第四节-同步注浆系统的构造与维护

第四节同步注浆系统的构造与维护一、同步注浆系统的构造由于盾构机刀盘的开挖直径大于管片外径管片拼装完毕并脱出盾尾后,与土体形成一个环形间隙，环形间隙如果不及时得到填充,势必造成地层变形使相邻地表建筑物沉降或隧道本身偏移。防止因环形间隙的存在导致地层发生较大变形，盾尾脱离管片后，因立即注浆，使浆液迅速填充环形空隙。因此，衬砌背后同步注浆是盾构法中必不可少的关键性辅助工法，同步注浆系统见图3-5.图3-5盾构同步注浆系统1、同步注浆方式及设备注浆设备基本上由材料储存设备、计量设备、拌浆机、储浆槽（料斗、搅拌器）、注浆泵、注入管、注入控制装置、记录装置等构成。选用的设备应保证浆液流动畅通，接点连接牢固，防止漏浆。浆液拌制机宜用强制式搅拌机，其容量要与施工用浆量相适应。拌浆站必须配有浆液质量测定的稠度仪，随时测定浆液流动性能。（1）背后注浆方式①直接压送式，即由洞外搅拌设备直接把浆液压送到管片等注人口处的注入方法。盾构直径较小和推进距离较短的条件下多使用这种方法。②中继设备式，即由洞外搅拌设备把浆液压送到放置在后方台车上的中继设备上，由装在台车上的注浆泵注入的方式。多用于推进距离长、盾构直径较大的情况。它也是目前使用较多的一种方式。③洞外运输式，即由洞外搅拌设备压入放置在台车上的罐中，经洞内运输，用洞内的注浆泵注入的方式。其优点是不必担心输浆管的堵塞和水清洗问题，适于定量注入。④洞内搅拌式，即把各种浆液材料搬到装在洞内后方台车的拌浆设备上，然后混拌注入。该方式可在大口径的隧道中应用，但是由于材料运人操作麻烦、机械复杂，工作不便，故使用不多。（2）注浆设备①注浆泵，分为适于压送浆液的泵和适于注浆的泵两种。用于隧道衬砌背后注浆的注浆泵，有往复式活塞泵、柱塞泵、单轴螺杆泵和挤压泵等，其特点分别如下：a、往复式活塞泵：昀具有通用性；可适用于普通砂浆和冲气砂浆的长距离压送；双液泵主要用于化学注浆。b、柱塞泵：高压注浆；由于是两个泵体以上的多联式泵，而且行程也多，所以很少出现波动；机械磨损少。c、单轴螺杆泵：适用于普通砂浆和加气砂浆等的短距离压送；因是二冲程形式，所以无波动；适用于自动同步注浆；比较耐用，使用硬砂浆时为l50m3。d、挤压泵：适用于普通砂浆和加气砂浆的短距离压送；压送时会产生波动；容易保养。目前施工压浆泵一般采用活塞式压浆泵或自吸式压浆泵。（3）注入管与注入控制、记录装置①注入输浆管：输浆管的口径不同，管的阻力也不同，同时泵的功能也受影响，通常按施工经验而定。②注入管：对于从管片注浆孔注入的场合，必须使用注入旋塞。昀好在注入旋塞上安装减压球阀和压力表。③注入控制、记录装置：背后注入操作盘应设置在靠近注入口的地方，用来控制泵的流量、压力、注入量等诸多操作指令。注浆时，随时观察注浆状况，控制好注浆压力并记录注浆点位置、压力、注浆量，形成的内业资料包含拌浆记录、注浆记录、拌浆质量抽查己录。当注浆作业发生故障时，应立即通知停止盾构掘进施工，及时排除故障。注浆结束应在一定压力下关闭浆液分配系统，同时打开回路管停止注浆。注浆管路内压力降至零后拆下管路并清洗干净。每个作业班组应清洗一次注浆管路，防止长时间砂浆凝结在管壁四周堵塞管路。每天对砂浆运输罐和储存罐进行彻底清洗，2、同步注浆系统液压系统同步注浆系统采用负载敏感变量泵的液压系统，采用电液比例容积式调节代替节流调节以提高注浆精确度且节约能源。（1）盾构同步注浆系统结构同步双液注浆管路如图3-6所示。4个管路分别分布在盾尾的上下左右四点。4条管路可以从四个方向同时注浆，亦可单独进行注浆。4个管路分别为#1～#4系统，其中由于注入压力的不同，#1～#2，#3～#4系统分别共用一套注浆设备，除压力设定不同外其它功能都相同。同步注浆系统由液压系统、液压泥浆泵、管路、以及孔口混合器组成。以#1系统为例分析注浆过程，#1系统工作时，开启A液、B液注入泵，并打开A液、B液注入主阀，A液、B液注入阀，以及孔口混合器控制阀，然后通过负载敏感变量泵液压系统控制液压泥浆泵的输出压力与流量。负载敏感变量泵液压系统调节压力油到合适压力与流量，再经流量控制组合阀调节A、B液压力油的比例，推动A、B液液压缸工作，活塞推动A、B液液压泥浆缸工作，实现双液同步注浆。图3-6盾构同步注浆系统管路图同步注浆负载敏感变量泵液压系统如图3-7所示。负载敏感技术，简言之，就是将负载需要的压力、流量与泵的压力、流量相匹配以昀大限度地提高系统效率的技术。要提高系统效率，一方面，需要将负载的压力与泵的输出压力相适应;另一方面，泵的输出流量正好满足负载运动速度的需要。此外，还需要实现待机状态的低功耗。采用负载敏感变量泵液压系统的优点是：（1）系统的输出压力及流量取决于负载，即压力流量控制精度更高，可实现对注浆压力与注浆量的精确控制；（2）可以很大程度地提高系统的功率利用率，即节约能源。3、浆液的种类同步注浆浆液一般分为单液浆和双液浆两大类。（1）单液浆是指多由粉煤灰、砂、水泥、水、外加剂等在搅拌机等搅拌器中一次拌和而成的浆液。这种浆液又可分为惰性浆液和硬性浆液。惰性浆液即浆液中没有掺加水泥等凝胶物质，是早期强度和后期强度均很低的浆液。硬性浆液即在浆液中掺加了水泥等凝胶物质，具备一定早期强度和后期强度的浆液。（2）双液浆是指由水泥砂浆等搅拌成的A液与由水玻璃等组成的B液混合而成的浆液。如日本小松盾构双液同步注浆管路。双液浆又可根据初凝时间的不同分为缓结型（初凝时间为30~60s）和瞬凝型(初凝时间小于20s)。胶凝时间越长，越容易发生浆液向密封土舱泄漏和向土体内流失的情况，限定范围的填充越困难。而且在没有初凝前，容易被地下水稀释，产生材料分离。因此，目前多采用瞬凝型浆液注浆。但胶凝时间过短，也会造成注入还没结束，浆液便失去了流动性，导致填充效果不佳。二、盾构同步注浆系统的维护1、每次注浆前应检查管路的畅通情况，注浆后应及时将管道清理干净，防止残留的浆液不断累积堵塞管道。2、每次注浆前必须对注浆口的压力传感器进行检查，紧固其插头和连线。3、注浆前要注意整理疏导注浆管，防止管道缠绕或扭转，从而增大注浆压力。4、定期检查注浆管的使用情况，如发现泄漏或磨损严重应及时修理或更换。5、经常对砂浆罐及其砂浆出口进行清理，防止堵塞。6、定期对注浆系统的各阀门和管接头进行检查，修理或更换有故障的设备。7、定期对注浆系统的各运动部分进行润滑。具体润滑方式参考保养说明书。8、经常检查注浆机水冷池的水位和水温，必要时加水或换水。注意防止砂浆或其他杂物进入冷却水池。