35盾尾壁后注浆系统Word下载.docx
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4BSGP
8
快速连接
橡胶套一副
9
扶手
1件
第一水泥标准件
10
扶梯
11
通风装置
空气过滤器减压阀多孔金属板
12
振动钢丝索
3φ
13
液位计
自动罐型200V
14
计量机
300kg气缸式
卧式筒仓特点是筒仓占地面积大，但可以利用筒仓货箱下空间，分散荷重，与立式筒仓相比因设置筒单而广泛应用。
卧式筒仓的标准尺寸见表25及附图。
卧式筒仓的标准尺寸图表
表25
在双液性浆液中，需要贮存液体材料的容器。
一般使用硅酸箱，它是铁制的圆柱形或箱形容器，通常贮液容量为6～10m2，直径为2.0～3.0m高度为2.0～3.0m左右。
表25
附图
此外，当贮存的材料不是硅酸，而是对铁制容器有腐蚀性的材料时，可采用图84所示的聚乙烯型贮存容器。
②计量设备
材料的计量是根据重量或体积进行计算的。
一般粉状体是按重量计算，液体是按体积来计量的。
但粉状体也有按容积测量的系统。
计量器的精度要重视，应经常检验，确认其计量精度。
③拌浆机
拌和水泥、砂、膨润土、水等材料的拌浆机，在结构上有搅拌式、喷射式、卡尼夫式等种类。
但目前都以搅拌式为主。
搅拌式拌浆机，由圆筒形的容器和旋转翼片组成。
有单槽型、横双槽型和上下双槽型等，一般使用横双槽型。
搅拌容量为200～600l，旋转数为250～500rpm左右的拌浆机适应于壁后注浆浆液的混合拌和。
用于自动拌和装置上的拌浆机，是采用喷射混合式的超高速旋转进行强制混合。
被较多使用的并列双槽式MS型拌浆机见照片16。
图84
聚乙烯制品贮存容器
照片16
并列双槽式MS型拌浆机
④贮液槽（料斗，搅拌机）
在拌浆机中搅拌的浆液在压送到井内以前，或在运送以前，一旦需要贮存浆液，则使用料斗或贮液槽。
由于浆液的使用时间可能（可以使用时间）延长，常用带有搅拌机的贮液槽，一般槽的容量为1.5～4m3，搅拌机以低速为好，转数为20～30rpm。
搅拌机实例见图85。
图85
搅拌机实例
项目
槽的容量
2．0m3液容量1.5m3
减速机
KL120型1/40
电动机
3.7kW×
4P
叶轮转数
22r/min
叶轮数
3叶一段式
重量
1000kg
⑤泥浆泵（压送泵、注浆泵）
泥浆泵有适用于压送浆液和适用于注浆的两类泵，并且根据浆液材料不同，使用泥浆泵的条件也发生变化。
此外，泵的安装地点不同对注浆工作也将带来不同的效果。
泵安装地点不同时的优缺点比较见表26。
泵安装地点不同时的优缺点比较
表26
设置场所
优点
缺点
竖井
·
省去注浆材料的搬送工程
不重复开挖面处的作业
适用于小直径断面
注浆泵和材料受到限制
注浆管理困难
管路堵塞等故障多
坑内
1.后方台车
注浆管理方便
管路的意外故障小，清扫简单
对注浆材料、泵的适应范围大
影响其它作业（掘削、管片拼装）
增加注浆材料的搬运作业
2.注浆专用列车
不用台车
壁后注浆是最短路径线路
开挖面和注浆系统难以联络
压送泵，使用泥浆泵（PA-15，PA-30）形式的活塞泵和使用单轴偏心莫诺泵（4NH-50、U4R-630）、双缸双向活塞泵（TGN-100）的实例很多，见图86。
泥浆泵适合长距离压送，但有脉动，流量控制难。
莫诺泵虽然无脉动且易控制流量，但是难以进行长距离压送。
此外，将砂用于骨料时，转子和定子的磨损大。
双向作用式活塞泵既能控制流量，也可以长距离压送，但是略有些脉动，不适合稠浆液压送。
图86
双缸双向活塞泵TGN-100
在双液性浆液的壁后注浆中，由于B液的压送量和注入量同A液相比，其注入量（压送量）少，而且B液的粘性又小，所以可使用小型的莫诺泵（4NE-20等）及卧式柱塞泵（POT-40，TGN-10等）。
泵所需要的输出压力，可以根据管路直径、输送量、压送距离等求出。
目前一般通用的壁后注浆设备中的泵和拌浆机等机械设备的型号、性能和规格可参见表27。
常用壁后注浆设备机械性能参数
表27
（1）砂浆泵例（A液泵）
型
式
输出量（l/min）
输出压力（MPa）
功率（kW）
尺
寸
H×
W×
L（mm）
重量（kg）
POT-40
4筒卧式柱塞泵
10～35
3.5
3.7
880×
490×
1650
390
4MN-50
单轴莫诺泵
30～110
1.5
7.5
1000×
800×
370
735
TGN-100
双缸双向活塞泵
15～60
25～100
3.0
5.5
1100×
2000
450
PA-15
液压柱塞泵
152
3.1
814×
778×
1820
340
HFA-2A
双筒双向液压泵
0～100
0.5～6.0
920×
2000×
550
290
U4R630
2.0
710×
580×
4052
（2）化学浆液泵例（B液泵）
TPN-10
3筒卧式柱塞泵
3～10
0.76
550×
500×
1300
120
TPN-4
同上
1～4
0.4
450×
320×
1000
70
U4H-40
1.5～15
680×
380×
1730
4NE-20
2～16
840×
660×
1350
220
（3）砂浆搅拌机例
机容量（l）
搅拌容量（l）
转数（rpm）
功率
（kW）
（kg）
MS-750
600
并列两槽
750×
600×
480×
375
1770×
1635×
2250
1570×
11×
7.5×
1260
1100
115
⑥注浆管路和注浆装置
注浆管路
用于壁后注浆材料在从制浆设备向井内输送时，一般A液使用2英寸煤气管；
B液使用3/4～1
英寸铁管或塑料管。
管路的直径不同，引起管路阻力不同，并且也影响到泵的输送能力。
因此，在设计阶段要认真考虑。
确定壁后注浆输浆管路阻力方法，通常是根据实际经验，或是按清水压送时阻力，再乘以浆液通过管路时的阻力系数（数倍于清水的阻力）。
管路阻力的估算举例
·
计算顺序
在此，按以下顺序进行输液管路阻力估算。
当求出清水压送时的管路阻力后，再乘以管路摩擦阻力系数认为取5作为A液注浆材料或B液注材料的管路阻力。
通常，A、B液壁后注浆材料的管路阻力是清水压送时的3～4倍。
但是，当隧道掘削延长较长时，由于清洗途中清洗球变形，也有不能充分清洗的可能性。
对于B液也要考虑到由于室外气温造成粘性差异，在冬季管路阻力略有上升，但仍认为取管路摩擦阻力系数一律为5倍。
A液壁后注浆材料和管路阻力ΔP
设定条件：
计划流量
100l/min
管路口径
d50mm
流速V
0.8488m/s
动态粘度ν
1×
106m2/s
压送距离L
1000m
壁后浆液密度γ
1251kg/m3
雷诺数Re
Re=V·
d/ν=0.8488×
0.05÷
（1×
10-6）=42440
Re＞2300
紊流时的管路摩擦阻力系数值为
λ=0.3164Re-0.25=0.022
因此，将A液壁后注浆材料（TGS）的管路摩阻力系数λ取0.11。
B液壁后注浆材料的管路阻力ΔP
设定条件
10l/min
管路口径d
25mm
流速V
0.3395m/s
1×
10-6m2/s
壁后注浆材料密度γ
1300kg/m3
雷诺数Re
d/ν=0.3395×
0.025÷
10-6）=8487.5
紊流时的管路摩擦阻力系数λ值为
λ=0.3164Re-0.25=0.032
因此，将B液壁后注浆材料（TGS）的管路摩擦阻力系数取0.16。
输液管路口径和压力损失的确认
A液壁后注浆材料50A1MPa0.49MPa
B液壁后注浆材料25A4.9kgf/cm2
混合装置
用双液浆液注浆时，需要有混合A液和B液的装置。
过去是采用简单的Y型管进行注浆施工，因为采用Y型管很难充分地混合A液、B液以及由于A液、B液的压力变动，易产生A液和B液倒流至注浆软管，造成软管堵塞等问题。
为此，采用改良后的各种混合装置，其实例见照片17、图87。
照片17
管路混合器实例
No.
球阀
（11/2·
2）
管混合器本体
（11/22）
压力表（φ60
×
1/4×
10kgf/cm2）
六角管接头
（11/2·
三通管接头
（11/2×
3/4·
2×
3/4）
压力表保护器
（1/2）
1/2·
1/2）
喷嘴
（1/2×
1/4）
Y字管
（11/2×
1/4·
O型环
（P.12.5）
由任
15
六角管接头（3/4）
16
球阀（3/4）
图87
注浆管
从管片注浆孔注浆时，需要图88所示的注浆开关。
图88
注浆开关参考图
注浆开关中，最好能安装空气泄漏环阀和压力表。
从混合器至注浆开关的软管长度，根据井内施工条件而变化，但也受到凝胶时间长短所限制。
如果软管太长，则造成软管堵塞；
如果太短，则浆液要在盾尾孔隙内凝胶，并且当地下水多时，浆液就容易被地下水稀释。
⑦控制、记录装置（操作盘）
壁后注浆操作盘，要尽可能设置在离注浆口近的地方。
操作盘最单纯的系统是仅有起动和停止A液、B液泵机能的装置。
但是，目前多数使用能控制、指示流量和压力的操作盘。
关于双液自动注浆系统中的控制和记录，在控制系统中论述。
（2）壁后注浆设备的配置和规模
壁后注浆设备的配置和规模，因现场条件而不同。
在小型盾构掘进机中，多数是将材料袋装处理。
这种场合的设备配置实例见图89。
图89
壁后注浆设备配置实例（THW）
在大规模盾构工程中，壁后注浆设备也实行自动化。
（3）自动壁后注浆设备
过去的壁后注浆和掘进无关联，是单独进行，注浆容易被耽误。
由于盾尾建筑孔隙的土体剥落而造成难以进行充分壁后注浆，使地面沉降加剧的情况很多。
但是，现在开发了和掘进连动的“同步自动注浆体系”对于防止地面沉降有非常好的效果。
（4）控制系统
壁后注浆控制系统，由以下各个不同装置组成：
千斤顶速度测定装置；
流量调节装置；
自动注浆率设定装置；
变速马达；
压力调节装置；
记录装置；
警报显示装置；
A液、B液注浆比率设定装置。
①千斤顶速度测定装置
本装置是测定掘进机推进速度的装置，用安装在盾构千斤顶上的千斤顶速度检测器测定千斤顶速度，由速度变换器将速度信号传送给中央监视操作盘内的数字演算器，并且在盘面上显示千斤顶速度。
机器的名称
图89附表
型式
动
力
通
用
备
考
壁后注浆
作泥材
充填
搅拌机
TY－650W
2．2kW×
○
带结水罐
发泡机
TP－250
1．5kW
－
充填搅拌
压送泵
4NM－50
7.5kW
无级变速
凝结剂压送泵
TNE-250
或者
2.2kW
泡沫液泵
凝结剂溶液罐
1.5m2
1.5kW
带搅拌机
控制盒
凝结剂原液罐
5～7m3
粘土砂筒罐
15～20t
△
（粘土）△
水泥筒罐
调泥贮泥罐
5～8m3
2.2～3.7kW
备考
粘土制泥时也可以使用筒罐
·
系统中包括罐类
②注浆率的设定和注浆量的演算
在“中央监视操作盘”上装有为自动注浆专用而特别设计、制作的数字演算装置，进行以下演算：
Q=α×
S×
v
式中：
Q—最适当的注浆设定量（l/min）
α—注浆率（100～200%）
S—盾尾孔隙面积（m2）
S=π/4（D21-D22）
D1—掘进机外径
D2—管片外径
V—千斤顶速度（mm/min）
这里的盾尾孔隙面积，由掘削断面自然决定，事先在演算器内设定。
注浆率α可以在100～200%间任意设定变动范围。
因此变更这些设定值，就可能转用到其它施工现场。
③注浆流量调节装置
用演算装置演算的注浆量，成为浆液流量调节器的设定信号。
在浆液流量调节器中，输入由电磁流量检测器测定的流量的测定信号。
调节器将来自演算装置的设定信号和流量的测定信号进行比较，并且为了使流量的实际值经常和设定信号保持一致，将信号送给注浆泵的变速马达。
由该信号确实地控制变速马达，也控制注浆泵的转数，从而使注浆流量等于设定流量。
④注浆压力控制装置
注浆量正如上述那样进行自动测量控制，同时注浆压力也受到自动控制。
如果注浆压力是在设定范围内，那么用设定的注浆率流量进行注浆。
当注浆量超过适当的量时，注浆压力就上升。
当该压力超过设定范围时，自动注浆率设定器开始动作，自动降低注浆率，减小注浆量，并将压力降低到设定范围内。
相反当土体产生盾尾孔隙以外的孔隙，压力急剧减小时，则会自动提高注浆率，增加注浆量。
如果压力返回到原设定范围内，那么注浆率就继续其设定值进行注浆。
在上述系统中，注浆量和压力为自动控制。
⑤其它量测设备
记录装置
用4支笔式的记录仪记录注浆量、注浆压力、千斤顶速度以及泵的转数。
流量积算器
数字演算和积算器能显示累积注浆量（附零复位按扭）。
警报显示装置
在中央监视操作以及起动器盘上有注浆压力异常警报（上、下限警报）、泵用马达异常警报、注浆材料用槽水平警报（上、下限位警报）、以及上述槽用搅拌机异常警报，并有显示。
双液（A、B液）注浆系统
双液注浆时控制系统的基本组成，与上述类同，但A液、B液的注浆比率是由比率设定器设定的。
图90是（株）小坂研究所的自动壁后注浆控制系统图。
图90
自动壁后注浆的控制系统图例
2壁后注浆施工
（1）壁后注浆作业注意事项
①搅拌时的注意事项
材料投放顺序是否正确；
膨润土、水泥是否结块；
搅拌时，有无分离；
使用材料是否适当；
水泥是否风化、固结；
砂里是否混入不纯物；
浆液搅拌结束后的量为多少。
②运送、注浆时的注意事项
运送时是否分离；
有无搅拌装置；
运送时间及固结、延迟剂的使用是否适当；
检查从注浆孔至泵间的管路、接头；
注浆孔位置的阀和泵的动作情况；
注浆压力，注浆量；
从注浆结束时的注浆孔阀的闭塞至移动管路上的顺序如何；
拆卸注浆孔阀时，是否装塞子；
有无管片破损、上浮等现象；
当注浆材料由管片漏出时，要采取临时注浆堵漏措施；
剩留材料的处理；
操作人员在作业结束后，要彻底清扫注浆设备和泵。
③注浆设备部的注意事项
严格遵守材料的混合顺序
在壁后注浆中，也有对使用的材料由于弄错混合顺序而导致得不到预期效果的情况。
例如在使用膨润土水泥的壁后浆液中，若改变表28所示的混合顺序，就不能充分发挥作为膨润土特性的膨润性，其流动值和离析率也将产生显著的差异。
其后果将造成不能进行良好的壁后注浆施工，必须充分注意。
材料混合顺序对水泥膨润土浆液性质的影响
表28
配比（kg/100l）
J流动（S）
离析率（%）
混合顺序
水泥（C）
膨润土（B）
水（W）
30
″
87.8
4.2
3.8
6.4
39.2
W→B→C
W→C→B
50
81.4
4.3
1.5
30.6
79.5
6.2
0.
1
18.3
材料的正确计量
由于粉体材料经过长时间就会湿润起来，干比重（表观比重）产生变化。
为此，在用干比重进行计量时，必须经常测定粉体材料的总体比重和修正计量系统。
此外计量器也要时常调整，进行精度校正。
（2）管路的清扫
A液管直径，主要是用11/2英寸管或2英寸管。
当压送量少，管径为2英寸，管内流速非常缓慢。
这时，若使用高粘性材料，则受到管内阻力后附着性变大，造成管径逐渐缩小。
最近出现使用时间长的砂浆，管路的清洗次数和以前相比明显减少。
但是若把砂浆长时间放置在管内，由于物理现象（沉淀、离析等）一部分材料沉积在管底，即使下次压送新的砂浆，也只在管底部沉淀位上流过，逐渐附着管底。
因此在注浆中要用清洗球通过管内来去除附着物。
此外，为了能压送清洗球，在开挖面部附近设置清洗球回收装置，其装置也有各种类型，见图91。
若来自管路连接部的泄漏一多，也易造成管路闭塞，必须加以注意。
当清洗有较多的砂分砂浆时，如果最初起就用水作清洗，反而会造成管路堵塞，要用粘性小的泥水（砂浆水）压送清洗。
（3）急曲线段壁后注浆
①急曲线段的壁后注浆非常重要，特别是在最近开发了初期强度高、能充填限定范围的急凝固结型注浆材料以来，几乎不再采用原来的LW浆液。
盾构掘进机方向的控制，是将千斤顶推力传递给土体，由地层的反作用力来控制盾构。
图91
清洗球回收装置
与此同时，还需对盾尾间隙及因超挖而产生的盾尾孔隙进行壁后注浆，如果盾构千斤顶推力不能正确地传递给后方，则将引起变形并产生蛇行似的隧道轴线轨迹。
此外不迅速地进行壁后注浆也会造成地层沉降。
壁后注浆材料是具有可塑性并能注入到限定范围内的材料。
为了将盾构千斤顶推力正确地传递给后方，壁后注浆材料的强度，应在管片拼装后至下一环掘进前的时间（约1～1.5h）内必须达到大于推压强度。
②急曲线段壁后注材料所需强度计算实例
盾构转弯段的壁后注浆材料的必要强度概算如下：
条件
急曲线段半径
R=25m；
钢管片外径
6550mm
R0=3.275m+25m=28.275m
钢管片宽度
450mm
盾构千斤顶推力
200tf×
20根
总推力4000tf
FJ—千斤顶反作用力（见图92）
图92
在急曲线段管片背面上的压力计算
F1—垂直管片环面的反作用分力
F2—平行于管片环面的侧向反作用分力
F2
升级会员 