壁后注浆工艺作业指导书教学提纲.doc

壁后注浆工艺作业指导书

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壁后注浆工艺作业指导书

3.15.1 工艺概述 一、定义
1、同步注浆
同步注浆与盾构掘进同时进行，通过同步注浆系统及盾尾的注浆管，在盾构向前推进管 片背后空隙形成的同时进行。同步注浆在管片背后空隙形成的极短的时间内将其充填密实， 从而使周围岩体获得及时的支撑，可有效地防止岩体的坍陷，控制地表的沉降。
2、二次补强注浆

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为提高背衬注浆层的防水性及密实度，必要时在同步注浆结束后进行补强注浆。补强注 浆一般在管片与岩壁间的空隙充填密实性差，致使地表沉降得不到有效控制的情况下才实施。
二、总体施工方案 盾构掘进期间采用同步注浆方式用拌制好的水泥砂浆填充管片壁后，同时采用地表沉降
监测进行信息反馈，结合洞内超声波或人工开孔等方法探测背衬后有无空洞的方法，综合判 断是否需要进行二次补强注浆；二次补强注浆根据水文地质情况，及同步注浆效果等现场实 际情况，有针对性的选择注浆材料，通过管片注浆孔（吊装孔）由外置注浆机注入管片壁后。

3.15.2 作业内容 材料准备→浆液拌制→浆液运输与贮存→浆液注入→注浆系统清洗
3.15.3 质量标准及验收方法

根据 GB50299-1999《地下铁道工程施工及验收规范》（2003 版）中第 8.7.4 条规定：注浆时 壁后空隙应全部填充密实，注浆量应控制在 130%～180%。

表 3.15.3-1 同步注浆基本性能参数表

序 号
项 目
要 求

01
固结体强度
1 天不小于 0.2Mpa，28 天不小于 2.5Mpa

02
浆液结石率
大于 95％，即浆液固结收缩率小于 5％

03
浆液稠度
8～12cm

04
浆液稳定性
浆液倾析率为 5％左右

3.15.4 工艺流程及管理程序图

一、施工流程图

砂浆拌制
机械材料准备及运输

砂浆运输
每一循环
浆液拌制

每一循环

砂浆输送及贮存
注浆头安装

砂浆注入
浆液注入

注浆系统清洗与保养
注浆机械清洗与保养

图 3.15.4-1 同步注浆施工流程图 图 3.15.4-2 二次补强注浆施工流程图

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二、管理程序图

开始

注浆系统准备

数据采集与管 理、计划图表
参数设计

设定控制方式
浆液配制

检测试验


不合格

合

注浆 浆液运输

不正
注浆工况分析 调整控制 方式与参
正

继续

注浆完毕
清洗设备和管路

反馈信息
注浆效果检查

综合评价


不符合要求


采取补充 注浆措施

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符

下环注浆

图 3.15.4-3 注浆管理程序图

3.15.5 主要工序步骤及质量控制说明 一、同步注浆工序步骤
1、材料准备
（1）砂要求采用细度模量 1.6～2.3 的细砂,不允许夹杂有 5mm 以上的豆石或杂物，需要 时需对砂子进行过筛处理；
（2）水泥、膨润土不能有结块现象。
2、浆液拌制
（1）浆液配合比严格按工程师通知配合比配制；
（2）原材料计量误差要控制在规范要求范围内；
（3）投料顺序按水、水泥、砂依次进行；
（4）搅拌时间控制在 2 分钟左右；
（5）浆液配合比 同步注浆与二次补强注浆配合比见下表：

表 3.15.5-1 同步注浆配合比

编 号
浆液配合比
施工地段
施工要求
水灰比
C:F:S:B:W
外加剂

P1

0.9
1:3.3:6.8:0.47:
4.07
（ C+F ）
×0.3%

施工进度慢
要求浆液胶凝时间长，
防止堵管

P2

0.9

1:3.18:6.5:0.45:
3.9

无

施工进度快
根据施工进度，缩短浆 液胶凝时间；为使管片 获得早期稳定

P3

0.9

1:2.1:4.85:0.35:
2.89

无

到站段
为防止漏浆，要求浆液 尽早凝结

表 3.15.5-2 同步注浆浆液性质表

编号
初凝时间
终凝时间
析水率
固结率

备注

P1

5h-20min

10h-30min

5%

95%

该表数据均为试验数据， 现场施工时胶凝时间将会有 所延长

P2

4h-30min

8h-45min

4%

97%

P3

3h-00min

5h-50min

4%

97%
说明：
C（Cement）――水泥，F（Flyash）――粉煤灰，S（Sand）――砂，B（Bentnint）―― 膨润土，W（Water）――水；
外加剂为上海麦斯特公司提供的 RH1100CA 引气剂（兼有缓凝作用）。
3、砂浆运输
（1）同步注浆砂浆搅拌好后，下放到编组列车中的砂浆运输罐与其他车辆同时进入掘进 工作面；
（2）砂浆运输时间不宜过长（不至发生初凝），若需运输时间较长时，则考虑加缓凝剂；
（3）砂浆运输罐应有搅拌功能，防止发生沉淀、离析现象，；
（4）砂浆在运输过程中不得随意加水。
4、砂浆的输送及贮存
（1）砂浆运输进入掘进工作面，随后通过拖车上的砂浆泵将运输罐中的浆液注入盾构配 套贮浆罐。
（2）砂浆在贮浆罐中应持续搅拌直至砂浆注完，贮存时间不宜过长。
5、砂浆注入
（1）同步注浆通过盾构上配置的注浆泵将砂浆注入，在每个注浆管出口设置分压器，以 便对各注浆管的注浆压力和注浆量进行检测控制，从而获得对管片背后的对称均匀压注；

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（2）同步注浆在地层均匀和盾构机姿态较好时，4 个注浆孔应均衡注入；

（3）注浆量
图 3.15.5-1 同步注浆示意图

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管片背后注浆量的确定是以管片建筑空隙量为基础并结合地层、线路及掘进方式等考虑 适当的注浆率，以保证达到充填密实的目的。可用以下公式进行计算实际的注浆量：
Q=V×α
Q-------实际的注浆量
V-------刀盘开挖尺寸与管片外径之间的空隙量 α------注浆率 根据施工实际这里的注浆率包括由注浆压力产生的压密系数、取决于地质情况的土质系
数、施工消耗系数、由掘进方式产生的超挖系数等。一般情况下，可主要考虑土质系数和超 挖系数。
土质系数取决于地层性质，不同的地质地层其土质系数也不同，一般取值为 1.1~1.5。 在完整性好、自稳能力强的硬质地层中，浆液不易渗透到衬砌周围的土体中去，可取较小的 土质系数甚至不用考虑。但在裂隙发育的岩质地层或以砂、砾石为主的大渗透系数地层，浆 液极易渗透到衬砌周围的土体中，因此在这样的地层应考虑较大的土质系数，可取 1.3~1.5。 在以粘土、粉砂为主的小渗透系数地层，浆液在注入压力的作用下也会对土体产生劈裂渗透， 故也应考虑 1.1~1.3 的土质系数。
超挖系数是正常情况下盾尾建筑空隙的修正系数。超挖系数一般只在曲线施工中产生（直 线段盾构机机体与隧道设计轴线有较大夹角时也会产生，其值一般较小可不予考虑），其具体 数值可通过几何计算得出。
以上系数在考虑时需累计为最后的注浆率。
（4）注浆压力 注浆压力的确定也是注浆施工中很重要的一个方面，其值过大可能会损坏管片和尾刷直
至进入前部土仓，而反之浆液又不易注入，故应综合考虑地质情况、管片强度、设备性能、 浆液性质、土仓压力等以确定出能完全充填且安全的最佳值。根据施工实际其值一般可取
0.2~0.4Mpa。
（5）注浆应与盾构掘进同步进行，视掘进速度调整注浆压力与泵送次数，保证浆液均匀、 密实填充管片壁后。
6、注浆系统清洗与保养
（1）注浆作业完毕后，搅拌机、运输罐、泵、注浆管路一定要及时清理干净，一般每一 工作班最少应清理一次。
（2）若发生特殊情况，浆液在泵、注浆管路中停滞时间较长时，为避免堵管就必须进行 管路清理或用膨润土充满管路。

（3）每天操作人员必须对注浆设备进行彻底 的清理、检查，要保证注浆泵和管路内无残积的浆 液，并保证其正常工作。
二、二次注浆工序步骤
1、材料准备及运输
（1）二次补强注浆一般采用以水泥净浆为 A
液、水玻璃为 B 液的双液浆进行
（2）注浆所使用的水泥为 32.5#～42.5#普通 硅酸盐水泥，水玻璃浓度为 30～40Be’
（3）在洞内注浆时，水泥与水玻璃放置在列 车编组的管片车上，运输进工作面。
2、浆液拌制
（1）二次补强注浆浆液在工作面附近进行拌 制，水泥浆采用双液注浆机自备的搅拌桶拌制。
（2）浆液配合比

表 3.15.5-3 二次补强注浆配合比

水玻璃浓度
Be′=30
Be′=35
Be′=40
W:C(重量比)

凝结时间

水
泥
浆
：
水
玻
璃
1:0.5
1:1.0
27″
50″
29″
56″
34″
1′07″
0.6:1
1:0.5
1:1.0
31″
56″
37″
1′12″
42″
1′32″
0.8:1
1:0.5
1:1.0
40″
1′12″
47″
1′26″
52″
1′52″
1:1
3、注浆头安装
（1）双液注浆通过管片注浆孔进行，注浆前应用冲击钻或钢筋钎子将管片注浆孔击穿， 并安装注浆头。
（2）注浆头为管片吊装螺栓改造而成，前端带丝可拧入管片注浆孔中，后端带丝扣，可 接球阀与注浆管。
（3）安装好后应将球阀与注浆管接上，并关闭球阀。
4、浆液注入
（1）将双液注浆机上的两跟吸浆管分别放置在水泥浆与水玻璃中，打开注浆头球阀，关 闭混合器泄压阀。
（2）注浆开始后，两种浆液被吸入，通过混合器在最前端管路中混合并注入管片壁后。
（3）注浆停止后，应先关闭注浆头球阀，再打开混合器泄压阀，待管内压力释放后，方 可拔除注浆管。
（4）注浆顺序
①补强注浆应先压注可能存在大的空隙一侧、或软岩、或节理裂隙较发育的一侧。
②如需整环补强注浆，注浆应由下至上、左右均衡选择注浆孔进行。

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（5）注浆量 二次补强注浆量主要由注浆压力控制 二次补强注浆时应特别注意注浆压力的控制，尽量控制在 0.5Mpa 以内，又尤其在衬砌环

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的封顶块位置注浆时。因为注浆压力过大易使连接螺栓被剪断。
5、注浆机清洗与保养
（1）每次注浆结束后，应用清水对管路进行清洗。
（2）注浆管拔出后，将两根吸浆管同时放入清水桶中，打开注浆机用清水清洗管路，要 求达到从注浆管口压出的水中无水泥浆或双液浆结块杂质。
（3）全部注浆完毕，洗泵后移出吸浆管，使泵运转一分钟（以便将泵内残存液体排出）， 然后切断电源停机。
（4）拆开吸浆阀门、排浆阀门及注浆缸，清理干净积水及污物，然后涂抹防锈油，重新 组装好封存备用。
三、注浆施工质量控制
1、同步注浆坚持“掘进必须注浆”的原则；按照《质量计划》要求，注浆是按特殊过程 控制程序进行控制：人员须培训后上岗；所用设备、计量器具等需经过鉴定；所用各种原材 料的检验执行《采购产品的检验和试验控制程序》；施工过程施行连续监控，并形成记录；
2、注浆前进行详细的浆材配比试验，选定合适的注浆材料及浆液配比，保证所选浆材配 比、强度、耐久性等物理力学指标符合业主和设计要求；
3、制订详细的注浆施工设计和工艺流程及注浆质量控制程序，严格按要求实施注浆、检 查、记录、分析，及时做出 P（注浆压力）—Q（注浆量）—t（时间）曲线，分析注浆效果， 反馈指导下次注浆，并及时报告业主和现场工程师；
4、进行信息反馈，修正注浆参数设计和施工方法，发现情况及时解决；
5、做好注浆设备的维修保养，注浆材料供应，保证注浆作业顺利连续不中断进行；
7、盾尾漏浆：一般采取堵漏的方法，用棉纱和木楔进行封堵；
8、掌子面漏浆：由于围岩稳定性差，造成盾壳与岩面间空隙过大或注浆压力过大，注浆 时浆液会顺着盾壳外壁漏进掌子面，遇这种情况，须利用泡沫注入系统，向盾壳与岩壁间注 入一膨润土隔环，防止浆液流入掌子面。并控制注浆压力，使注浆压力低于土仓设定压力
0.2bar。
9、拌料时，水、膨润土、水泥、砂要按照正确的顺序进行投料；
10、注浆设计压力是指注浆管孔口压力，而不是泵的工作压力；
11、要保证注浆泵能正常工作，注浆管路畅通，压力显示系统准确无误；
12、浆液要从管片的对称位置注入，防止产生偏压使管片发生错台或损坏；
13、注浆过程中要密切关注管片的变形情况，若发现管片有破损、错台、上浮等现象应 立即停止注浆；
14、注浆过程中，若在不提高注浆压力而注浆量很大，或注浆量突然增大时应检查是否 发生了泄漏或注入掌子面，若发生上述现象应停止注浆，妥善处理后再继续注入；
15、注浆过程中若发生管路堵塞，应立即处理以防止管中浆液凝结；
16、作业完毕后，搅拌机、运输罐、泵、注浆管路一定要及时清理干净，原则每一工作 班清理一次；
17、在需要长时间停机时，必须以膨润土浆液（其配合比一般为：水灰比 0.8，水泥:膨 润土＝1:1）填充注浆管路。
18、二次补强注浆每次结束要立即用水清洗注浆管；
19、若遇有水涌出的孔位，则应调整双液浆的配比，缩短胶凝时间，达到迅速阻水的目
的；

3.15.6 施工机械及工艺装备

一、同步注浆设备
1、搅拌站：自行设计建造砂浆搅拌站一座
2、同步注浆系统：
配备SWINGKSP12 液压注浆泵 2 台（盾构上已配置），注浆能力 2×12m3/h，8 个盾尾注入 管(其中 4 个备用)及其配套管路。
3、运输系统： 自制砂浆罐车（6m3），带有自动搅拌功能和砂浆输送泵。随编组列车一起运输。

图 3.15.6-1 SJ6B 砂浆运输车

二、二次补强注浆设备
1、注浆泵
采用 KBY-80/70 型双液注浆泵 参数如下： 公称流量(L/min):80 公称压力( Mpa ):0.5-7 驱动功率( KW ):15 额定往复次数(min-1):20 容积效率(%):85
总 效 率(%):72 外形尺寸(mm):2000*1050*850 质 量(kg):460
2、搅拌机

图 3.15.6-2 KBY-80/70 双液注浆

LJ―300 型搅拌机是一种立式筒型结构的专用机械。主 要由电机、摆线针轮减速器、筒体、搅拌翼、进料隔栅、排 浆阀门等组成。
容量: 300L 转速: 85r/min 排浆口外径: 60mm 额定往复次数(min-1): 20 外形尺寸(mm): 1165*770*1385 质 量(kg): 155


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图 3.15.6-3 LJ-300 型搅拌机

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3.15.7 作业组织

一、同步注浆人员及设备配置
表 3.15.7-1 同步注浆人员配置表

序号
工种
数量
班次
备注
1
搅拌站司机
1 人/班
2

2
搅拌站配料工
2 人/班
2

3
电瓶车司机
2 人/班
2

4
调车员
2 人/班
2

5
注浆司机
1 人/班
2

6
值班工程师
1 人/班
2

表 3.15.7-2 同步注浆机械配置表

序号
机械种类
单位
数量
备注
1
砂浆搅拌站
座
1

2
SWINGKSP12 液压注浆泵
台
2

3
自制砂浆罐车（6m3）
台
2

二、二次补强注浆人员及设备配置

表 3.15.7-3 二次补强注浆人员配置表

序号
工种
数量
班次
备注
1
注浆机操作手
1 人/班
2

2
配料工
2 人/班
2

3
电瓶车司机
2 人/班
2

4
调车员
2 人/班
2

5
杂工
2 人/班
2
安装注浆头、泄压、拔管等
6
值班工程师
1 人/班
2

表 3.15.7-4 二次补强注浆机械配置表

序号
机械种类
单位
数量
备注
1
KBY-80/70 双液注浆泵
台
1
含管路
2
LJ-300 自动搅拌机
台
1

3
注浆头、球阀、便捷接头
套
2

4
管钳
把
2
装卸注浆头
5
电动冲击钻
把
1
开孔

3.15.8 生产效率与材料消耗

同步注浆效率与盾构掘进保持一致，其材料消耗与施工配合比以及地层岩土性状机每环

的宽度有关，根据实际设定。 二次补强注浆效率与材料消耗由管片壁后空洞程度、浆液配合比以及注浆压力决定。
3.15.9 安全生产及环境保护 一、施工安全措施
1、安全管理措施
（1）建立严密的安全制度：确保安全施工，以此作为项目经理的主要考核目标；
（2）实行安全生产目标控制管理：在布置施工任务的同时布置安全生产指标和要求，考 核工作成绩的同时也考核安全指标的完成情况；
（3）进行安全教育：对所有进场的职工，必须进行安全生产的消防意识的教育工作，坚 持特种作业持证上岗的制度；
（4）项目设兼职安全员：严格制止违章指挥和违章作业，加强对安全生产检查和考评工 作，凡发现安全隐患，必须及时整改；
（5）认真编制安全生产措施：在各分项工程施工前，班组长必须进行书面的安全技术交 底，做到交底内容明确，针对性和实用性要强，操作人员必须按交底要求和安全操用规程进 行施工。
2、安全技术措施
（1）清洗管路时首先停止注浆，并释放管道及设备中的压力。
（2）在清洗和拆装管接头的过程中严禁管接头直接对准人，管道的残余压力有可能对人员 造成伤害。
（3）在人员进入贮浆罐清洗时应彻底关掉电源，并悬挂明显的标示，同时应有专人负责罐 内工作人员的作业安全。
（4）由于浆液对人体有腐蚀，禁止用手直接接触浆液。
（5）注浆工具及管接头的摆放位置应稳妥，以免掉落而发生危险。
（6）使用高压清洗机清洗设备时应严格按照清洗机操作规程进行操作。
（7）施工中正确佩戴安全防护用品，配料人员佩戴橡胶手套、空气过滤面罩，拆装注浆头、 管路人员应佩戴防护眼镜，防止浆液迸溅进入眼睛。
二、环境保护措施
（1）施工现场材料应堆放整齐，施工垃圾统一堆放并及时处理。
（2）施工产生的污水要经过滤沉淀后，方可入市政管道。
（3）搅拌站要设置顶棚及过滤装置，防止固体颗粒物排放超标。
（4）建立环境监控机制，定期检查施工场地范围各项环境指标。