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双液自动注浆系统在盾构施工中的应用

周 宇,方 园,张文强,王 涛
(中交天和机械设备制造有限公司,江苏 常熟 215500)
 盾构施工在地铁隧道施工中占有举足轻重的地位,注浆控制是盾构施工的关键环节之一。目前国内常用注浆施工手段为单液同步注浆,传统的单液注浆技术存在着效率低、沉降控制精度不足等缺点,而双液注浆施工技术则很好地解决了这些难题。
 本文介绍的双液注浆系统依托苏州地铁5号线项目。根据勘察钻探资料分析,大部分钻孔均含有填土层,主要为素填土、局部因含少量建筑垃圾为杂填土。素填土顶部为路面砼,中间多为填砂垫层、粉质黏土等组成,杂填土含砖块、碎石、砼块等建筑垃圾。填土结构松散,地基承载力低,变形较大且不均匀,因此具有孔隙率大、透水性强的特点。开挖基坑如不采取支护措施,会引起较大变形,容易造成基坑坍塌事故。在此背景下,将盾构进行针对性系统改造,开发了双液注浆系统。
1 双液注浆系统的作用
 (1)及时填充,减少变形  推进拼装完成后,管片和开挖面之间存在很大超挖间隙,此时需要及时注入浆液以减少由于地表沉降造成的变形,如图 1 所示。
 (2)提高隧道抗渗性能  浆液在凝固后具有一定的抗渗性能,可作为第一道防线有效阻止泥水通过盾尾刷进入隧道内。
 (3)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,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。
 (4)通过超前注浆预防地层变形  对于前方的地质软弱或异常(如溶洞、土洞等),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。
 (5)二次注浆起到以下作用   纠偏、进一步加固或抗渗漏效果 , 堵截盾构后方的水源,减少喷涌发生的机会,保证盾构进出站安全。
2 双液注浆系统主要组件
 (1)输送泵  A液输送泵用于输送A液,A液主要成分由水泥浆搅拌而成;B液输送泵用于输送B液,其中B液主要成分为水玻璃;AB液混合枪将泵输送过来的A液和B液混合,混合后注入管片间隙中。
 (2)带油缸的清洗装置  由于AB液的特性,需每环注浆完毕后对注浆管路进行清洗。盾尾注浆装置内部含有两根管路,一根混合浆液管,一根高压水管,清洗时高压水泵将水打到盾尾注浆装置,盾尾注浆装置内含有一根油缸,油缸伸出将注浆孔堵住,高压水将装置的残留浆液清洗干净,清洗下来的污水通过清洗气阀连通排到污水箱,污水箱中的污水可通过配置的排污泵排出隧道,将管路以及注入口残余的砂浆清洗干净(如图2)。注浆时,清洗油缸调节至打开状态,清洗水管关闭,注浆材料通过注入管道注入管片间隙中;清洗时,清洗油缸调节至关闭状态,此时注入口关闭。
 (3)气动换向阀组  通过气动阀的选择切换实现注浆及清洗模式自动切换。
 (4)高压清洗水泵  提供高压水路,由高压水将盾尾注浆装置内残留的浆液冲回污水箱,每次注浆完毕后需及时清洗盾尾注浆装置以及管路中残留的浆液,防止堵塞。
3 双液注浆系统原理及设计
3.1系统注浆原理
  盾构双液注浆系统采用两个注入口同时注入,具备自动循环清洗、自动灌浆等功能,极大地提高了注浆施工效率。我们在盾构后配套拖车上配备了2台12m³/h施维英柱塞泵作为A液泵输送A液,2台20L/min 的螺杆泵作为B液泵输送B液,储浆罐能容纳7m³的浆液,在储浆罐顶部装有超声波压力传感器,可以实时监测浆液的液位,当储浆罐液位不足时,发出报警信号,自动补浆系统及时启动补浆,当液位达到超声波传感器液位报警上限时,停止补浆。在盾构后方作业台上配备了气动阀组,通过对气动阀组的切换控制,实现注浆及各种自动清洗回路的切换。图3为双液注浆系统回路图,几种注浆模式(自动控制)的逻辑流程如下。
 (1)NO1注浆孔注入:气动阀1、2、7、13开启,其余气阀关闭,盾尾NO.1清洗装置油缸调至关闭状态,NO.1A 液泵和 NO.1B 液泵启动。
 (2)NO2注浆孔注入:气动阀4、5、9、14开启,其余气阀关闭,盾尾 NO.2 清洗油缸调至关闭状态,NO.2A 液泵和 NO.2B 液泵启动。
 (3)NO.1 注浆清洗气动阀 2、3、8 开启,其余气阀关闭,NO.1A 液泵启动,实现注浆泵头清洗。
 (4)乌龟壳清洗:气动阀 3、13 开启,其余气阀关闭,盾尾 NO.2 清洗油缸调至打开状态,清水泵启动完成清洗。
 (5)NO.2 注浆清洗气动阀 5、6、10 开启,其余气阀关闭,NO.2A 液泵启动,实现注浆泵头清洗。气动阀 6、14 开启,其余气阀关闭,盾尾NO.2 清洗油缸调至打开状态,清水泵启动完成乌龟壳清洗。
  传统的单液浆由于流动性较差,浆液的输送复杂、耗时较长,需要先在地面拌好浆液,再用泵车将浆液运送至隧道盾构内,进行接管输送。而采用双液浆则可大大缩减时间,提高效率,由于 A液流动性好,不易结渣,在启动地面A液输送泵,气阀11开启,气阀12关闭,当A液箱液位快满至设定限位时,气阀11关闭,气阀1开启,同时A液输送泵停止,多余的A液浆进入污水箱,实现浆液的自动输送。
3.2 注浆能力计算
  注浆量的大小取决于掘进速度、开挖直径、管片宽度等多个因素,注浆能力计算公式如下
 
  将参数带入公式 (1) 即可得到本项目系统的注浆能力为 365L/min,根据计算,A液泵选择2台流量200L/min的施维英柱塞泵,按照经验双液流量配比为 A∶B=10∶1,因此B液泵选择了两台流量 20L/min 的螺杆泵。
4 结论
  盾构双液注浆改造完成后,施工效率显著提升,沉降控制精度高,苏州地铁5号线达到了平均日掘进20环,其中最快日掘进46环,远远超过之前单液注浆日掘进10环的速度,圆满完成了标段施工任务。
  采用双液注浆施工方法施工可大大提高盾构施工效率,节约施工成本,方案可行。本次苏州地铁双液注浆施工为第一次使用,后期项目可大面积推广。 
 

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