一种Y字型的隧道注浆结构及配套的注浆方法

本发明涉及隧道掘进技术领域，具体为一种y字型的隧道注浆结构及配套的注浆方法。

背景技术：

盾构法施工常应用于地铁隧道的开挖过程中，具有施工速度快、不受季节影响、不影响交通等优势。

盾构施工过程中管片层与岩土层之间常存在空隙，为了防止地表沉陷，需在管片层与岩土层之间注浆，在实际工程中，研究人员发现，同步注浆无法有效填充管片背部间隙，注浆效果差，无法及时固定隧道管片，易发生管片上浮现象，破坏隧道结构。

现有的隧道二次注浆结构及方法设置不够合理。在管片顶部11点和1点方向设置竖直注浆孔进行二次注浆，会导致管片背部存在间隙，注浆效果差；顶部注浆在一定程度上解决了管片背部存在间隙的问题，但其注浆过程中浆液是由底部逐渐升到顶部，故导致浆液对管片的浮力上升到一定程度时隧道上半部分才开始具有浆液，因此该注浆方法无法解决管片上浮现象；周向注浆方法虽能在一定程度上抑制管片上浮，但其注浆效率低，施工过程繁琐。针对上述现状，迫切需要开发一种隧道注浆结构及方法，以克服现有注浆应用中的不足。

技术实现要素：

本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述背景技术中提出的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的是提供一种y字型的隧道注浆结构及配套的注浆方法，结构设计合理，通过y字型的注浆口喷出两种浆液，分别良好适用于隧道顶部以及侧部和底部，注浆效果好、效率高，通过y字形的注浆口分别向上和向下喷射两种浆液，向上喷射的为砂浆与水玻璃混合的浆液，具有粘度大、凝结时间短的特点，可以有效填充管片背部，并快速产生强度，对管片结构起到固定作用，有效抑制管片上浮，可以依托已有设备进行，不增加注浆成本，浆液利用率高，两台注浆机同时工作，注浆时间短，可实施监控注浆压力，保证注浆质量。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种y字型的隧道注浆结构及配套的注浆方法，其包括：岩层、注浆层和管片层，所述管片层上设有注浆孔，所述注浆孔向外注浆，所述岩层表面通过同步注浆形成坚硬外壳，在所述坚硬外壳与管片层之间形成注浆层，在每节所述管片层顶部设置有连通注浆层的对称y型注浆预留孔，所述y型注浆预留孔有向上和向下喷射浆液的两个管道，所述y型注浆预留孔活动连接注浆管道，所述管道的另一端连接分别注射a液和b液的注浆机。

一种y字型的隧道注浆方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，同步注浆，在盾构机盾尾连接有同步注浆装置，在盾构机掘进过程中同步向岩层喷射所述浆液a，在岩层表面形成外壳，(所述浆液a的注入压力为6-8bar之间)，注浆(喷射)量为1.5-2.5立方/环，形成所述坚硬外壳a；

步骤二，二次注浆，掘进过程中当盾构机掘进到前方3-5环位置时，开始通过所述y字型注浆预留管道进行二次注浆，y字型注浆预留管道向上喷射浆液a液,向下喷射浆液b液，所述a液注浆压力3-4bar之间，注浆量0.5-1.5立方/环，在隧道顶部形成砂浆层b；所述b液注浆压力2-3bar之间，注浆量2-3.5立方/环，在隧道侧面和底部形成砂浆层c。

作为本发明所述的一种y字型的隧道注浆结构及配套的注浆方法的一种优选方案，其中：所述a液重量份配方包括100-120份水泥、70-90份粉煤灰、20-30份膨胀土、100-300份细砂、50-100份水玻璃、200-300份水，混合后，浆液初凝时间控制在5-10分钟。

作为本发明所述的一种y字型的隧道注浆结构及配套的注浆方法的一种优选方案，其中：所述b液重量份配方包括100-120份水泥、50-60份粉煤灰、20-30份膨胀土、100-300份细砂、200-300份水，混合后，浆液初凝时间控制在3-4小时。

作为本发明所述的一种y字型的隧道注浆结构及配套的注浆方法的一种优选方案，其中：所述b液在注浆前应经过30-60分钟的搅拌。

作为本发明所述的一种y字型的隧道注浆结构及配套的注浆方法的一种优选方案，其中：所述y字型注浆预留管道上设有分离的入料阀门，分别注入浆液a液与浆液b液。

作为本发明所述的一种y字型的隧道注浆结构及配套的注浆方法的一种优选方案，其中：所述向上喷射a液的注浆管道还并联有混料管，在所述注浆管道和混料管上设有阀门，所述混料管的末端连接水玻璃液液仓，所述混料管上安装有水玻璃泵。

作为本发明所述的一种y字型的隧道注浆结构及配套的注浆方法的一种优选方案，其中：所述喷射a液与b液的管道上分别安装有压力表。

与现有技术相比：本发明的有益效果是：

本发明的注浆结构，结构设计合理，通过y字型的注浆口喷出两种浆液，分别良好适用于隧道顶部以及侧部和底部，注浆效果好、效率高；

本发明的注浆结构配套使用的注浆方法，通过y字形的注浆口分别向上和向下喷射两种浆液，向上喷射的为砂浆与水玻璃混合的浆液，具有粘度大、凝结时间短的特点，可以有效填充管片背部，并快速产生强度，对管片结构起到固定作用，有效抑制管片上浮；

本发明的注浆结构及配套的注浆方法，可以依托已有设备进行，不增加注浆成本，浆液利用率高，两台注浆机同时工作，注浆时间短；

注浆管道上安装有压力表，可实施监控注浆压力，保证注浆质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1是本发明注浆结构的结构示意图；

图2是本发明隧道结构主视方向的示意图；

图3是本发明注浆方法的工艺流程图。

图中：1管片、2y字型预留注浆孔、3出浆孔、4管片层、5中空夹层、6岩层。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明提供一种y字型的隧道注浆结构及配套的注浆方法，结构设计合理，通过y字型的注浆口喷出两种浆液，分别良好适用于隧道顶部以及侧部和底部，注浆效果好、效率高，通过y字形的注浆口分别向上和向下喷射两种浆液，向上喷射的为砂浆与水玻璃混合的浆液，具有粘度大、凝结时间短的特点，可以有效填充管片背部，并快速产生强度，对管片结构起到固定作用，有效抑制管片上浮，可以依托已有设备进行，不增加注浆成本，浆液利用率高，两台注浆机同时工作，注浆时间短，可实施监控注浆压力，保证注浆质量，请参阅图1、图2和图3：

实施例1：一种隧道掘进过程中的注浆结构，请参阅图1和图2，本发明实施例包括：

自隧道岩层6起向内依次包括岩层6、注浆层和管片层4，管片层4上设有注浆孔，注浆孔向外注浆，所述岩层6表面通过同步注浆形成坚硬外壳，在坚硬外壳与管片层4之间形成注浆层；在每节管片层4顶部α＝30°处设置有连通注浆层的一对y型注浆预留孔2，y型注浆预留孔2有向上和向下喷射浆液的两个管道；y型注浆预留孔2向上喷射a液,所述y型注浆预留孔2向下喷射浆液b液；y型注浆预留孔2活动连接注浆管道，该管道的另一端连接分别注射a液和b液的注浆机；

其中，y型注浆预留孔2的上设置有出浆孔3；出浆孔3出口处与岩土层6之间空隙为中空夹层5。

y字型预留注浆管道上设有分离的入料阀门，分别注入浆液a与浆液b。

向上喷射浆液a液的注浆管道还并联有混料管，在注浆管道和所述混料管上设有阀门，混料管的末端连接水玻璃液液仓，混料管上安装有水玻璃泵。

注浆管道上安装有压力表。

注射浆液a和浆液b的两个注浆机安装于隧道掘进过程中掘进设备的拖车上。

一种使用该注浆结构的注浆方法，具体步骤如下：

(1)同步注浆，在盾构机盾尾连接有喷浆装置，在盾构机掘进过程中同步向岩层6喷射所述浆液a，在岩层6表面形成外壳，浆液a的注入压力为6-8bar之间，注浆量为2立方/环，形成所述坚硬外壳a；

(2)二次注浆，掘进过程中当盾构机掘进到前方5环位置时，开始通过所述y字型预留注浆孔2进行二次注浆，y型注浆预留孔2向上喷射浆液a液,向下喷射浆液b液，a液注浆压力3-4bar之间，注浆量1立方/环，在隧道顶部形成砂浆层b；b液注浆压力2-3bar之间，注浆量3立方/环，在隧道侧面和底部形成砂浆层c。

浆液a如下，其重量份配方为：包括100份水泥：70份粉煤灰：20份膨胀土：150份细砂：50份水玻璃：200份水，混合后，浆液凝结时间为5-10分钟。

浆液b如下，其重量份配方为：包括100份水泥：50份粉煤灰：20份膨胀土：150份细砂：200份水，混合后，初凝时间为3-4小时，终凝时间为7-8小时。

浆液b在注浆前应经过30-60分钟的搅拌。

本实施例中，a液的配合比为水泥：粉煤灰：膨胀土：细砂：水玻璃：水＝100：70：20：150：50：200，经现场取样，该配合比凝结时间为5-10分钟，施工和易性良好，b液的配合比为水泥：粉煤灰：膨胀土：细砂：水＝100：50：20：150：200，经现场取样，该配合比初凝时间为3-4小时，终凝时间为7-8小时，施工和易性良好。

本发明所涉及的工作方法的原理在于，同步注浆过程中向岩土层喷射砂浆加水玻璃，快速凝结形成坚硬外壳，在外壳与管片1间形成注浆层，通过y型注浆孔2向注浆层注浆，向管片1背部注入砂浆加水玻璃，快速凝结产生强度，固定管片1结构，抑制管片1上浮，向管片1侧面和底部注入砂浆，最终形成一圈砂浆层环绕管片1，填补管片层4与岩层6之间的间隙，保护隧道结构。

具体施工中，工艺流程请参阅图三，工作过程如下：

1、同步注浆：盾构机向前掘进，在盾尾周向安装喷浆头，在喷浆头上增加一个三通头连接砂浆注浆机、水玻璃注浆机，周向均匀向岩土层喷射砂浆加水玻璃，在岩土层表面形成坚硬外壳。

2、二次注浆管路连接：利用三通头将y字型预留注浆孔2向上注浆口连接砂浆注浆机、水玻璃注浆机，将y字型预留注浆孔2向下注浆口连接砂浆注浆机。

3、注浆控制：盾构开始掘进时打开球阀开始同步注浆，注入浆液a，注入压力控制在6-8bar之间，注浆量为2立方/环；掘进过程中当盾构机掘进到前方5环位置时，开始通过y字型预留注浆孔2进行二次注浆，y型注浆预留孔2向上喷射浆液a液,向下喷射浆液b液，a液注浆压力控制在3-4bar之间，注浆量1立方/环；b液注浆压力控制在2-3bar之间，注浆量3立方/环。

4、现场配合比试验和注浆记录：通过y字型预留注浆孔2注浆过程中，工程部现场值班工程师旁站指导注浆施工，根据现场实际情况及时调整注浆方量和水玻璃用量，注浆时现场进行配合比试验及时调整水玻璃的掺量，值班工程师根据注浆情况填写注浆记录，并建立管片1注浆情况以及管片1上浮情况统计表，便于日后的分析和总结。

5、注浆效果检查：y字型注浆孔2注浆完成后每间隔5环可进行一次注浆密实度检查，检查方法可选择靠近顶部的管片1注浆孔开孔检查,如果管片1壁后未见砂浆或有流水证明注浆效果未到达要求，可继续进行二次注浆直至饱满为止。

6、管片壁后强制补充注浆：为再次加强管片1背衬的注浆效果，掘进每间隔10环停机进行一次强制补浆，一般选择连接桥后方进行，浆液采用砂浆，直接采用砂浆注浆机进行注浆，若注浆压力大，则停止注入，注浆压力按照0.4mpa控制。

7、注浆孔封孔：通过y字型注浆孔2注浆结束后，要对注浆孔进行封堵。封孔时注入砂浆、水玻璃双液进行封孔，并适当加大水玻璃注入量。

实施例2：一种隧道掘进过程中的注浆结构，请参阅图1和图2，本发明实施例包括：

自隧道岩层6起向内依次包括岩层6、注浆层和管片层4，管片层4上设有注浆孔，注浆孔向外注浆，所述岩层6表面通过同步注浆形成坚硬外壳，在坚硬外壳与管片层4之间形成注浆层；在每节管片层4顶部α＝22.5°处设置有连通注浆层的一对y型注浆预留孔2，y型注浆预留孔2有向上和向下喷射浆液的两个管道；y型注浆预留孔2向上喷射a液,所述y型注浆预留孔2向下喷射浆液b液；y型注浆预留孔2活动连接注浆管道，该管道的另一端连接分别注射a液和b液的注浆机；

其中，y型注浆预留孔2的上设置有出浆孔3；出浆孔3出口处与岩土层6之间空隙为中空夹层5。

y字型预留注浆管道上设有分离的入料阀门，分别注入浆液a与浆液b。

向上喷射浆液a液的注浆管道还并联有混料管，在注浆管道和所述混料管上设有阀门，混料管的末端连接水玻璃液液仓，混料管上安装有水玻璃泵。

注浆管道上安装有压力表。

注射浆液a和浆液b的两个注浆机安装于隧道掘进过程中掘进设备的拖车上。

一种使用该注浆结构的注浆方法，具体步骤如下：

(1)同步注浆，在盾构机盾尾连接有喷浆装置，在盾构机掘进过程中同步向岩层6喷射所述浆液a，在岩层6表面形成外壳，浆液a的注入压力为6-8bar之间，注浆量为2立方/环，形成所述坚硬外壳a；

(2)二次注浆，掘进过程中当盾构机掘进到前方5环位置时，开始通过所述y字型预留注浆孔2进行二次注浆，y型注浆预留孔2向上喷射浆液a液,向下喷射浆液b液，a液注浆压力3-4bar之间，注浆量1立方/环，在隧道顶部形成砂浆层b；b液注浆压力2-3bar之间，注浆量3立方/环，在隧道侧面和底部形成砂浆层c。

浆液a如下，其重量份配方为：包括100份水泥：70份粉煤灰：20份膨胀土：150份细砂：50份水玻璃：200份水，混合后，浆液凝结时间为5-10分钟。

浆液b如下，其重量份配方为：包括100份水泥：50份粉煤灰：20份膨胀土：150份细砂：200份水，混合后，初凝时间为3-4小时，终凝时间为7-8小时。

浆液b在注浆前应经过30-60分钟的搅拌。

本实施例中，a液的配合比为水泥：粉煤灰：膨胀土：细砂：水玻璃：水＝100：70：20：150：50：200，经现场取样，该配合比凝结时间为5-10分钟，施工和易性良好，b液的配合比为水泥：粉煤灰：膨胀土：细砂：水＝100：50：20：150：200，经现场取样，该配合比初凝时间为3-4小时，终凝时间为7-8小时，施工和易性良好。

经注浆效果检查，发现注浆效果良好，管片1背部浆液充实，管片1无上浮现象。

实施例3：一种隧道掘进过程中的注浆结构，请参阅图1和图2，本发明实施例包括：

自隧道岩层6起向内依次包括岩层6、注浆层和管片层4，管片层4上设有注浆孔，注浆孔向外注浆，所述岩层6表面通过同步注浆形成坚硬外壳，在坚硬外壳与管片层4之间形成注浆层；在每节管片层4顶部α＝45°处设置有连通注浆层的一对y型注浆预留孔2，y型注浆预留孔2有向上和向下喷射浆液的两个管道；y型注浆预留孔2向上喷射a液,所述y型注浆预留孔2向下喷射浆液b液；y型注浆预留孔2活动连接注浆管道，该管道的另一端连接分别注射a液和b液的注浆机；

其中，y型注浆预留孔2的上设置有出浆孔3；出浆孔3出口处与岩土层6之间空隙为中空夹层5。

y字型预留注浆管道上设有分离的入料阀门，分别注入浆液a与浆液b。

向上喷射浆液a液的注浆管道还并联有混料管，在注浆管道和所述混料管上设有阀门，混料管的末端连接水玻璃液液仓，混料管上安装有水玻璃泵。

注浆管道上安装有压力表。

注射浆液a和浆液b的两个注浆机安装于隧道掘进过程中掘进设备的拖车上。

一种使用该注浆结构的注浆方法，具体步骤如下：

(1)同步注浆，在盾构机盾尾连接有喷浆装置，在盾构机掘进过程中同步向岩层6喷射所述浆液a，在岩层6表面形成外壳，浆液a的注入压力为6-8bar之间，注浆量为2立方/环，形成所述坚硬外壳a；

(2)二次注浆，掘进过程中当盾构机掘进到前方5环位置时，开始通过所述y字型预留注浆孔进行二次注浆，y型注浆预留孔2向上喷射浆液a液,向下喷射浆液b液，a液注浆压力3-4bar之间，注浆量1立方/环，在隧道顶部形成砂浆层b；b液注浆压力2-3bar之间，注浆量3立方/环，在隧道侧面和底部形成砂浆层c。

浆液a如下，其重量份配方为：包括100份水泥：70份粉煤灰：20份膨胀土：150份细砂：50份水玻璃：200份水，混合后，浆液凝结时间为5-10分钟。

浆液b如下，其重量份配方为：包括100份水泥：50份粉煤灰：20份膨胀土：150份细砂：200份水，混合后，初凝时间为3-4小时，终凝时间为7-8小时。

浆液b在注浆前应经过30-60分钟的搅拌。

本实施例中，a液的配合比为水泥：粉煤灰：膨胀土：细砂：水玻璃：水＝100：70：20：150：50：200，经现场取样，该配合比凝结时间为5-10分钟，施工和易性良好，b液的配合比为水泥：粉煤灰：膨胀土：细砂：水＝100：50：20：150：200，经现场取样，该配合比初凝时间为3-4小时，终凝时间为7-8小时，施工和易性良好。

经注浆效果检查，发现注浆效果良好，管片1背部浆液充实，管片1无上浮现象。

虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。