盾構(gòu)注漿系統(tǒng)及配套設(shè)備改造方案

1、上海軌道交通13號線1b標(biāo)華江路站金沙江西路區(qū)間土建工程新型單液漿壓注系統(tǒng)及配套設(shè)備改造方案編制： 審核： 中鐵十九局集團(tuán)上海軌道交通13號線工程項目經(jīng)理部shanghai metro line no. 13 project management team年 月 日地鐵盾構(gòu)施工厚漿技術(shù)要求一性能要求1.良好的長期穩(wěn)定性及流動性，適當(dāng)?shù)某跄龝r間，以適應(yīng)盾構(gòu)施工以及遠(yuǎn)距離輸送的要求；2.良好的充填性能；3.在滿足注漿施工的前提下，盡可能早地獲得高于地層的早期強度；4.在地下水環(huán)境中不易產(chǎn)生稀釋現(xiàn)象，具備抗地下水稀釋 分散性能；5.固結(jié)后體積收縮小，泌水率??；6.原料來源豐富，經(jīng)濟(jì)，施工管理方便。并

2、能滿足施工自動化技術(shù)要求；二基準(zhǔn)配合比 編號砂（kg)粉煤灰(kg)膨潤土(kg)石灰(kg)添加劑(sk-6)(kg)水(kg)118030050803285800400501003340三原材料要求材料名稱性能要求水泥p.o42.5普通硅酸鹽水泥石灰消石灰，氫氧化鈣含量85%,320目篩余量0.5%粉煤灰級或級，細(xì)度（0.045mm方孔篩篩余)不大于2045%細(xì)骨料河砂，細(xì)度模數(shù)1.82.2，含泥量20h,水解度30%注:1)添加劑（sk-6)指定由上海隧道公司生產(chǎn)。2)細(xì)骨料必須嚴(yán)格選用中細(xì)沙，嚴(yán)禁使用粉細(xì)砂進(jìn)行拌漿。3)膨潤土應(yīng)選用鈉基膨潤土。四漿液性能指標(biāo)性能指標(biāo)要求滲透性1.80g

3、/cm塌落度1216cm落度經(jīng)時變化5cm(20h)屈服強度20h,800pa壓力失水20ml泌水率5%分層度0.15mpa;r281.0mpa五. 盾構(gòu)注漿系統(tǒng)及配套設(shè)備改造方案1.方案的提出為了響應(yīng)申通集團(tuán)的號召，滿足盾構(gòu)注漿采用“原漿”的要求，我單位準(zhǔn)備對四臺小松盾構(gòu)的注漿系統(tǒng)及配套設(shè)備進(jìn)行改造。2.同步注漿用新型單液漿材料及其性能2.1同步注漿用新型單液漿漿液的性能（見表1) 表1漿液基本性能性能指標(biāo)要求滲透性1.80g/cm塌落度1216cm塌落度經(jīng)時變化5cm(20h)屈服強度20h,800pa壓力失水20ml泌水率5%分層度0.15mpa;r281.0mpa2.2 同步注漿用新型

4、單液漿漿液材料由石灰、粉煤灰、膨潤土、中細(xì)砂、水、外摻劑等攪拌而成（見表2) 表2 新型單漿液組成原材料材料名稱性能要求水泥p.o42.5普通硅酸鹽水泥石灰消石灰，氫氧化鈣含量85%,320目篩余量0.5%粉煤灰級或級，細(xì)度（0.045mm方孔篩篩余)不大于2045%中細(xì)砂河砂，細(xì)度模數(shù)1.82.2，含泥量20h,水解度30%2.3 同步注漿用新型單液漿漿液實驗配合比(見表3)表3 漿液原材料實驗配合比（kg/m3) 編號 砂（kg)粉煤灰(kg)膨潤土(kg)石灰(kg)添加劑(sk-6)(kg)水(kg)118030050803285 800400501003340 3 工程用漿計算 上海

5、地鐵隧道目前采用幅寬為1.2m的預(yù)制混凝土管片，則盾構(gòu) 機(jī)每推進(jìn)一環(huán)的建筑空隙為：lna(d2-d2)/41.80m3 式中：l-混凝土管片幅寬m n-注漿點數(shù)量4處 a-注漿點外包管烏龜殼橫截面面面積m2d-盾構(gòu)外徑6.34m d-管片外徑6.2m如注漿率按建筑空隙的150%200%考慮，每環(huán)管片需供漿 2.7m33.6m3.已知盾構(gòu)的推進(jìn)速度為60mm/min,推進(jìn)加管片拼裝的作業(yè)率 為1環(huán)/小時，考慮到上下行兩條隧道同時施工，因此涉及改造方案中的地面供漿設(shè)備需按8m3/h考慮。而單臺盾構(gòu)機(jī)須在 20min內(nèi)推完1環(huán)，相關(guān)設(shè)備應(yīng)按12m3/h來計算。4 改造方案4.1 自制攪拌方案攪拌設(shè)備

6、容量為4m3,形式采用小松盾構(gòu)漿筒的臥軸布置方案，漿 筒占地面積5m2,總高度1m,沿工作井端頭布置，拌制后的漿液由電動球閥控制，通過輸送管到達(dá)井下，攪拌設(shè)備安放在面積不小于30m2的密閉房內(nèi)，采用電機(jī)驅(qū)動，電機(jī)的型號為y200l2-6,減速機(jī)的型號為bwd17-35-22,配料采用電子稱量的方式，注水管路上加裝電子計量裝置。 4.2 新型單液漿轉(zhuǎn)駁系統(tǒng)改造我單位漿液轉(zhuǎn)駁泵已采用擠壓泵，電瓶車漿液箱底部出料具體的國產(chǎn)擠壓泵技術(shù)指標(biāo)（見表4)表4 國產(chǎn)擠壓泵技術(shù)性能排量35m3/h額定壓力1.5mpa擠壓管內(nèi)徑102mm泵轉(zhuǎn)速40r/min輸送介質(zhì)最大粒徑10mm最大吸程6m電機(jī)功率37kw重量

7、1500kg4.3 盾構(gòu)機(jī)注漿系統(tǒng)改造4.3.1 注漿泵a)泵送出口處的壓力應(yīng)控制在略微大于隧道周邊的水土壓力，根據(jù)隧道外部水土壓力及現(xiàn)場泵送出的注漿管沿程損失，計算得出施工時的同步注漿壓力，擬定控制在0.51.0mpa.施工時采用以注漿為主，注漿壓力為輔的措施進(jìn)行推進(jìn)時的注漿操作，實際注漿施工參數(shù)還可以根據(jù)地層變形監(jiān)測數(shù)據(jù)和推進(jìn)段隧道埋置深度及時進(jìn)行合理的調(diào)整。b)因此本方案采用適應(yīng)輸送新型單液漿的德國schwing泵替換原盾構(gòu)機(jī)配置的日本pa-30c或msp-702等其它類型的注漿泵，schwing泵最大可調(diào)輸出為12m3/h,如按盾構(gòu)推進(jìn)速度60mm/min計算，每環(huán)管片的注漿時間在20

8、min內(nèi)，就可以滿足施工要求。德國schwing泵技術(shù)性能（見表5)表5 德國schwing注漿泵技術(shù)性能型號ksp12-2d-2st-sv制造商德國schwing泵送缸數(shù)量 (只)2泵送缸沖程長度 （mm)500泵送缸直徑 (mm)180泵送缸單缸容積 (l)12最大輸出量時沖程 （ 次/min)28.73最大可調(diào)輸出 (m3/h)26最大理論輸送壓力 (bar)60最大可調(diào)輸出時連續(xù)工作壓力 (bar)30功率 (kw)30出料口通徑 (mm)100入料口通徑 (mm)150監(jiān)控裝置帶4路監(jiān)測和報告4點注漿壓力系統(tǒng)，報警系統(tǒng)連接4-20ma壓力傳感器，通過沖程計數(shù)器提供泵的輸出信息。 4.

9、3.2 同步注漿系統(tǒng)控制方案改造4.3.2.1 用schwing泵的兩個獨立柱塞泵，每個泵出口對應(yīng)兩個注漿點，由氣動球閥控制每個注漿點開閉，可實現(xiàn)逐點或多點連續(xù)注漿；4.3.2.2 為使盾構(gòu)推進(jìn)每環(huán)同步注漿量與設(shè)定方量自動保持一致，并且均勻分布，必須設(shè)計合理的同步注漿計量控制系統(tǒng)，主要要求如下：（1)注漿量的積算以柱塞泵容積往復(fù)次數(shù)積算方法得出。 (2) 采用閉環(huán)控制的分段注漿滿足均勻注漿控制要求 同步注漿系統(tǒng)應(yīng)盡可能將每環(huán)設(shè)定注漿量漿液平均的分配在1200mm掘進(jìn)距離上。原有盾構(gòu)注漿控制系統(tǒng)大多為開環(huán)人工控制，沒有采用自動計量數(shù)據(jù)作為注出速度控制的反饋信號，這類系統(tǒng)分為定速注漿和調(diào)速注漿兩種

10、類型：定速注漿系統(tǒng)通過人工開關(guān)注漿泵控制漿液分布和漿量；調(diào)速注漿系統(tǒng)通過人工調(diào)節(jié)注漿泵速度和開關(guān)控制漿液分布和漿量。調(diào)速注漿系統(tǒng)由于可以控制注漿泵注出速度，具有較好的理論注漿均勻性，但是這兩種系統(tǒng)因為缺乏自動化閉環(huán)控制，其效果很大程度上取決于操作人員的技術(shù)和素質(zhì)。因此，同步注漿質(zhì)量控制的要點主要是：1、準(zhǔn)確可靠的注漿量檢測系統(tǒng)；2、自動化的可閉環(huán)控制系統(tǒng)。由于采用柱塞泵容積往復(fù)次數(shù)積算方法取得的注漿量和注漿速度有一定的滯后性，存在累加跳變，若采用傳統(tǒng)的推進(jìn)速度-注漿速度控制模型，并將計算注漿量作為反饋參與控制將會產(chǎn)生很大的調(diào)節(jié)波動，無法滿足均勻注漿的要求。因此，通過優(yōu)化推進(jìn)速度-注漿速度控制模

11、型，將1200mm掘進(jìn)行程分為每100mm一段的區(qū)間，通過計算控制每一區(qū)的注漿量，并以已完成的分段實際注漿量反饋修正，近似的完成均勻分布的要求，分段長度可根據(jù)實際需要調(diào)整，分段長度越短，注漿量分布趨于均勻，誤差趨于增大。通過結(jié)合盾構(gòu)珠江口結(jié)構(gòu)和漿液流動性指標(biāo)合理設(shè)置分段大小，即可控制注漿精度和均勻度。 （3)分段區(qū)間內(nèi)的注漿速度控制，采用變頻或液壓變量調(diào)節(jié)的方法控制注漿泵速度，同時由于分段調(diào)節(jié)已經(jīng)有效保障了注漿的均勻性，為提高可靠性和簡化控制系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)試難度，將注漿泵設(shè)定為3段速度調(diào)節(jié)，分別為最大速度的50%、80%、100%，該速度與推進(jìn)速度實際值匹配，通過調(diào)試后設(shè)定。4.3.3 同步注漿

12、清洗切換裝置改造a) 如停機(jī)時間較長，則可用膨潤土漿通過schwing泵直接置換留在注漿管路中的漿液，取代原水力沖洗的方式；b)相應(yīng)取消原盾構(gòu)機(jī)的同步注漿清洗切換裝置；c) 盾構(gòu)機(jī)各注漿點增設(shè)1條通徑不小于50mm的備用漿管并配置球閥及堵頭，應(yīng)急使用時，要求堵頭可在注漿壓力的作用下脫離；d) 改造時可相應(yīng)縮小尾處注漿包管烏龜殼的體積尺寸。4.3.4 同步注漿攪拌系統(tǒng)及所在車架改造a) 改造后攪拌箱的容積應(yīng)5m3，強度和剛度應(yīng)滿足使用要求，其內(nèi)容包括箱體壁厚、攪拌軸兩端支承形式及密封結(jié)構(gòu)設(shè)計；b)根據(jù)攪拌新型單液漿的要求，確定攪拌軸的轉(zhuǎn)速及扭矩范圍，改造時相應(yīng)加大攪拌軸的直徑，增加攪拌葉片的剛度，匹配攪拌機(jī)液壓泵、液壓馬達(dá)及電動機(jī)的液壓參數(shù)和驅(qū)動功率；c) 為方