一种用于盾构施工提高二次注浆质量的施工方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于盾构施工提高二次注浆质量的施工方法及系统，包括：第一步、确定施工现场地质情况；第二步、确定注浆浆液配比，进行浆液性能试验；第三步、确定注浆压力P和注浆量Q；第四步、注浆孔开孔并连接半自动注浆台车系统；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；第六步、冲洗注浆管和Y型三通管件。本发明专利技术所述方法依靠所述半自动注浆台车系统，实现水泥浆液和水玻璃浆液的自动搅拌功能以及注浆材料的半自动添加功能，有效节省二次注浆的人力和时间，提高了注浆浆液调配的精确度、注浆浆液的均匀程度和注浆效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种地下建筑工程
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。
技术介绍
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。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。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术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。根据本专利技术的一个方面，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：第一步、确定施工现场地质情况：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γw、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；第二步、确定注浆浆液配比，进行浆液性能试验：(1)水泥浆液中水和水泥质量比为1：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；(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γs和粘滞系数μ；第三步、确定注浆压力P和注浆量Q：注浆压力P满足下述公式：P=β[Σi=1nγihi+γw(h-Hw)+5μγs(H-Hw)]]]>其中：β为地层系数，γw为地下水重度，h为注浆位置埋深，Hw为地下水初始水位深度，n为土体层数，μ为水泥浆液的粘滞系数，γs为水泥浆液的重度，H为隧道底部埋深；注浆量Q满足以下公式：Q=α4πKP100μ]]>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；第四步、注浆孔开孔并连接半自动注浆台车系统：(1)在注浆孔处安装球阀开关，保持球阀完全打开；(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；(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；(4)连接半自动注浆台车系统；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。优选地，第一步中，所述土层划分信息，包括土体层数n、第i层土的有效重度γi和注浆位置以上各层土厚度hi。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：当K＜5×10-5m/s，A取值0.8，B取值5；当5×10-5m/s＜K＜2×10-4m/s，A取值1，B取值4；当K＞2×10-4m/s，A取值1.2，B取值3。优选地，第二步的(2)中，所述水泥浆液的重度γs为水泥浆液密度与当地重力加速度的乘积。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；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。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：当地层为粘性土时，β取值1.6～1.8；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；当围岩等级m大于III级时，β取值1～1.2。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：当K＜3.42m/d，α取值1.2；当3.42m/d＜K＜17.28m/d，α取值1.4；当K＞17.28m/d，α取值1.8～2.4。优选地，第四步的(2)中：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；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°。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°。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；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、水玻璃原浆管、水玻璃原浆泵、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。优选地，第五步中：(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；(2)打开两个自来水管阀门和水玻璃原浆泵，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，倒入的水泥用量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于盾构施工提高二次注浆质量的施工方法，其特征在于，所述施工方法包括如下步骤：第一步、确定施工现场地质情况：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γw、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；第二步、确定注浆浆液配比，进行浆液性能试验：(1)水泥浆液中水和水泥质量比为1：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，注浆浆液中水泥浆液和水玻璃浆液的体积比为1：1；(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γs和粘滞系数μ；第三步、确定注浆压力P和注浆量Q：注浆压力P满足下述公式：P=β[Σi=1nγihi+γw(h-Hw)+5μγs(H-Hw)]]]>其中：β为地层系数，γw为地下水重度，h为注浆位置埋深，Hw为地下水初始水位深度，μ为水泥浆液的粘滞系数，γs为水泥浆液的重度，H为隧道底部埋深；注浆量Q满足以下公式：Q=α4πKP100μ]]>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；第四步、注浆孔开孔并连接半自动注浆台车系统：(1)在注浆孔处安装球阀开关，保持球阀完全打开；(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；(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；(4)连接半自动注浆台车系统；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。...

【技术特征摘要】
1.一种用于盾构施工提高二次注浆质量的施工方法，其特征在于，所述施工方法
包括如下步骤：
第一步、确定施工现场地质情况：
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γw、
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；
第二步、确定注浆浆液配比，进行浆液性能试验：
(1)水泥浆液中水和水泥质量比为1：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，注浆浆
液中水泥浆液和水玻璃浆液的体积比为1：1；
(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γs和粘
滞系数μ；
第三步、确定注浆压力P和注浆量Q：
注浆压力P满足下述公式：
P=β[Σi=1nγihi+γw(h-Hw)+5μγs(H-Hw)]]]>其中：β为地层系数，γw为地下水重度，h为注浆位置埋深，Hw为地下水初始
水位深度，μ为水泥浆液的粘滞系数，γs为水泥浆液的重度，H为隧道底部埋深；
注浆量Q满足以下公式：
Q=α4πKP100μ]]>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；
第四步、注浆孔开孔并连接半自动注浆台车系统：
(1)在注浆孔处安装球阀开关，保持球阀完全打开；
(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；
(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；
(4)连接半自动注浆台车系统；
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。
2.根据权利要求1所述的一种用于盾构施工提高二次注浆质量的施工方法，其特
征在于，第一步中，所述土层划分信息，包括土体层数n、第i层土的有效重度γi和注浆位置以上各层土厚度hi。
3.根据权利要求1所述的一种用于盾构施工提高二次注浆质量的施工方法，其特
征在于，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：当K＜5×10-5m/s，A取值0.8，B取值5；当5×10-5m/s＜K＜2×10-4m/s，
A取值1，B取值4；当K＞2×10-4m/s，A取值1.2，B取值3；
第二步的(2)中：所述水泥浆液的重度γs为水泥浆液密度与当地重力加速度
的乘积；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；所述μ利用旋转式黏度计测定，单位为
Pa·s。
4.根据权利要求1所述的一种用于盾构施工提高二次注浆质量的施工方法，其特
征在于，第三步中：
所述地层系数β根据地层情况取值：当地层为粘性土时，β取值1.6～1.8；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；当围岩等级m大于III
级时，β取值1～1.2；
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：当K＜3.42m/d，
α取值1.2；当3.42m/d＜K＜17.28m/d，α取值1.4；当K＞17.28m/d，α取值1.8～2.4。
5.根据权利要求1所述的一种用于盾构施工提高二次注浆质量的施工方法，其特
征在于，第四步中：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；
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°。
6.根据权利要求1所述的一种用于盾构施工提高二次注浆质量的施工方法，其特
征在于，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；
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
玻璃原浆管、水玻璃原浆泵、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。
7.根据权利要求6所述的一种用于盾构施工提高二次注浆质量的施工方法，其特
征在于，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，武铁路，蔡连利，刘永，沈水龙，张宁，顾长明，王涛，白艳峰，杨成，郝钢，胡俊杰，赵阳，宿伟，华有岳，熊涛，李永刚，杜昌亮，
申请(专利权)人：中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司，中铁十六局集团有限公司，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11