盾构同步注浆量与注浆压力的标定方法

摘要

一种用于标定超大直径盾构同步注浆量与注浆压力的方法，该方法结合盾构机原有同步注浆设备以及自制的试验用压力浆桶所提供的仿真地层压力工况，进行浆液泵送试验；根据注浆泵出口压力与试验装置管路出口压力，统计归纳注浆管路压力损失，标定超大直径盾构注浆实际注浆压力；根据密闭容器注浆前后重量变化与注浆泵活塞往复运动次数，统计归纳注浆泵活塞单次冲程注浆量修正系数，从而标定超大直径盾构同步注浆注浆量；超大直径盾构同步注浆注浆量与注浆压力的标定为盾构机在同步注浆时采取“双控”的原则进行控制提供了依据，从而有效地减小后方的变形、地面后期沉降，缩短后期沉降的稳定时间。

权利要求

1.一种盾构同步注浆量与注浆压力的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)测试软管管阻压力损失，其进一步包括：通过软管连接注浆泵与一试验土箱；

在所述试验土箱内施加一仿真地层压力；

通过所述注浆泵经由所述软管向所述试验土箱注浆；

测定所述软管入口压力与出口压力，由此计算出软管管阻压力损失；

(2)测试盾构注浆管路管阻压力损失，其进一步包括：通过盾构注浆管路与软管连接注浆泵与一试验土箱；

在所述试验土箱内施加一仿真地层压力；

通过所述注浆泵经由所述盾构注浆管路与所述软管向所述试验土箱注浆；

测定所述盾构注浆管路的入口压力与出口压力，由此计算出所述盾构注浆管路压力损失；

结合所述步骤(1)、步骤(2)的结果，标定注浆压力；

(3)在所述步骤(1)、步骤(2)开始前后分别对所述试验土箱进行称重，确定实验过程中注入的土浆重量，并结合实验过程中所述注浆泵的冲程数，确定注浆泵活塞单次冲程的注浆量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中同步测试所述软管管阻压力损失，并以所述测试结果来验证步骤(1)中的软管管阻压力损失测试结果。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述步骤(1)中进一步包括：在通过软管连接注浆泵与试验土箱之前将软管及同步注浆管路注水润滑。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述仿真地层压力值为0.3MPa。

说明书

盾构同步注浆量与注浆压力的标定方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种盾构同步注浆量与注浆压力的标定方法，属于建筑工程施工技术领域。

背景技术

[0002] 近年来，上海地区轨道交通与越江隧道发展迅速，使得盾构隧道施工技术发展也相当快。在上海软土地层中，采用盾构法建造隧道时，同步注浆对成型管片的质量、周边土层的变形、周边建构筑物与地表沉降的控制起着非常重要的影响。就目前的施工技术而言，同步注浆的施工参数一般是以控制地表沉降（或周边建构筑沉降）为依据，主要通过调整注浆量来达到目的，对注浆压力的控制相对重视程度较低。其中存在以下几点问题：（1）注浆量控制不精确
目前，注浆量的控制一般以储浆桶来进行估测；储浆桶每次装满程度是否相同、每次注浆完毕时储浆桶内是否还留有不同程度的残余均是未知数，因此对于同步注浆量没有一个较准确的量测；
（2）注浆压力控制不明确
目前，从盾构设备的本身而言，注浆泵通过软管连接至盾构尾部的同步注浆管，注浆泵出口处设有压力表，测试泵出口注浆压力；施工中，一般均根据泵出口压力，再进行适当的管阻损失压力的补偿，作为同步注浆控制压力；但是，管阻损失压力一般均为经验值或采用无外围压力下循环泵送压力损失来估算，这明显不够准确。

[0003] 理论与实际工程证明盾构机在同步注浆时采取“双控”的原则进行控制能有效地减小后方的变形、地面后期沉降，缩短后期沉降的稳定时间。所谓“双控”是指注浆时以注浆压力为主要的控制标准，以保证后方整个影响区域的压力平衡，以此前提下，注浆量控制为辅，。但同步注浆“双控”目前尚属于经验性的规律，本研究拟通过实际工程和现场试验对同步注浆“双控”从理论和施工的角度进行深化研究。同时，同步注浆“双控”对同步注浆的浆液性质、浆液质量以及盾构机自身对注浆压力和注浆量的控制精度提出了更高的要求。

[0004] 经对现有技术的文献检索发现，专利号为100402798的中国专利《一种用于地铁盾构可硬化浆液同步注浆的方法》涉及到了同步注浆方法，但是没有提及标定注浆量和注浆压力的方法；专利号为CN101012752的中国专利《大直径盾构单液注浆的施工方法》涉及到了同时控制注浆量和注浆压力的同步注浆施工方法，控制注浆压力为：注浆点静止土压力值、注浆管损失压力、注浆压力差三者之和；盾尾控制各个注浆点的注浆压力施工，注浆压力控制同壳体注浆部位注浆压力控制。但是没有提及如何计算浆管损失压力和准确控制注浆量；专利号为CN1994953的中国专利《超大直径泥水平衡盾构施工同步注浆浆液》涉及到了建筑隧道工程领域的一种超大直径泥水平衡盾构施工同步注浆浆液，但没有提到浆液的具体施工方法，同时没有提到标定注浆压力和注浆量的方法。

[0005] 总之，现有的文献或专利没有具体涉及到标定超大直径盾构注浆量和注浆压力的方法。

发明内容

[0006] 因此本发明所要解决的技术问题是现有超大直径盾构施工同步注浆方法已不能完全满足成型管片质量和地表沉降的要求。

[0007] 针对上述问题，本发明依托具体工程进行了系统的试验研究，提出了一种盾构同步注浆量与注浆压力的标定方法，包括以下步骤：(1)测试软管管阻压力损失，其进一步包括：
通过软管连接注浆泵与一试验土箱；
在所述试验土箱内施加一仿真地层压力；
通过所述注浆泵经由所述软管向所述试验土箱注浆；
测定所述软管入口压力与出口压力，由此计算出软管管阻压力损失；
(2)测试盾构注浆管路管阻压力损失，其进一步包括：
通过盾构注浆管路与软管连接注浆泵与一试验土箱；
在所述试验土箱内施加一仿真地层压力；
通过所述注浆泵经由所述盾构注浆管路与所述软管向所述试验土箱注浆；
测定所述盾构注浆管路的入口压力与出口压力，由此计算出所述盾构注浆管路压力损失；
结合所述步骤(1)、步骤(2)的结果，标定注浆压力；
(3)在所述步骤(1)、步骤(2)开始前后分别对所述试验土箱进行称重，确定实验过程中注入的土浆重量，并结合实验过程中所述注浆泵的冲程数，确定注浆泵活塞单次冲程的注浆量。

[0008] 本发明的进一步改进在于，在步骤(2)中同步测试所述软管管阻压力损失，并以所述测试结果来验证步骤(1)中的软管管阻压力损失测试结果。

[0009] 本发明的进一步改进在于，上述步骤(1)中进一步包括：在通过软管连接注浆泵与试验土箱之前将软管及同步注浆管路注水润滑。

[0010] 本发明的进一步改进在于，上述仿真地层压力值为0.3MPa。

附图说明

[0011] 图1为本发明的测试软管管阻压力损失试验装置示意图；以及图2为本发明的测试盾构注浆管路管阻压力损失试验装置示意图。

具体实施方式

[0012] 下面结合一具体实施例对本发明加以说明。

[0013] 一盾构隧道施工采用Ф14270mm的土压平衡盾构，隧道衬砌结构外径13950mm，内径12750mm，厚600mm，环宽2000mm：盾构隧道主线最大纵坡为5.5％，最小平曲线半径为 R700m，隧道全长1860m。盾构长距离穿越机场段和近距离穿越机场航油管，两者对地表沉降的要求非常高。鉴于盾构机在同步注浆时采取“双控”的原则进行控制能有效地减小后方的变形、地面后期沉降，缩短后期沉降的稳定时间，而采用的盾构机同步注浆压力和注浆量的标定是双控的基础，为此通过本发明，结合图1至图2具体说明实施步骤如下：试验土箱的安装、称重与试压；
置于空地处，安装椭圆封头、2只法兰盖板，并在泵出口处安装压力表71，在软管中段安装压力表72，在管出口处安装压力表73，在试验土箱10的顶部安装压力表74；
安装椭圆封头和法兰盖板时，法兰面涂胶水，黏贴完好的橡胶密封垫；螺栓对称反复预紧，安装完成的试验土箱10如图1所示。由于试验过程中试验土箱10需要提供压力作用，为了保证安全，需要在试验开始前对其进行试压，以验证其密封性及抗压性。

[0014] 为了检查试验土箱10及试验中用到的过渡段管路的完好及密封性，将过渡管路接到试验土箱10通径为F750mm的法兰板上，并安装试验土箱10椭圆封头上的安全溢流阀、进出气管及阀门。将进气管连接空气压缩机后开始加压，加压采用分级加压，每级加压0.1MPa，每级稳定时间为10分钟，通过观察发现，每级加压时间约为15分钟，每级加压结束稳定过程中，土箱顶部压力表74值基本保持不变，可以确定试验土箱密封性良好。加压至
0.3MPa后，继续加压，土箱安全溢流阀开始卸压，工作正常。

[0015] 将管口过渡段20连接至试验土箱10上，利用电子吊钩秤对试验土箱10进行称重，得到其初始重量为5060kg。

[0016] (2) 拌制同步注浆浆液；试验用的同步注浆浆液配比如表1（kg/m3）所示，试验用同步注浆浆液利用现场自动浆液搅拌站按施工期间浆液搅拌程序进行拌制。拌制出的浆液性能指标如表2所示。

[0017]
(3) 测试软管管阻压力损失试验设备安装；
1）试验土箱10的吊装；
本试验中试验土箱10放置在盾构管片喂片机的端部，管片吊装孔的下方；通过管片吊装孔上方的行车，将试试验土箱10放置于盾构管片喂片机的端部。

[0018] 2）软管连接；连接好从盾构机上拆卸下的软管，将软管一端连接于注浆泵40的注浆孔42，另一端置于弃浆桶中。首先打入膨润土润滑管路，膨润土打完后，缓慢打入同步注浆浆液，至管口过渡段20口冒浆为止；此时管路中已充满浆液，连接管口过渡段20与试验土箱10。

[0019] 3）试验土箱10加压；关闭连接于试验土箱10的管口过渡段20上的球阀，利用空气压缩机将试验土箱10加压至0.3MPa，然后关闭进气阀门，将试验土箱10形成一密闭容器。

[0020] （4）测试软管管阻压力损失试验流程；上述工作完成后，即开始进行测试软管管阻压力损失的试验，试验过程中取三种不同管长的软管进行试验，由于本发明所采用的注浆泵均为同一型号，故对任一注浆泵进行测试均可，具体操作流程如下：
打开管口过渡段20上的球阀，此时，由于试验土箱10内的压力可能会使管路中的浆液产生一定的压缩，形成部分空隙，因此正式试验开始前预先打三冲程浆液将管路重新充满。

[0021] 正式开始试验，流量控制设为80%，持续向试验土箱10中打入10冲程浆液，打入过程中对管路上的压力表71、压力表72、压力表73进行记录，注浆泵40停止工作后关闭管口过渡段20上的球阀。

[0022] 打开过渡段30上的卸压阀对管路中的浆液进行卸压，然后拆除第一软管，将第二种长度的第二软管连接到过渡段30管路。

[0023] 打开管口过渡段20上的球阀，持续向试验土箱10中打入9冲程浆液，打入过程中对管路上的压力表71、压力表72、压力表73进行记录。注浆泵40停止工作后关闭管口过渡段20上的球阀。

[0024] 打开过渡段30上的卸压阀对管路中的浆液进行卸压，然后拆除第二软管，将第三种长度的第三软管接到过渡段30管路。

[0025] 打开管口过渡段20上的球阀，持续向试验土箱10中打入10冲程浆液，打入过程中对管路上的压力表71、压力表72、压力表73进行记录。注浆泵40停止工作后关闭管口过渡段20上的球阀。

[0026] 上述工作完成后，即开始进行测试盾构注浆管路管阻压力损失的试验；测试盾构注浆管路管阻压力损失试验过程中每个注浆孔后均连接有29.5m长的软管。由于测试盾构注浆管路管阻压力损失试验持续时间较长，因此是分为两个阶段完成的，具体操作流程如下：阶段一：
将软管上过渡段30连接于注浆孔41，另一端置于弃浆桶中，缓慢打入同步注浆浆液，至管口过渡段20口冒浆为止，此时管路中已充满浆液，连接管口过渡段20与试验土箱10。

[0027] 打开管口过渡段20球阀，正式开始试验，流量控制设为80%。持续向试验土箱10中打入30冲程浆液，打入过程中对泵口、注浆孔以及试验土箱10上的压力表74进行记录，同时亦记录盾构自身安放于附近的压力表以进行校对。注浆泵40停止工作后关闭管口过渡段20和过渡段30上的球阀，使软管完全封闭；分别对注浆孔43、44、46对应的注浆管路缓慢打入同步注浆浆液，至注浆孔冒浆为止；
将过渡段30连接到注浆孔46，打开过渡段30和管口过渡段20上的球阀，持续打入30冲程浆液，打入过程中对压力表71、压力表72、压力表73，压力表74进行记录，注浆泵40停止工作后关闭管口过渡段20和过渡段30上的球阀。

[0028] 将过渡段30连接到注浆孔44，打开过渡段30和管口过渡段20上的球阀，持续打入30冲程浆液，打入过程中对压力表71、压力表72、压力表73，压力表74进行记录。注浆泵停止工作后关闭管口过渡段20和过渡段30上的球阀。

[0029] 将过渡段30连接到注浆孔43，打开过渡段30和管口过渡段20上的球阀，持续打入30冲程浆液，打入过程中对压力表71、压力表72、压力表73，压力表74进行记录。注浆泵停止工作后关闭管口过渡段20和过渡段30上的球阀。

[0030] 阶段二：拆除软管，清洗所有管路，并将注浆孔42、45对应的管路恢复。

[0031] 根据现场测量，拆除已经做完试验的注浆孔41、44对应的注浆管路上的软管，其总长度为与软管相同，用于替代软管（后面仍用软管标记）。

[0032] 将软管两端分别连接管口过渡段20和过渡段30，过渡段30连接至注浆孔45。润滑注浆孔42、45对应的注浆管路，打入浆液直至管口冒浆为止。

[0033] 将管口过渡段20连接至试验土箱10，打开管口过渡段20球阀，持续打入30冲程浆液，打入过程中对对压力表71、压力表72、压力表73，压力表74进行记录。注浆泵40停止工作后关闭管口过渡段20和过渡段30上的球阀。

[0034] 将过渡段30连接至注浆孔42，打开泵口和管口过渡段20球阀。持续打入30冲程浆液，打入过程中对压力表71、压力表72、压力表73，压力表74进行记录。注浆泵40停止工作后关闭管口过渡段20和过渡段30上的球阀。

[0035] 将试验土箱10卸压，利用电子吊钩秤称其重量，得到其重量为12050kg。

[0036] 至此，试验全部完成。随后，进行试验土箱10卸压、拆管、清管和管路恢复等工作。

[0037] （5）根据试验结果标定注浆量和注浆压力；注浆压力标定为实际注浆压力与各注浆管路管阻之差，注浆管路管阻由上述试验测定，结果如表3至表7所示：
表3：注浆孔41对应管路管阻变化
表4:注浆孔42对应管路管阻变化
表5:注浆孔44对应管路管阻变化
表6:注浆孔45对应管路管阻变化
表7:注浆孔46对应管路管阻变化
根据试验过程中的两次试验土箱10称重可以发现，试验前试验土箱10自重为5060kg，试验结束后试验土箱10和浆液总重量达到12050kg，即试验过程中打入试验土箱10内的浆液重6990kg。由于试验过程中总打入冲程数为191，同步注浆浆液密度为2.1kg/L，因此注浆泵40活塞单次冲程的注浆量 为:
综上所述，利用压力试验土箱10模拟注浆孔处水土压力环境，结合盾构机的同步注浆设备，成功进行浆液泵送试验。试验过程中，通过对安装于管路上压力表的数据进行记录，得到注浆管内关键位置浆液的压力，根据试验数据，得到盾构机各注浆口处与对应泵口处的压力差，对实际施工具有十分重要的指导意义。

[0038] 试验前后对试验土箱10进行称重，通过计算其重量变化、记录注浆泵40活塞冲程数，得到试验过程中注浆泵40活塞单次冲程的注浆量，可用于实际施工中注浆量的标定。