盾构机注浆系统分析与应用

盾构机注浆系统分析与应用

何艳娟

凯盛重工有限公司 ， 安徽 淮南 232008

摘要：盾构机是地铁修建的主要设备之一，其以修建速度快、具备一次性成型、安全系数高、对地面交通及设施影响小等诸多优点得以广泛应用。同步注浆作业是盾构法施工的关键作业环节之一，同步注浆作业施工直接关系到地面及构筑物的安全。注浆过量容易将地面顶起，造成路面鼓包或建筑物开裂；注浆不足容易造成路面塌陷或建筑物下沉，危及行车及居民居住安全，因此控制好注浆作业是盾构法隧洞施工的关键之一。本文对盾构法隧洞同步注浆作业进行分析，梳理其控制的要点，为盾构法隧洞施工提供参考。

关键词：盾构；同步注浆；控制

为了控制盾构法隧洞同步注浆作业效果，保证隧洞在施工过程中地面不产生塌陷或隆起，确保施工作业安全，对盾构机同步注浆系统进行分析，梳理其同步注浆作业的工作原理，剖析同步注浆作业控制要点。在施工的过程中进行针对性控制，实践验证其控制的可靠性，为盾构法隧洞同步注浆作业提供参考。

1盾构机同步注浆系统分析

同步注浆系统是盾构机的主要组成系统之一，其作用为将提前搅拌好的水泥浆液通过同步注浆泵输送至盾尾，填充至盾构机开挖和管片之间的缝隙，防止在盾构机掘进的区域地面下沉。同步注浆量欠缺，容易造成地表下陷；同步注浆量超标，容易造成地表隆起。同步注浆系统主要由驱动电机、液压泵、控制阀块、注浆泵集成阀、注浆泵以及相关的管道和电气系统组成。同步注浆系统注入水泥浆液的速度，主要通过控制阀块的开度进行调节，控制阀块开度大，通过的液压油流量大，注浆泵的运行频率高，注浆量大，反之则小。同步注浆泵工作是靠注浆泵集成阀自动控制。同步注浆泵控制及组成主要由启动控制阀、插装阀1、抽料控制缸、插装阀2、输料控制油缸、液压换向阀、液压换向阀2、液压换向阀3等组成。

同步注浆泵处于工作状态时，人工将启动控制阀打至右侧工位，高压油进入泵送缸无杆腔，泵送缸推出，液压换向阀2处于下侧工位工作。高压油流经液压换向阀1进入抽料控制缸的有杆腔和输料控制缸无杆腔，开启混凝土抽料缸与注浆管路之间的连通，切断混凝土抽料缸与注浆罐之间的连通，高压油控制液压换向阀3，使其处于下侧工位工作，保证泵送油缸一直处于推出运动状态，保证同步注浆机处于输料状态。当泵送缸运行至最底端时，由于泵送油缸活塞的隔离作用，使得插装阀2左右两侧产生压力差，即左侧为高压状态，高压油控制液压换向阀运动，液压换向阀1处于上侧工位工作。高压油流经液压换向阀1进入抽料控制缸的无杆腔和输料控制油缸有杆腔，切断混凝土抽料缸与注浆管路之间的连通，开启混凝土抽料缸与注浆罐之间的连通。由于高压油经液压换向阀1进行换向，高压油控制液压换向阀3，使其处于上侧工位工作，泵送缸变为有杆腔进油，无杆腔出油，泵送油缸处于退回状态，同步注浆机处于抽料状态。当泵送缸退回至最底端时，由于泵送油缸活塞的隔离作用，使得插装阀1左右两侧产生压力差，即右侧为高压状态，高压油控制液压换向阀运动，液压换向阀1处于下侧工位工作。高压油流经液压换向阀1进入抽料控制缸的有杆腔和输料控制缸无杆腔，开启混凝土抽料缸与注浆管路之间的连通，切断混凝土抽料缸与注浆罐之间的连通。由于高压油经液压换向阀1进行换向，高压油控制液压换向阀3，使其处于下侧工位工作，泵送缸变为无杆腔进油，有杆腔出油，泵送缸处于推出状态，同步注浆机处于输料状态。往复重复两种运动，使同步注浆机一直处于自动工作状态，通过电磁比例阀控制整个液压系统油路的流量，可以控制同步注浆机运行速度的快慢。当启动控制阀处于左侧工位工作时，泵送缸与输料控制缸、抽料控制缸的配合运动恰好相反，同步注浆机处于清洗状态。

2同步注浆控制方法

同步注浆作业直接关系着施工地表行车及构筑物的安全，控制好同步注浆作业对盾构机法隧洞施工意义重大。同步注浆作业控制主要可以从以下几个方面进行：

2.1体积控制法

每台盾构机开挖直径一定，管片外径一定，其每环管片需要的注浆量，可以根据开挖体积减去管片体积得到（此处所说的管片体积不扣除管片内部的空洞），即可以精确得到每环管片需要的同步注浆量。同步注浆泵每个循环注浆体积一定，即可以通过同步注浆泵的运转次数得到注浆量。同步注浆泵上边安装有计数器，即可以计算注浆次数，控制同步注浆体积。

2.2压力控制法

盾构机在施工过程中，隧洞内均有土木值班工程师，实时测量和计算周围土体压力，每环管片掘进均可以得到其掘进范围内的土体压力。根据土体压力精确控制同步注浆的压力，即可以实现精准的同步注浆控制。根据多年的现场施工经验可知，通过压力法控制同步注浆作业，同步注浆压力高于土体压力10%~20%，可以得到较好的同步注浆效果。

2.3限压控制法

限压控制法即将原有同步注浆系统进行改造，将同步注浆泵每根输出注浆管路加装三通，一根管路连接至原有的盾尾注浆口，另一根管路上加装可调节压力的限压阀，接回同步注浆水泥浆液存储料罐。根据掘进时土体的压力，增加10%~20%的标准设置限压阀的压力，将4个同步注浆泵开启至最大模式，可以实现自动注浆功能。

2.4速度控制法

盾构机在施工过程中，根据地质情况的不同，盾构机的掘进速度存在差异。根据盾构机开挖直径和管片外径，可以计算出所需要的注浆体积。依据盾构机的掘进速度，可以计算盾构机同步注浆的速度。其同步注浆速度与掘进速度之间存在着固定比值，根据比值可以将掘进速度调节的比例与注浆调节的比例设置逻辑关系，从而实现对同步注浆的控制。

3同步注浆相关补救措施

同步注浆作业在实施过程中，会由于各种原因造成注浆量不足或超量。当注浆作业不符合设计要求时，要采取相关措施进行补救。

3.1注浆量不足

当同步注浆量不足时，应进行补浆作业，可以通过管片上的二次注浆口注入双液浆进行补救，也可通过在地面钻取注浆孔进行注浆补救作业。补浆作业实施主要依据注浆压力进行，根据掘进土体压力进行注浆控制压力进行作业。若注浆量不足已经导致地面沉降，可以根据地表构筑物或地面高度进行注浆作业。

3.2注浆超量

同步注浆超量往往会造成地面隆起或地表构筑物抬起现象，若地面隆起可以采取开泄压孔和挤压的方法，减小或消除地表隆起，即在地表隆起处钻泄压孔，采用压路机进行路面挤压，或将地表清除，去除隆起高度后将路面恢复。当地面为构筑物时，要综合研判构筑物抬起对构筑物的结构强度的影响，再采取具体措施处理。

4总结

同步注浆控制是盾构机安全顺利掘进的重要环节，控制好同步注浆可以提高掘进速度，降低施工成本，消除安全风险。在盾构法隧洞施工过程中，同步注浆的控制往往综合采用多种方法进行。注浆量和注浆压力要同步控制，才能得到更好的同步注浆效果。在盾构机进行掘进作业时，除了要更好地控制同步注浆作业，还应该同步做好地表监测工作，实时监测地表状态。在盾构机穿越地面构筑物时，要对地面构筑物进行全方位监测，直至盾构机顺利通过。

参考文献

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