一种大直径泥水盾构超前注浆系统及施工方法

技术领域

本发明涉及盾构掘进注浆技术领域，更具体地说，它涉及一种大直径泥水盾构超前注浆系统及施工方法。

背景技术

随着交通事业的进一步发展，盾构掘进法已经成为解决穿越建筑物施工难题的重要手段。在当前盾构施工过程中对周围水土环境影响大，如何保证隧道掘进过程中前方土体及建构筑物稳定是当前盾构掘进施工的重难点之一。盾构超前加固注浆是针对在盾构施工过程中出现的不良地质条件或预兆的不稳定地层情况进行的加固方法，旨在保证隧道的稳定和施工的顺利进行，其基本原理是通过注入高压注浆液，使漏涂及缝隙处填充，增强地层的承载力和稳定性。当前超前注浆面临的问题是大直径盾构施工过程中，因为泥浆喷涌和注浆材料渗漏导致钻孔注浆效果不好、安全性差，难以有效保障施工安全性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种大直径泥水盾构超前注浆系统，可以解决目前大直径盾构超前注浆存在的注浆效果不好、施工安全性差的技术问题；

本发明的目的还在于提出一种大直径泥水盾构超前注浆施工方法，可以解决目前大直径盾构超前注浆存在的注浆效果不好、施工安全性的差技术问题。

本发明提供了如下技术方案：一种大直径泥水盾构超前注浆系统，主要由防喷涌装置、水泥浆储料桶、水玻璃溶液桶、磷酸溶液桶、注浆泵、三通混合器构成，水泥浆储料桶、水玻璃溶液桶、磷酸溶液桶分别用于向注浆泵提供水泥浆液、水玻璃溶液和磷酸溶液，注浆泵与三通混合器连接、用于向三通混合器泵送浆液，盾体上设置超前注浆孔，三通混合器混合浆液后通过超前注浆管向超前注浆孔供送浆液，防喷涌装置包括管体，管体上设置泄压球阀，管体一端与超前注浆孔连通，另一端与超前注浆管法兰连接，所述管体用于与超前注浆管连接的一端内部设置密封圈。

本发明还提供了如下技术方案：一种大直径泥水盾构超前注浆施工方法，包括如下步骤：

S1.钻机安装调试；将钻注一体机固定在盾构机管片安装机吸盘位置上；

S2.防喷涌装置安装；在超前注浆孔孔口安装防喷涌装置；

S3.钻孔至加固结束里程，注磷酸、水玻璃混合液；

S4.钻进至加固开始里程，注水泥、水玻璃双液浆；

S5.后退式注水泥、水玻璃双液浆，直至加固结束里程；

S6.磷酸封孔。

进一步的，超前注浆孔数量为18个、设置在盾构机中盾位置，超前注浆孔相对盾构机外壳呈11°倾斜夹角。

进一步的，注浆作业施工前，在超前注浆孔注满盾尾油脂。

进一步的，注浆过程中水玻璃溶液中水玻璃与水的体积比为1:3，磷酸溶液中磷酸与水的体积比为1:10，水玻璃溶液采用40be'的原液配置得到，水泥浆液中水和水泥的质量比为1:1。

进一步的，S3步骤中，注入过程中磷酸溶液、水玻璃溶液的体积比为1:1。

进一步的，S4-S5步骤中，注入过程中水泥浆液、水玻璃溶液的体积比为1:1。

进一步的，配置水泥浆液时，先在搅拌桶内加入适量水，再加入水泥，连续搅拌3min后，确保无硬团、结块后方可使用。

进一步的，S5步骤中边注浆边退钻杆，严格控制推杆幅度每次不超过0.4m。

进一步的，注浆之前先用少量清水清洗超前注浆管保持管路通畅，再实施注浆作业。

综上所述，本发明具有以下有益效果：注浆加固过程分为多个循环，由传统的搭设脚手架工作平台优化为利用管片安装机吸盘对钻注一体机进行固定，大大缩短钻注一体机安装定位时间，单孔注浆结束后利用安装旋转、快速切换至下一个注浆孔位，减少每次循环结束后的拆装时间，继而提升注浆效率；通过设置防喷涌装置，及时泄掉注浆管内压力，避免出现泥浆喷涌和浆液渗漏；

当钻头位置到刀盘正前方，注磷酸、水玻璃混合液的目的是：

（1）挤出复合地层交界面及裂隙中的水，占据裂隙水通道并渗透到软弱地层中挤密固结，提高地层稳定性；

（2）润滑钻杆、减少钻杆与地层之间的阻力；

（3）在钻头处形成凝固区，防止后续注双液浆回流至泥水仓内固结；

（4）在后退注浆作业时形成前后双向密封，减少注浆分段之间相互干扰并降低冒浆窜浆等；

本发明采用超前注浆手段对刀片前上方土体进行加固，密实盾构施工区域刀盘前上方土体，尽可能减小土体透水性，减少盾构穿越过程中对土体的扰动，形成与桥桩之间的隔离作用，大大提高隧道线路与建构筑物之间土体整体稳定性，确保盾构穿建构筑物的安全性。

附图说明

图1是本发明的一种大直径泥水盾构超前注浆系统的具体实施例1的示意图；

图2是本发明的一种大直径泥水盾构超前注浆系统的具体实施例1中防喷涌装置的结构示意图；

图3是本发明的一种大直径泥水盾构超前注浆系统的具体实施例1中防喷涌装置的安装示意图；

图4是本发明的一种大直径泥水盾构超前注浆施工方法的具体实施例1的工艺流程图；

图5是本发明的一种大直径泥水盾构超前注浆施工方法的具体实施例1中超前注浆孔孔位示意图；

图6是本发明的一种大直径泥水盾构超前注浆施工方法的具体实施例1中钻注一体机安装示意图；

图7是本发明的一种大直径泥水盾构超前注浆施工方法的具体实施例1作业施工断面示意图；

附图标记：1-水泥浆储料桶；2-水玻璃溶液桶；3-磷酸溶液桶；4-注浆泵；5-三通混合器；6-超前注浆孔；7-钻注一体机；8-钻杆；9-盾构机管片安装机吸盘；10-管体；11-防泄露法兰；12-泄压球阀；13-密封圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

本发明的一种大直径泥水盾构超前注浆系统的具体实施例1：

如图1所示，一种大直径泥水盾构超前注浆系统，包括防喷涌装置、水泥浆储料桶1、水玻璃溶液桶2、磷酸溶液桶3、注浆泵4、三通混合器5，水泥浆储料桶1用于向注浆泵4提供水泥浆液，水玻璃溶液桶2用于向注浆泵4提供水玻璃溶液，磷酸溶液桶3用于向注浆泵4提供磷酸溶液。注浆泵4与三通混合器5连接、用于向三通混合器5泵送浆液。盾体上预先设置有超前注浆孔6，三通混合器混合浆液后通过超前注浆管向超前注浆孔供送浆液。在超前注浆孔处设置防喷涌装置，如图2-图3所示，防喷涌装置包括管体10、防泄露法兰11、泄压球阀12、密封圈13，管体10一端与超前注浆孔6连通，另一端则设置防泄露法兰11，通过防泄露法兰11与超前注浆管连接。管体10与超前注浆管连接的一端的内部设置有密封圈13，同时在管体10上设置有泄压球阀12，防止在钻孔过程中喷浆涌泥。

基于以上大直径泥水盾构超前注浆系统，本发明提供一种大直径泥水盾构超前注浆施工方法，如图4所示，一种大直径泥水盾构超前注浆施工方法的具体实施例1包含以下步骤：

S1.钻机安装调试；如图6所示，使用安装机吸盘定位销将钻注一体机7固定在盾构机管片安装机吸盘9位置上，盾体中盾位置预留有如图5所示的18个超前注浆孔6，超前注浆孔相对盾构机外壳呈11°倾斜夹角，调整钻注一体机7上钻杆8的倾斜度，保证钻杆8与超前注浆孔6倾斜方向一致。

S2.防喷涌装置安装；在超前注浆孔孔口安装防喷涌装置，为保证密封圈密封效果，每次循环钻孔作业结束后更换密封圈13。

注浆作业施工前，在超前注浆斜孔注满盾尾油脂，提高钻杆和法兰盘接头之间的密封性，防止钻进过程中大量泥浆沿缝隙喷出，之后根据比例制备浆液并开始钻孔，注浆过程中，水玻璃溶液中水玻璃与水的体积比为1:3，磷酸溶液中磷酸与水的体积比为1:10，水玻璃溶液采用40be'的原液配置得到，水泥浆液中水和水泥的质量比为1:1。注浆之前先用少量清水清洗超前注浆管保持管路通畅，再实施注浆作业。

S3.钻孔至加固结束里程，注磷酸、水玻璃混合液，注入过程中磷酸溶液、水玻璃溶液的体积比为1:1。

S4.钻进至加固开始里程，注水泥、水玻璃双液浆，注入过程中水泥浆液、水玻璃溶液的体积比为1:1。

S5.后退式注水泥、水玻璃双液浆，直至加固结束里程；边注浆边退钻杆，严格控制推杆幅度每次不超过0.4m。

S6.磷酸封孔。

配置水泥浆液时，先在搅拌桶内加入适量水，再加入水泥，连续搅拌3min后，确保无硬团、结块后方可使用。

如图7所示，当钻头位置到刀盘正前方，注磷酸、水玻璃混合液的目的是：1.挤出复合地层交界面及裂隙中的水，占据裂隙水通道并渗透到软弱地层中挤密固结，提高地层稳定性；2.润滑钻杆、减少钻杆与地层之间的阻力；3.在钻头处形成凝固区，防止后续注双液浆回流至泥水仓内固结；4.在后退注浆作业时形成前后双向密封，减少注浆分段之间相互干扰并降低冒浆窜浆等。

由于注浆加固过程分为多个循环，本发明中由传统的搭设脚手架工作平台优化为利用管片安装机吸盘对钻注一体机进行固定，缩短钻注一体机安装定位时间，单孔注浆结束后利用安装旋转、快速切换至下一个注浆孔位，减少每次循环结束后的拆装时间，继而提升注浆效率；通过设置防喷涌装置，及时泄掉注浆管内压力，避免出现泥浆喷涌和浆液渗漏。

本发明主要目的在于采用超前注浆手段对刀片前上方土体进行加固，密实盾构施工区域刀盘前上方土体，尽可能减小土体透水性，减少盾构穿越过程中对土体的扰动，形成与桥桩之间的隔离作用，大大提高隧道线路与建构筑物之间土体整体稳定性，确保盾构穿建构筑物的安全性。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。