚至抬升沉降区域土体，使沉降参数符合施工要求。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，包括以下步骤：拌制减摩浆液，减摩浆液的组分包括水、膨润土、高分子聚合物；在矩形顶管的管片上设置注浆口，在注浆口上连接注浆管路；于管片的推进过程中，通过注浆管路对管片外表面与土体之间压注减摩浆液，于管片外表面形成一层泥浆套，以隔断管片与土体间的直接接触。通过综合手段来控制复杂土层、大断面矩形顶管掘进过程中的土体变形，首先在原顶管施工中所用的膨润土浆液中按照一定配比添加高分子聚合物，大大提高充填浆液的黏度及承压性，并减少在复杂土层中自身的滤失量。其次通过土体补偿措施稳定沉降，甚至抬升沉降区域土体，使沉降参数符合施工要求。【专利说明】
本专利技术涉及一种隧道施工领域，尤其涉及一种控制大型矩形顶管掘进土体变形的 方法、装置及减摩浆液。
技术介绍
矩形顶管作为地下通道非开挖施工的一种，其对交通繁忙、人口密度、地面建筑物 众多、地下建筑物和管线复杂的市区来说非常重要。其施工特点是不影响穿越段地面的交 通及穿越土层中的管线，于是顶进施工中对于土体的变形必须严格控制。 传统土体变形控制措施是通过匹配出土量及施工过程中压注减摩浆液（膨润土 + 水），但对复杂地层无法做到严格控制，且对于已形成沉降大的顶进断面尚无明确控制及弥 补的措施。 传统土体变形控制的实现方案如下： 1、减摩浆液压注： 1)准备步骤 减摩浆液材料准备：水、膨润土； 调试压浆系统相关设备：地面供水系统、地面拌浆系统、井下浆液压注管路系统； 压注量计算：管节与土体间隙容量； 2)压注步骤 (1)按照一定配比拌制浆液； (2)发酵后浆液泵送至井下储浆桶； (3)手动开启注浆管路球阀进行浆液压注； (4)控制并记录压入量及压注压力； 2、施工中控制匹配进尺量及出土量： 根据断面尺寸计算出理论推进每延米的出土量，根据此数据控制出土量。 施工推进过程中刀盘会对上层土体持续扰动，通过管壁外填充浆液具有一定效 果，但针对复杂土层膨润土浆液自身的滤失量及承压性无法保证土体沉降变形在可控范 围；根据匹配进尺量控制出土量在经过土体改良后及倒土不彻底等因素下其准确性存在较 大波动。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种减小摩擦阻力、提高充填浆液的黏度及承 压性，并减少在复杂土层中自身的滤失量的控制大型矩形顶管掘进土体变形的方法、装置 及减摩楽液。 为实现上述技术效果，本专利技术公开了一种控制大型矩形顶管掘进土体变形的方 法，所述方法包括以下步骤： 拌制减摩浆液，所述减摩浆液的组分包括水、膨润土、高分子聚合物，其中所述高 分子聚合物占减摩浆液的2?2. 5% ; 在所述矩形顶管的管片上设置注浆口，在所述注浆口上连接注浆管路； 于所述管片的推进过程中，通过所述注浆管路对所述管片外表面与土体之间压注 所述减摩浆液，于所述管片外表面形成一层泥浆套，以隔断所述管片与所述土体间的直接 接触。 本专利技术进一步的改进在于，所述高分子聚合物包括大、中分子量的聚丙烯酸盐、纤 维素盐、抗盐抗钙剂、改性土。用于配制初始基础减摩浆液。大、中分子量的聚合物材料与 有益颗粒（切削下的改性土或膨润土）之间，颗粒与颗粒之间相互吸附，形成布满整个泥水 空间的网状结构框架，将自由水喝土颗粒包围其结构中，以提高泥浆的粘度切力，降低滤失 量，完成造浆护壁的初始浆液。 本专利技术进一步的改进在于，在所述管片的左右两边对称设置多个所述注浆口。 本专利技术进一步的改进在于，所述注浆管路包括注浆总管和多个注浆支管，所述注 浆支管的第一端分别采用三通或二通相互并接于所述注浆总管上，所述注浆支管的第二端 连接所述注浆口。 本专利技术进一步的改进在于，所述注浆总管与所述注浆支管之间安装有用于控制所 述注浆口启闭的电动球阀，所述电动球阀控制连接于PLC控制器，所述PLC控制器控制所述 电动球阀采用左右单点循环压注的方式使所述注浆口向所述管片外表面与所述土体之间 压注所述减摩浆液。 本专利技术进一步的改进在于，所述注浆总管与所述注浆支管之间还设有电子压力 计，用于监控所述注浆管路内的压力。 本专利技术进一步的改进在于，所述注浆支管上还设有手动球阀。 本专利技术进一步的改进在于，在所述管片的推进过程中还包括以下步骤： 拌制改良土体； 在所述矩形顶管的顶部及底部设置压泥口，在所述压泥口上连接压泥管路； 于所述管片的推进过程中，实时监测土体沉降情况，通过所述压泥管路对沉降区 域的所述管片与土体之间压注所述改良土体，抬升所述沉降区域。 本专利技术由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果： 1、减摩浆液通过改良，提高稠度、承压性，降低滤失量，大大提高浆液质量； 2、自动化、全断面浆液压注，确保泥浆套连续性及完整性，减少背土，控制土体变 形； 3、土体补偿，作为土体变形控制后续手段，能及时稳定施工段土体沉降，对于压入 量的调节可以抬升沉降区域，减少沉降量，效果显著。 通过综合手段来控制复杂土层、大断面矩形顶管掘进过程中的土体变形，首先在 原顶管施工中所用的膨润土浆液中按照一定配比添加高分子聚合物，大大提高充填浆液的 黏度及承压性，并减少在复杂土层中自身的滤失量。其次通过土体补偿措施稳定沉降，甚至 抬升沉降区域土体，使沉降参数符合施工要求。 减摩浆液在减少管片管壁摩阻力的同时，其自身所形成的泥浆套隔断了管片管壁 与土体的直接接触，防止掘进过程中背土现象，有效的减小及控制了施工段土体变形。注浆 管路左右独立，保证管节每个点位都能及时得到浆液补充。自动化操作及数据采集，精确控 制压注量及压注压力，确保泥浆套形成的连续性和完整性。 【专利附图】【附图说明】 图1是矩形顶管的施工状态示意图。 图2是本专利技术控制大型矩形顶管掘进土体变形的方法中减摩注浆系统的断面结 构示意图。 图3是本专利技术控制大型矩形顶管掘进土体变形的方法中土体补偿系统的断面结 构示意图。 图4是注浆总管与注浆支管的三通连接结构示意图。 图5是注浆总管与注浆支管的二通连接结构示意图。 【具体实施方式】 下面结合附图以及【具体实施方式】对本专利技术作进一步详细的说明。 参阅图1所示，矩形顶管的机头20于土体中掘进，当掘进至一定距离后，机头20 停止推进，然后利用始发井23内的主顶装置22将第一环管片21推出，依此类推，依次推进 机头20和管片21，直至隧道贯通。本专利技术的控制大型矩形顶管掘进土体变形的装置就是用 于在管片推进过程中减少管片与土体间的摩阻力，防止掘进过程中发生背土现象，有效的 减小及控制施工段土体变形。 配合图2和图3所示，本专利技术的控制大型矩形顶管掘进土体变形的装置主要由一 减摩注浆系统和一土体补偿系统构成，矩形顶管的管片21上分别开设有注浆口 211和压泥 口 212,如图1所示，注浆口 211设置于管片上，如图2所示，压泥口 212设置于管片的顶部 及底部。 减摩注浆系统由地面供水系统、地面拌浆系统、井下浆液压注管路系统及电动球 阀PLC控制系统构成，地面供水系统及地面拌浆系统用于拌制减摩浆液，井下浆液压注管 路系统包括注浆管路11，注浆管路11由2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制大型矩形顶管掘进土体变形的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：拌制减摩浆液，所述减摩浆液的组分包括水、膨润土、高分子聚合物，其中所述高分子聚合物占减摩浆液的2～2.5％；在所述矩形顶管的管片上设置注浆口，在所述注浆口上连接注浆管路；于所述管片的推进过程中，通过所述注浆管路对所述管片外表面与土体之间压注所述减摩浆液，于所述管片外表面形成一层泥浆套，以隔断所述管片与所述土体间的直接接触。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈旭光，方涛，黄俊，蔡雯俊，黄德中，吴列成，李刚，舒刚强，徐连刚，范杰，吕锦，王旋东，钱晓华，
申请(专利权)人：上海隧道工程有限公司，上海隧道盾构工程有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31