一种盾构机注浆防堵构件的制作方法

本发明涉及盾构法注浆施工领域，尤其是涉及一种盾构机注浆防堵构件。

背景技术：

在盾构掘进过程中，需通过与掘进同步进行的同步注浆，在盾尾空隙(即脱出盾尾的管片衬砌和土体的建筑空隙)形成的极短的时间内，充填适量的注浆材料将其填充密实，从而使周围岩土体获得及时的支撑，有效的防止土体的坍塌，控制地表的沉降，固定管片位置、防止管片背后积水,保证盾构隧道工后不变形和不渗漏水。

同步注浆系统的稳定有效，在穿越铁路、城市既有建筑物及机场跑道等对地面沉降要求非常严苛的工况时，往往是保证工程安全及质量的关键因素之一。

在目前的盾构设备中，同步注浆系统主要采用双液注浆和单液注浆两种设备。两种系统同步注浆相比较之下，单液浆注浆工法的浆液凝固速度慢，水泥浆凝固速度控制困难，对其加注扩散范围不易控制，压力浆液容易无序扩散，不但浪费浆液，且严重影响其填充加固效果；双液注浆工法可调整浆液的凝固时间，但由于双液浆一般是在注浆管混合腔内混合后注入地层的，因此浆液的可注性、凝固时间的可调性较差，易出现堵管现象，无法注浆，影响注浆施工效率，不及时处理更会影响注浆质量，进而影响工程的安全及进度。

因此，双液注浆虽然注浆质量控制方便，注浆效果好，但注浆混合腔部位容易堵塞，即使经常进行清洗，浆料中的部分沙粒沉淀在浆管中，使浆管通径逐渐减小，也会引起堵塞，而且清洗一次将耗费大量的清水或膨润土，也带来隧道内污水排放的问题。在实际施工过程中，操作人员往往不注意管路的清理和清洗，一旦长时间停推，又疏于清理，则注浆系统必然堵塞，为盾构后续推进工作的质量带来隐患。

现阶段国内外盾构厂商采用的双液注浆系统加注混合方法主要有两种：一种a、b液各设独立通向土体的管路，分别加注到土体后在土体内自由混合；另外一种在盾构外壳内部的管路内(一段混合腔)混合好注入盾尾空隙。

采用第一种方式的浆液混合效果较差，浆液凝固时间有较大波动范围，因此注浆质量不稳定；第二种方式浆液混合效果好，浆液凝固时间稳定可控，注浆质量稳定，但由于混合腔在盾壳内，b液管端采用单向橡皮套，但是由于b液管出口基本包围在a液管路内，b液流向不稳定，且空间较狭小，一旦注浆暂停或不连续，疏于清洗或清洗不充分，管路容易产生堵塞。一旦堵塞产生，需耗费大量时间进行管路拆卸疏通，且在外部压力较高的情况下有一定喷涌风险。

现阶段各厂商对注浆管路堵塞及通堵问题没有完善的解决方案，有些厂家对注浆管路的截面形状进行优化，有些厂家采用带清洗回路的注浆枪，但在实际使用中，注浆管路堵塞及通堵情况仍是施工过程中的一大顽疾。

中国专利cn103982198a公开了一种盾构双液浆注浆接头，其内丝三通管通过外接头ⅰ连接中空三通管，中空三通管右侧连接有管片连接头，中空三通管上方设有外接头ⅱ，外接头ⅱ上设有用于控制注入水玻璃接口的单向阀，水玻璃管与单向阀连接，通过中空三通管向管片连接头内注入水玻璃。但是该专利申请在停止注浆时，外部浆液和杂物可以侵入到管片连接头和中空三通管，如果球阀为开启状态，外部浆液和杂物还可以侵入到整个水泥浆管路，这也是目前经常碰到的问题。而且其中水玻璃管路在非注浆时其实处于水泥浆/混合区管路范围内，如通过单向阀的水玻璃有残余则混合区内也会产生堵塞。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种解决双液注浆系统中容易堵管，以及浆液混合质量差而影响注浆质量的情况，减少浆液损失，加强盾构设备对各种复杂地层的适应能力的盾构机注浆防堵构件。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种盾构机注浆防堵构件，包括注浆头及在注浆头内来回运动的注浆活塞，

所述的注浆头上分别连接两根液体注入管路，

所述的注浆活塞内开设孔道，注浆活塞前端与注浆头的内壁形成混合空腔，随着活塞运动，混合腔容积会随之发生变化，混合空腔与一根液体注入管路连通，另一根液体注入管路与注浆活塞内开设孔道连通。从注浆到注浆停止，活塞的伸出过程具有较好的排堵功能。这是以往发明所不具备的功效。活塞与一只油缸的活塞杆相连，具有较大的推力，完全可以将凝固或半凝固物推出注浆头管路。

所述的注浆头内设固定导杆，具有防止大块杂物侵入、堵塞注浆头的功能，注浆活塞中心设有与该导杆相配合的开孔，随着活塞头的伸出，将活塞头内孔内少量残余浆液挤出，不留出混合浆液的空间。

所述的固定导杆采用十字撑形式与注浆头内壁固接，注浆头出口处的十字撑杆可以将大块杂物挡住，也减少堵塞的可能。

所述的注浆活塞的端部为四瓣倒锥面形式，与固定导杆的十字撑的横杆重合，使得活塞头混合区内基本不留间隙，并且可将注浆头内残余浆液或半、全凝固物铲出活塞头内孔，由于混合区较短，油缸推力足够对浆液凝固物进行破碎。

所述的注浆活塞内开设的孔道为沿注浆活塞轴向开设的轴向孔及与轴线孔连通的数个径向孔。

所述的轴向孔与注浆活塞中心与导杆相配合的开孔连通。

所述的注浆活塞的前端设有防止浆液从混合空腔倒流回注浆活塞内的单向密封组件。

所述的注浆活塞的后端浓郁后方油缸活塞杆连接。

与现有技术相比，本发明构造简单，占用空间小，且具有较高的经济性和可靠性，适应不同浆液的自身性质，并能适应浆液配比变化，提高注浆效率及注浆效果，节约清洗水，避免浆液浪费，基本解决注浆堵塞问题，减少盾构机的停工时间，从而有效减低盾构机掘进施工成本和维护成本。

附图说明

图1为本发明进行双液注浆工作示意图；

图2为本发明进行单液注浆工作示意图；

图3为本发明停止注浆时的结构示意图；

图4为注浆头的部分结构示意图；

图5为注浆活塞的部分结构示意图。

图中，1为注浆头，2为注浆活塞，3为注浆头导杆，4为a液管路，5为b液管路，6为活塞径向孔，7混合区，8为活塞轴向孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种盾构机注浆防堵构件，其结构如图1-3所示，主要包括注浆头1、注浆活塞2和a液管路4、b液管路5。其中注浆头导杆3通过十字撑杆与注浆头1内壁固接，如图4所示，并与活塞轴向孔8相配合；注浆活塞2安装在注浆头1内部，注浆活塞2后端与油缸活塞杆连接，可在注浆头1内部做活塞运动，从而使混合区7的容积发生变化；注浆头1内部靠近出口端作为混合区7，混合区7在一侧与a液管路4相通，后端与注浆活塞2的活塞轴向孔8相通，在双液注浆时a液管路4注入的a液和活塞轴向孔8注入的b液在混合区7混合后向外注入土体。在停止注浆作业时，注浆活塞2伸出，直到混合区7容积变为0。

注浆活塞2的结构如图5所示，在注浆活塞2上开有数个活塞径向孔6，在注浆作业时，注浆活塞2缩回，活塞径向孔6与b液管路5相通，同时，活塞径向孔6与活塞轴向孔8相通。在停止注浆作业时，注浆活塞2伸出，活塞径向孔6与b液管路5隔绝。注浆活塞2外周及活塞轴向孔内壁设有密封，可分别防止浆液侵入后方机构、侵入b液管路5。

注浆活塞2前端的4瓣倒锥面体和注浆头出口端的十字撑杆之间相匹配，可对混合区的半、全凝固物进行挤压破碎，可将混合区范围内残余物全部挤出。

防堵注浆装置的工作过程包括以下步骤：

正常双液注浆工作示意图如图1所示，注浆活塞2缩至注浆头内部，且行程到底，此时a液管路4与混合区7连通，b液管路5与活塞2上的活塞径向孔6连通，活塞径向孔6本身与活塞轴向孔8是连通的，故b液管路5与混合区7连通，因此可同时进行a、b液的配比混合加注，a、b液在混合区7内混合后从注浆头1出口注入土体。

正常单液注浆工作示意图如图2所示，注浆活塞2缩至注浆头内部，到特定行程后，此时a液管路4与混合区7连通，b液管路5与活塞2上的活塞径向孔6隔绝，故b液管路5与混合区7隔绝，因此进行a液加注时，b液与a液管路互不干涉，a液在通过混合区7后从注浆头1出口注入土体。

停止注浆工作示意图如图3所示，注浆活塞2伸至注浆头端面，且行程最大，此时混合区7容积为0，a、b液管路在密封范围内与外界隔绝，且a、b液管路相互隔绝，因此不会产生相互侵入的情况。同时在活塞2伸出过程中，原残留在混合区7的浆液，半、全凝固物被活塞2挤出注浆头1，防止堵塞混合区及a、b液管路。

通过活塞伸出和缩回动作，即可满足以上3种工况，并具有防止堵塞的功能。

目前双液注浆由混合型式和设备空间的限制，只能利用盾构尾部壳体内狭小空间，存在混合效果不好或管路堵塞问题，这些注浆问题容易造成注浆层易液化、泌水性大、不抗震、承载能力低和后期地面沉降量大等工程缺陷和灾害。

本项目基本解决双液注浆系统中容易堵管，以及浆液混合质量差而影响注浆质量的情况，减少浆液损失，加强盾构设备对各种复杂地层的适应能力，简化注浆系统操作和维护工作，节约施工时间和相关成本。