一种顶管施工注浆控制方法

技术领域

本发明属于顶管施工技术领域，具体涉及一种顶管施工注浆控制方法。

背景技术

随着城市化进程的推进，地下空间的建设也取得巨大发展，例如地铁线路、地下管廊等设施的建设。部分地下设施的建设会对地下既有管线造成影响，采用明挖法进行施工的地段影响更为严重，需面临大量迁线改管工程。因此在城市中心区或交通量大、管线多等道路区域施工时必须尽可能减少对地面交通的影响、减少对环境和居民生活的影响。顶管施工以其独特的优势在地下工程的建设中占据了举足轻重的地位。

在大规模的地铁建造工程中，顶管技术有着巨大的发挥空间。顶管技术的发展虽然较为迅速，但也存在这诸多亟需解决的问题，尤其在注浆方面。由于管道在顶进过程中与地层有着较大的接触面，而注浆将使得管道与地层之间形成一个泥浆套，从而减小两者之间的摩擦力，使得顶管施工能顺利开展。但目前的注浆技术主要停留在人工操作的层面，注浆的量难以精确控制，很难保证注浆完全填充在管道及周边土体中。

目前的注浆是采用总注浆压力来控制注浆量，在这种情况下，当地层存在空隙或者土体较为松散时，注浆量会偏多，而对于土质较为坚硬的地方则注浆量偏少，此时管道与地层间的摩擦力将会增大，容易产生背土效应，影响顶管机的顶进作业，会产生较大的摩擦阻力，当这些摩擦阻力积累到一定程度后，会随着顶管的作业方向进行反向推移，从而导致顶管的上方土体出现持续性的变形和坍塌情况。

发明内容

本发明提供了一种顶管施工注浆控制方法，目的在于对顶管施工中的注浆技术提供精确控制，根据地层的疏密情况，通过流量计监测和电动开关的控制实时监测和控制注浆量，同时注浆孔的布置在顶管前进方向不同注浆断面上沿着环向错位布置，使得注浆能贯通整个断面，以提高注浆对整个顶管断面的包裹性。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种顶管施工注浆控制方法，包括以下步骤：

1）预制管节生产：根据顶管施工要求生产所需规格的预制管节，并对预制管节编号；预制管节的管壁上沿环向开设有若干均匀分布的注浆孔，各注浆孔呈放射状分布，注浆孔贯穿预制管节内壁和外壁；注浆孔在预制管节外壁处为外端、在预制管节内壁处为内端。

2）单向阀安装：在注浆孔外端处安装有单向阀，单向阀的方向由内端通向外端；注浆孔内端处安装有用于连接注浆支管的接头。单向阀能控制浆液不回流，保证浆液向注浆区域流动；接头为法兰型卡扣，方便连接注浆支管。

3）注浆设备安装：将预制管节吊装至顶管设备上，在预制管节内铺设注浆主管，注浆主管上连接有与注浆孔数量相等的注浆支管，各注浆支管头端分别连接至注浆孔的接头上；

注浆主管上连接有总电磁流量计、总电磁压力计和总电磁球阀；各注浆支管上分别连接有支管电磁流量计、支管电磁压力计和支管电磁球阀；

在预制管节的内壁上沿环向固定若干激振器和振动传感器。

4）搭建网络系统：在顶管施工场区搭建无线网通信系统和上位机，通过无线网向下信号连接各电磁流量计、电磁压力计、电磁球阀、激振器和振动传感器，向上信号连接上位机。通过上位机采集各流量计和压力计监测的数据，并通过上位机控制球阀的开合度。

5）绘制地震剖面图：注浆前启动激振器产生地震波，振动传感器收集返回的地震波信号；将地震波信号导入计算机软件处理和分析后，获取地质构造的信息，并生成地震剖面图；根据地震剖面图判断出需要处理的地层范围，确定相应的注浆材料、注浆量和注浆压力。

激振器采用重庆市水文地质工程勘察院生产的CQSC50型液压振荡器，依据顶管断面尺寸布置在管道内壁，注浆前开启激振器产生地震波。通过人工激发产生地震波，其向四周传播时，遇到介质性质不同的岩层分界面，一部分波被反射回来，一部分波透射经过前方介质；振动传感器接收反射回的地震波，所收到的地震波信号与震源特性、检波点的位置、地震波经过的地下岩层的性质和结构有关。然后利用北京市水电物探研究TGP206A型地质仪捕获地震波信号，信号经过计算机软件TGPwin处理和分析后，获取地质构造的信息，可以生成地震剖面图，进而推断地下的地质情况。其原理是声学阻抗(密度和波速的乘积)的变化通常发生在地质岩层界面或岩体内不连续界面，地震波从一种低阻抗物质传播到一个高阻抗物质时，反射系数为正值；反之，反射系数为负值。当岩层内存在破碎带时，回波的极性会反转。反射体的尺寸越大，声学阻抗差别越大，回波就越明显，越容易探测到。将收集到的数据进行归类编排，突出有效的、除去无效和干扰的，进行叠加和偏移，最终得到一份地震剖面图，可以展示前方地质体性质(软弱带、破碎带、断层、含水等)、位置及规模。根据地质图判断出需要处理的地层范围，确定相应的注浆材料。

6）注浆作业：根据地震剖面图确定需要进行注浆处理的岩体截面积为A，岩体厚度为H，注浆深度为S，注浆材料的密度为ρ，注浆率为Q；

则注浆量V为：

V = A×H×S×ρ×Q

注浆过程中需要根据注浆区域，打开注浆区域对应的注浆孔进行注浆，通过支管电磁流量计、支管电磁压力计监测流量和注浆压力，并通过支管电磁球阀和总电磁球阀调整注浆压力和流量。

本发明的有益效果在于：

顶进过程中，地层软硬不均，地层疏松的地方注浆压力可能较小，但注浆量却大，地层较密的地方注浆压力大，但是注浆量较小，此处会导致摩擦力增加，顶进推力增大，摩擦力太大也会导致背土效应的出现。通过流量计和压力的监测能能给注浆工作提供指导，实时通过无线终端来控制补浆，通过环向错位布置的注浆孔，更均匀的进行注浆工作。

附图说明

图1是本发明预制管节的断面图；

图2是本发明预制管节的主视图；

图3是本发明激振器和振动传感器的安装示意图；

图4是本发明注浆孔的布设示意图；

图中：1-单向阀，2-接头，3-总电磁球阀，4-注浆主管，5-预制管节，6-注浆支管，7-激振器，8-注浆孔，9-总电磁流量计，10-振动传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

一种顶管施工注浆控制方法，包括以下步骤：

1）预制管节5生产：根据顶管施工要求生产所需规格的预制管节5，并对预制管节5编号；预制管节5的管壁上沿环向开设有若干均匀分布的注浆孔8，各注浆孔8呈放射状分布，注浆孔8贯穿预制管节5内壁和外壁；注浆孔8在预制管节5外壁处为外端、在预制管节5内壁处为内端。

2）单向阀1安装：在注浆孔8外端处安装有单向阀1，单向阀1的方向由内端通向外端；注浆孔8内端处安装有用于连接注浆支管6的接头2。

3）注浆设备安装：将预制管节5吊装至顶管设备上，在预制管节5内铺设注浆主管4，注浆主管4上连接有与注浆孔8数量相等的注浆支管6，各注浆支管6头端分别连接至注浆孔8的接头2上；

注浆主管4上连接有总电磁流量计9、总电磁压力计和总电磁球阀3；各注浆支管6上分别连接有支管电磁流量计、支管电磁压力计和支管电磁球阀；

在预制管节5的内壁上沿环向固定若干激振器7和振动传感器10。

4）搭建网络系统：在顶管施工场区搭建无线网通信系统和上位机，通过无线网向下信号连接各电磁流量计、电磁压力计、电磁球阀、激振器7和振动传感器10，向上信号连接上位机。

5）绘制地震剖面图：注浆前启动激振器7产生地震波，振动传感器10收集返回的地震波信号；将地震波信号导入计算机软件处理和分析后，获取地质构造的信息，并生成地震剖面图；根据地震剖面图判断出需要处理的地层范围，确定相应的注浆材料、注浆量和注浆压力。

6）注浆作业：根据地震剖面图确定需要进行注浆处理的岩体截面积为A，岩体厚度为H，注浆深度为S，注浆材料的密度为ρ，注浆率为Q；

则注浆量V为：

V = A×H×S×ρ×Q

注浆过程中需要根据注浆区域，打开注浆区域对应的注浆孔8进行注浆，通过支管电磁流量计、支管电磁压力计监测流量和注浆压力，并通过支管电磁球阀和总电磁球阀3调整注浆压力和流量。