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 ）180180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 ）100150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①、当浆管堵塞时启用备用浆管注浆。
对注浆管的日常维修及保养不影响正常盾构推进。
②、双泵分流注浆，双泵分别管控1、4号及2、3号注浆管，可实现不同注浆压力及注浆方量。
③、增大浆液吸浆口尺寸，改善泵送时浆液进泵量，当需要注入粘稠度较大的浆液时可轻松注入管道内。
3 搅拌设备及水平运输设备基于新型改良型浆液（准厚浆）比重大、粘稠度大的特性，早期引进盾构机上配置的同步注浆系统及配套设备仅适用于双液浆或其他薄浆，已远远不能满足施工的要求，故需对浆液的拌制系统、储运系统等配套系统进行相应的改造，以使其能适应新型改良型浆液的注浆需求。
（1）、浆液拌制系统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JS750型自动拌浆设备，该设备可实现自动筛选、运料、拌制、泵送，按比例添加浆液所需各种骨料及水，并精确控制搅拌时间，对各种原料进行充分搅拌，从而大大节省劳动力，提工作效率。
表4 JS750 厚浆搅拌站技术参数表（2）、水平运输系统施工单位投入2列25t直流牵引电瓶机车作为盾构施工时的水平运输系统，均为5节编组，一列为“3+2”模式即三节土箱、两节管片，另一列为“2+2+1”模式即两节土箱、两节管片、一节浆箱。
图5 同步注浆流程简图4、储浆罐（1）、由于自动拌浆系统每次出料容量为0.75m3,为保证浆液具有较好的流动性，在自动搅拌站下部布置一台6m3储浆罐，用于储存自动拌站生产的浆液；（2）、储浆罐电机功率为11kw，配备搅拌叶和变速器，同时配备PA30螺杆泵将浆液输送至浆车上。
5、转驳泵由于新型改良型浆液具有比重大、粘度稠的特性，原有的适应于薄浆及可硬性浆液的水平运输系统已无法满足施工的需要，需对转驳泵及电瓶车浆料箱进行改造，转驳泵拟采用国产JYB-11KW-1型挤压泵。
转驳泵的相关性能指标见表5。
表5 转驳泵性能表型号JYB-11KW-1最大理论流量（m3/min）0.8流量调整范围0~6档公称通径（mm）75功率(kw) 116、电瓶车料浆箱（1）、由于采用卧式JYB-11KW-1型挤压泵作为转驳泵，其进料口接近机架底部，浆料箱高度作相应调整；（2）、电瓶车浆箱容量为4m3,并配置功率为15KW的搅拌系统；图6 电瓶车料浆箱及挤压泵7、总结（1）、德国施维英注浆泵的吐出侧的阀采用弯曲式，且进浆管方向上部直接向下，方便了内部检查和清扫保养，大大节约了维修清理时间；（2）、德国施维英注浆泵同步注浆管在堵塞时可切换至备用注浆管，有效的防止盾构停机清洗管路的现象；（3）、同步注浆管“乌机壳”厚度减小为8cm，降低盾构机进洞时风险；（4）、同步注浆浆液采用准厚浆，坍落度控制在25cm～26cm之间，初凝时间长，流动性和保水性好，可完全适应盾构同步注浆系统。
同步注浆浆液在拌制过程中水应分三次加入，防止膨润土水化不充分形成疙瘩，影响浆液质量。
（5）、鉴于准厚浆的粘稠度较大，储浆罐、转驳浆箱、台车浆箱使用一段时间后，会在浆箱的四壁凝结成较厚的硬块。
一旦硬块脱落入浆液，对转驳泵和同步注浆泵的损害较大，同时影响浆液注入。
建议每班交班对浆箱用水清洗，每5天对浆箱进行彻底清理。
（6）、准厚浆配比中黄砂的掺入量较大，该浆液遇水易沉淀，同步注浆管路采用清水冲洗容易，浆液容易在管壁上沉淀结块，一段时间后会淤积堵塞，影响浆液注入。
建议采用膨润土浆液冲洗管路。
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