专利名称：用于地铁盾构可硬化浆液同步注浆的方法
技术领域：
本发明涉及的是一种隧道工程技术领域的施工方法，特别是一种用于地铁盾构可硬化浆液同步注浆的方法。
背景技术：
同步注浆施工是地铁盾构隧道施工工艺之一。由于盾构掘进时，机头刀盘直径略大于机身尺寸，因此在盾尾脱离管片后，管片背面与地基土之间产生较大的空隙，若不及时回填，势必造成地层变形，进而对临近的构筑物产生破坏性的影响。如建筑物的基础倾斜开裂、地下各种管道的产生裂口或断裂、地表路面塌陷，造成交通中断等等，也就是说及时的填充盾尾脱离后管片背面出现的空隙的充填技术(即背后注浆技术)是盾构工法中必不可少的关键性一环的所谓辅助工法”。
现有的盾构施工技术中同步注浆技术所采用的注浆材料众多，所产生的效果也不一。上海地铁一、二号线的隧道施工中，购买的是法国FCB的盾构掘进机，配套提供了同步注浆设备、工艺和注浆材料的配方(通称惰性浆液)。该套注浆设备采用管道连接储浆桶与注浆口，盾构机头分布均匀的六点同时进行同步注浆施工。由于惰性浆液不凝结的特性，FCB的盾构掘进机的拌浆桶、运浆车和储浆桶的搅拌叶片与桶壁间隙较大，注浆完毕后管路一般不清洗。然而按照法国配方拌制的浆液存在着浆液泌水率大，注浆过程中浆液易堵管、充填性差、无强度、易产生振动液化，造成地面沉降量大，需进行二次甚至更多的补压浆，以控制地面沉降的进一步扩大，对经济效益和社会效益均产生不利的影响。
经对现有技术文献检索发现美国专利申请号为US5707443，名称为灌浆材料及其应用(Grouting materials and their use)，其自述含水泥、分散剂、膨胀剂和粘结剂等材料，从上表述可看到，添加了分散剂和膨胀剂，对新拌浆液均匀性、结石体的膨胀性有促进作用，但并无抗离析和泵送润滑特征，对掺有一定量硅酸盐水泥的浆液在泵送过程中工作性的损失不起任何控制作用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于地铁盾构可硬化浆液同步注浆的方法。使其对原有的注浆工艺作出了十分有效的改进。达到了浆液和易性好、顺滑易泵不堵管、充填性高，注浆浆液28天后可达5～9MPa，有效控制地面沉降，对施工现场附近的构筑物起到显著的保护作用。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的方法具体如下首先根据气候在可硬化浆液配比范围中选择具体各组分进行施工，其中可硬化浆液配方重量百分比具体为水泥7～15％，粉煤灰40～54％，砂15～27％、水22～25％、聚胺类高分子聚合物0.54～0.63％，外掺剂萘系缩合物0.37～0.46％；然后加宽搅拌叶片，缩小拌浆桶内叶片与桶壁间距，缩减注浆点；再进一步后期清洗，每24小时两个作业班次，必须拌制惰性浆液一次，直接泵送注浆，清除注浆设备和管路的残留的可硬化浆液。
所述的注浆，自拌浆至浆液注入管片壁后浆液注入位置，至管口压力表值≥0.5MPa时注浆结束，时间必须控制在初凝值之内。
所述的缩减注浆点，注浆点布置由机壳均匀分布的六点减为顶端的两点。注浆吸入口加装压力表，通过压力表的变化值确定注浆量和管路畅通情况。
所述的缩小拌浆桶内叶片与桶壁间距，是根据可硬化浆液内含有水泥、易凝结的特点，改造原有的浆液拌浆机、运浆机和储浆高位槽内的浆液叶片宽度，使搅拌叶片与桶壁间距≤10mm，达到充分搅拌不留死角，放浆时搅拌叶片能触及拌浆桶各个角落，确保浆液全部送出。
所述的拌浆方法搅拌下分别加入总量的3/4水、水泥、粉煤灰、黄砂和聚胺类高分子聚合物、外掺剂萘系缩合物。浆液搅拌均匀后加入另1/4水及减水剂，控制搅拌时间30min，检测浆液质量，送入运浆系统。
本发明的工作原理因掺加聚胺类高分子聚合物和外掺剂萘系缩合物，使浆液具有高流动性、填充性，利用上述两种性能使浆液在泵和重力的作用下，双点注浆率得到提高，并克服了隧道在施工中的上浮现象。
浆液稠度值(cm)9.5～11.5，泌水率(％)≤6.0，初凝值16～24小时，浆液结实体龄期1～2天达原状土强度，龄期28天达5～9MPa，浆液结实体具有抗震动液化功能。拌浆、注浆设备和注浆管路后期清洗周期每24小时两个作业班次，必须拌制惰性浆液一次，泵送注入管片背面，彻底清除管路中的可硬化浆液，确保管路内无本发明可硬化浆液残物，同时减少清洗管路造成大量水资源浪费和清洗废水排除工作。
本发明的使用，浆液可以一次成型，省去以往用法国惰性浆液注浆后的二次注水泥固化浆的步骤和费用，有效地控制了地面沉降，具有显著的经济效益和社会效益。聚胺类高分子聚合物和外掺剂萘系缩合物的使用，还有效地改善了含水泥砂的浆液和易性差、易堵管的技术难题。
具体实施例方式
实施例一某地铁区间隧道施工，该隧道长1038m，覆土10.8～14.2m，处于灰色淤泥质粘土层中，该层土灵敏度高，受扰动后易沉降。该隧道采用FCB土压平衡盾构同步注浆形式施工，以防止土体变形。
原施工方案同步注浆采用法国配方惰性浆液注浆，盾构施工推进第879环起，采用本发明可硬化浆液，共注浆160环。
对材料和设备要求1、拌浆桶、运浆车和储浆漕的搅拌叶片增宽，缩小拌浆桶内叶片与桶壁间距，使搅拌叶片与桶壁间距≤10mm；2、浆液配比施工期气温较高初凝值提前，浆液中提高粉煤灰的掺入比，浆液稠度值和初凝值也相应增加。本发明可硬化浆液配比为水泥7.0％，粉煤灰54.0％，砂16.0％，水22.0％，聚胺类高分子聚合物0.63％和外掺剂萘系缩合物0.37％3、本发明可硬化浆液技术指标注浆材料稠度值10.5～11.5cm，初凝值24小时，抗压强度R28≥6.0MPa，泌水率5.5％。
4、用阀门封堵注浆口③、④、⑤、⑥，注浆口①②同时开启，保持注浆压力0.25～0.5MPa。
5、夜班注浆作业拌制最后一桶浆液时，采用惰性浆液配方，清除管道内残留的可硬化浆液。
实际效果比较应用本实施例，前0～878环管片用惰性浆液注浆后，管片表面潮湿，后879～1038环管片用本发明可硬化浆液注浆，管片表面基本干燥。前0～878环管片沉降量控制在+1～-3cm范围内，事后实行二次水泥浆注浆。后879～1038环管片沉降量在1cm左右，小于前沉降量，该段未进行二次注浆，28天管片钻孔壁后取样，抗压强度6.8MPa，注浆管路未发生因残留浆液结硬而堵管的现象。
实施例二某地铁区间隧道施工，该隧道长873m，覆土厚度8.535～16.378m不等，由勘测资料可知，隧道主要穿越灰色淤泥质粘土、灰色粘性土，灰色粘土属滨海～沼泽溺谷相沉积，很湿、软～可塑，为高偏中压缩性土。盾构推进地段处于商业闹市区，地面高层建筑较多。
原施工方案同步注浆采用法国配方惰性浆液注浆，盾构施工推进第324环起，采用本发明可硬化浆液，直至同步注浆结束。
浆液配方选择水泥15.0％，粉煤灰40.0％，砂20.0％，水24.0％，聚胺类高分子聚合物0.54％和外掺剂萘系缩合物0.46％实际效果比较应用本实施例，前0～324环管片用惰性浆液注浆后，管片表面潮湿，后325～837环管片用本发明可硬化浆液注浆，管片表面基本干燥。前0～324环管片沉降量控制在+1～-3cm范围内，事后实行二次水泥浆注浆。后325～837环管片沉降量在1cm左右，小于前沉降量，该段未进行二次注浆，28天管片钻孔壁后取样，抗压强度7.8MPa，注浆管路未发生因残留浆液结硬而堵管的现象。
实施例三某地铁区间隧道施工，该隧道双线全长2087m，覆土厚度约为8.3～15.6m不等，由勘测资料可知，隧道主要穿越第I陆相层(河床～河漫滩相沉积层)、第I海相层(浅海相沉积层)、第II陆相层(河床～河漫滩相沉积层)、第四系上更新统第III陆相层(河床～河漫滩相沉积层)、第II海相层(滨海～潮汐带相沉积层)及第IV陆相层(河床～河漫滩相沉积层)。以上土质主要以粉砂土、砂土为主，含水量20～30％，液限20～36％，土层较硬。盾构推进土层地面有高层建筑和文物保护建筑。
浆液配方选择水泥9.0％，粉煤灰49.0％，砂17.0％，水24.0％，聚胺类高分子聚合物0.60％和外掺剂萘系缩合物0.40％。
实际效果比较
应用本实施例，管片表面基本干燥。管片沉降量在1cm左右，该段未进行二次注浆，注浆管路未发生因残留浆液结硬而堵管的现象。
实施例四某地铁区间隧道施工，该隧道上行线全长1365m；下行线全长1359m，覆土厚度约为8.5～16.8m。由勘测资料可知，隧道主要穿越盾构施工穿越的土层为灰色淤泥质粘土、灰色粘土、灰色粉质粘土，含水量35～50％，液限38～45％。盾构推进地段处于商业闹市区，地面高层建筑较多。
本工程采用两种配方a.浆液配方选择水泥15.0％，粉煤灰40.0％，砂20.0％，水24.0％，聚胺类高分子聚合物0.54％和外掺剂萘系缩合物0.46％；b.液配方选择水泥12.0％，粉煤灰44.0％，砂20.0％，水23.0％，聚胺类高分子聚合物0.58％和外掺剂萘系缩合物0.42％。
实际效果比较应用本实施例，管片表面基本干燥。管片沉降量在1cm左右，该段未进行二次注浆，28天管片钻孔壁后取样，注浆管路未发生因残留浆液结硬而堵管的现象。
权利要求
1.一种用于地铁盾构可硬化浆液同步注浆的方法，其特征在于，方法具体如下首先根据气候在可硬化浆液配比范围中选择具体各组分进行施工，其中可硬化浆液配方重量百分比具体为水泥7～15％，粉煤灰40～54％，砂15～27％、水22～25％、聚胺类高分子聚合物0.54～0.63％，改良型萘系聚合物0.37～0.46％；然后加宽搅拌叶片，缩小拌浆桶内叶片与桶壁间距，缩减注浆点；再进一步后期清洗，每24小时两个作业班次，必须拌制惰性浆液一次，直接泵送注浆，清除注浆设备和管路的残留的可硬化浆液。
2.根据权利要求1所述的用于地铁盾构可硬化浆液同步注浆的方法，其特征是，所述的缩小拌浆桶内叶片与桶壁间距，搅拌叶片与桶壁间距≤10mm，达到充分搅拌不留死角，放浆时搅拌叶片能触及拌浆桶各个角落，确保浆液全部送出。
3.根据权利要求1所述的用于地铁盾构可硬化浆液同步注浆的方法，其特征是，所述的拌浆方法搅拌下分别加入总量的3/4水、水泥、粉煤灰、黄砂和聚胺类高分子聚合物，改良型萘系聚合物外掺剂。浆液搅拌均匀后加入另1/4水及减水剂，控制搅拌时间30min，检测浆液质量，送入运浆系统。
4.根据权利要求1所述的用于地铁盾构可硬化浆液同步注浆的方法，其特征是，所述的缩减注浆点，注浆点布置由机壳均匀分布的六点减为顶端的两点，注浆吸入口加装压力表，通过压力表的变化值确定注浆量和管路畅通情况。
5.根据权利要求1或者3或者4所述的用于地铁盾构可硬化浆液同步注浆的方法，其特征是，所述的注浆，自拌浆至浆液注入管片壁后浆液注入位置，至管口压力表值≥0.5MPa时注浆结束，时间必须控制在初凝值之内。
全文摘要
一种用于地铁盾构可硬化浆液同步注浆的方法，具体如下首先根据气候在可硬化浆液配比范围中选择具体各组分进行施工，其中可硬化浆液配方重量百分比具体为水泥7～15％，粉煤灰40～54％，砂15～27％、水22～25％、聚胺类高分子聚合物0.54～0.63％，改良型萘系聚合物0.37～0.46％；然后加宽搅拌叶片，缩小拌浆桶内叶片与桶壁间距，缩减注浆点；再进一步后期清洗，每24小时两个作业班次，必须拌制惰性浆液一次，直接泵送注浆，清除注浆设备和管路的残留的可硬化浆液。本发明浆液可一次成型，省去了二次注水泥固化浆费用，有效地控制了地面沉降，还有效地改善了含水泥砂的浆液和易性差、易堵管的技术难题。
文档编号C04B18/04GK1632288SQ200410099180
公开日2005年6月29日 申请日期2004年12月29日 优先权日2004年12月29日
发明者谢彬, 宋兴宝, 刘千伟 申请人:上海隧道工程股份有限公司