盾构机同步注浆系统改造研究

盾构机同步注浆系统改造研究

张勇

（中铁十七局集团上海轨道交通工程有限公司）摘要：以苏州轨道交通2号线盾构施工同步注浆采用“准厚浆”为依托，为安全穿越标段大量房屋建筑群，着力对同步注浆系统进行了升级改造，采用德国施维英注浆泵替换原有的注浆泵，取消原有的清洗管路，增加一路注浆备用管路。通过对注浆系统的改造升级，确保了“厚浆”注入的时效性。

关键词：苏州地铁；盾构隧道；清洗管路；施维英注浆泵准厚浆；

1 引言

苏州地区为太湖冲积平原区，属典型的软土地质，其最大的特点是砂质富水。特殊的水文地质条件对盾构施工时的地面沉降控制和后期运营期间隧道沉降控制都带来了极大的挑战。如具有类似地质条件的上海一号线自1995年4月正式建成投入运营以来最大累计沉降量超过20cm，年度最大差异沉降量可达3cm。采用新型改良性浆液（准厚浆）作为同步注浆浆液的优点比较显著，该浆液的各项性能指标比较均衡，尤其是在富水砂质地层中应用时的优势更加明显，有取代传统双液浆、惰性浆或其他薄浆的趋势。

新研制的“准厚浆”具有良好的长期稳定性、良好的填充性能、固结体积收缩小等优点，同时该浆液粘稠度较高、流动性相对较差、注浆设备条件要求高等特点，为了满足新型改良型浆液的拌制要求，确保盾构掘进过程提供充足优质的同步注浆浆液，施工单位采用了德国进口的施维英注浆泵进行注浆，规避了注浆时存在的易堵管、排查难度大、清洗时间长等众多难题。

2 同步注浆系统的优化改造

（1）、注浆泵

原日本小松TM634PMX盾构机同步注浆泵为PA30C泵，根据苏州2号线盾构的施工要求，原来的PA30C无法满足施工要求。施工单位在新购置盾构机上将同步注浆泵更改为德国施维英泵。该泵同PA30C泵的性能对比表及优缺点对比见表1、2。

表1 日本PA-30C与德国施维英注浆泵的技术性能对照表

序号

PA-30C 德国施维英

泵送缸数量（只） 1 2 泵送冲程长度（mm ） 500 500 泵送缸直径（mm ）

180

180

最大输出量时冲程（次/min ） 8.25（伸缩式，85％泵缸充

满）

2×8.73（挤压式，90％泵缸充

满）

最大可调输出浆量 (m3/h) 12.78 12 最大理论输送压力（bar ） 55 60 最大可调输出时连续工作压力 （bar ） 30 30 功率 (kw) 30 2×18.5 出口料通径（mm ） 100 100 入口料通径 （mm ）

100

150

监控装置

带4路监测和报告4点注浆压力系统，报警系统连接压力传感器，通过冲程计数器提供泵的输送信息

带4路监测和报告4点注浆压力系统，报警系统连接压力传感器，通过冲程计数器提供泵的输送信息

表2 日本PA-30C 与德国施维英注浆泵的优缺点对照表

序号 日本PA-30C

德国施维英

1

两个进管球阀，两个出口球阀，易造成堵塞，盾构司机不易察觉，注浆压力变小，清理程序繁琐，清理时间长（约4个小时）；

吐出侧的阀为弯曲式，便于进行内部检查和

清扫保养，维修约20分钟；

2

注浆箱到注浆泵的进浆管为弯曲式，且

入料口直径较小（10cm ），容易堵浆；

注浆箱到注浆泵的进浆管方向上部直接向

下，且入料口直径变大变粗（15cm ），不易堵

浆；

3 柱塞泵的活动模式为活塞式，活塞泵伸

缩时均进行注浆，吐出压力变小；

柱塞泵的活动模式为单挤压式，在缩回同时

浆液被吸到泵体，再由泵挤压至浆管，泵吐

出压力变大，针对厚浆效果明显；

4

一台注浆泵，只有一个独立控制吐出量的出口； 有两台注浆泵，有两个独立控制吐出量的出口，功率增倍；

图1日本PA30C 同步注浆泵 图2 德国施维英同步注浆泵

出口球阀阀体 进浆球阀阀体，易堵塞，拆卸困难，维修时间长

下料口细长，

弯曲，易堵管

下料口变粗变短

弯曲式吐出阀，维修时可

轻松拆卸，仅需20分钟。

压浆出口

柱塞泵

由金属更改为橡胶管，泵在

回缩时可将浆液吸入到泵体

（2）、注浆管路

①、在盾尾注浆壳内增加两路通径为85mm 备用注浆管，防止浆液堵管而造成停机。

②、将注浆小平台上的出浆口由原来的一出四改为二出二，增大了浆液注入量控制和压力控制的灵活性。

③、增大浆液吸浆口尺寸，利于粘 稠度大的浆液吸入。 ④、全新的PLC 程序，以满足新同步注浆系统的操作需求。 新老盾构机注浆管路的优缺点对比见表3。

图3 老盾构机同步注浆管路 图4改造后的同步注浆管 表3 日本PA-30C 与德国施维英注浆泵注浆管的优缺点对照表

序号 日本PA-30C

德国施维英

1 每个盾尾注浆管配有清洗回路，但浆管堵塞时盾构机盾构机必须停止推进修理注浆管；反之则易造成注浆不均匀； 每个盾尾注浆管配有备用注浆管，浆管堵塞时刻切换至备用浆管；

2 注浆管“乌机壳”厚度为12cm ，盾构进出洞时易造成翻板损坏；

注浆管“乌机壳”厚度为8cm ，降低盾构进出洞时风险；

3

一个注浆主管分四路注浆分管，注浆压力及流量统一设定；

两个注浆主管各分两个注浆分管，注浆压力及流量可分别设定；

（3）、同步注浆清洗系统

①、如停机时间较长，采用膨润土浆通过施维英泵直接置换残留在注浆管路中的浆液，取代原水力冲洗方式；

②、各注浆点增设2路通径为85mm 的备用浆管并配置球阀及堵头，应急使用时，堵头可在注浆压力下脱离；

③、盾尾处注浆包管乌龟壳的体积尺寸相应缩小。 （4）、新同步注浆系统的优点

注浆管

注浆管清洗回路

注浆管

备用注浆管