¿La aplicación y el desarrollo de la tecnología de refuerzo por pulverización por chorro horizontal en el país y en el extranjero?
La tecnología de inyección vertical se ha utilizado con éxito en diversas condiciones estratigráficas (como arcilla, arena, limo, arena con guijarros, suelo de morrena, loess, suelo de humus, suelo de turba, etc.) , anti-filtración y detención de agua. ) y mostrar sus ventajas. En algunas condiciones, la perforación vertical no es posible o adecuada, pero se requiere inyección de lechada a alta presión, por lo que es natural pensar en perforación horizontal o inclinada. Japón e Italia fueron los primeros países en investigar y desarrollar la tecnología de inyección horizontal. En 1983, la empresa italiana RODIO aplicó por primera vez la tecnología de inyección de lechada horizontal al soporte avanzado de túneles. Estados Unidos comenzó a utilizar esta tecnología en la década de 1980 y se utilizó por primera vez en América del Sur en 1987.
La aplicación del jet grouting en perforación horizontal está estrechamente relacionada con el desarrollo de la tecnología de construcción de túneles. La construcción de estructuras subterráneas en estratos débiles con capas delgadas enfrenta serios problemas tales como la inestabilidad de los estratos y el fácil colapso y hundimiento del terreno. El exitoso desarrollo del jet grouting a alta presión ha llevado a los círculos técnicos y de ingeniería a pensar en utilizarlo para mejorar la estabilidad de las rocas que rodean los túneles. El jet grout alrededor del túnel a partir de perforaciones verticales en el suelo tiene desventajas como una profundidad de perforación excesiva, dificultad para garantizar la precisión de la perforación y superposición entre los cuerpos consolidados. Además, controlado por la fuerza de unión y la resistencia al corte entre cuerpos consolidados, el rango de refuerzo es relativamente grande.
Por lo tanto, la gente piensa naturalmente en utilizar perforación horizontal para lograr el jet grouting.
2 Generaciones de métodos de Jet Grouting en Japón
2.1 Método de construcción CCP-H
Este método es la base del Jet Grouting de tubería única en Japón en el principios de los años 1980 Desarrollado en el mercado, se utiliza especialmente para la perforación horizontal. Se trata de colocar una broca de expansión en el extremo posterior del tubo de lechada para mejorar el daño al suelo. La broca de expansión se retrae dentro de la ranura de la tubería de perforación al perforar y cuando se retrae, se expande automáticamente debido a la resistencia y comienza a girar y rociar. Antes de rociar con chorro, revuelva la capa de tierra para asegurar y expandir el diámetro del barril de rociado con chorro horizontal. Para acelerar la consolidación del lodo y las partículas del suelo, agregue cantidades adecuadas de aceleradores y endurecedores al lodo. La Primera Oficina de Ingeniería de Ferrocarriles de Japón realizó pruebas y construcción utilizando este método.
2.2 Método de construcción RJFP
Con el desarrollo continuo de la tecnología de inyección de lechada, Japón propuso el método de construcción RJFP [1] (Figura 1). Este método puede insertar barras de acero o tubos de acero en el cuerpo solidificado formado mediante pulverización rotativa en el borde exterior del arco del túnel, de modo que el cobertizo del arco solidificado formado tenga tanto resistencia a la compresión transversal como resistencia a la flexión longitudinal. Construyeron con éxito decenas de túneles utilizando este método. Por lo general, este método sólo refuerza el arco del túnel, de modo que los pilotes de jet grouting se superponen entre sí para formar un arco. La longitud de perforación es de 13 m, la longitud de chorro de chorro es de 11 m y cada cobertizo se superpone 1 m. La presión de inyección utilizada en estos túneles es de aproximadamente 40 MPa, el diámetro del cuerpo consolidado es de 60 a 70 cm y la resistencia a la compresión uniaxial del cuerpo consolidado con chorro de chorro es de 3,5 a 8,0 MPa
Método de construcción de 2,3 MJS
El método de construcción MJS es la abreviatura de "tecnología integral de inyección de alta presión". La característica más importante de este método es que tiene un mecanismo de descarga de lodo. Esto fue desarrollado para resolver el problema del exceso de lodo que se derrama por los orificios del método general de inyección de lechada y contamina el ambiente de trabajo. A medida que aumenta la profundidad del orificio de inyección, aumenta la dificultad de descarga de la lechada y disminuyen los efectos de pulverización y agitación. Configure el dispositivo MJS en el monitor. Este dispositivo es un puerto de succión de descarga de lodo instalado detrás de la boquilla, a través del cual se puede aspirar el lodo y se puede ajustar el volumen de descarga de lodo y la presión sobre la base para aprovechar al máximo la presión de inyección. Este dispositivo se puede utilizar no sólo para inyección vertical a grandes profundidades, sino también para direcciones horizontales e inclinadas. Debido a que la tubería de perforación también está equipada con siete tubos, también se le llama método de pulverización por chorro de siete tubos.
Esta ventaja es que no contamina el sitio y mantiene un buen ambiente de construcción. Sin embargo, el equipo es demasiado complejo, ocupa mucho espacio y es incómodo de transportar.
3 Situación actual del método de inyección de lechada horizontal en Europa y Estados Unidos
Italia es un país montañoso y su tecnología de construcción de ingeniería subterránea y de túneles está relativamente desarrollada en desarrollo y aplicación. de la tecnología de jet grouting horizontal que hay en Europa está liderando el camino.
En la Conferencia Internacional sobre Túneles e Ingeniería Subterránea celebrada en Eslovenia en 1992, los representantes del país resumieron sistemáticamente los métodos de refuerzo de roca que rodean los túneles en el país y en todo el mundo, combinando lechada por chorro de alta presión, lechada estática y métodos de congelación, premecánico. El corte figura como el método básico para el refuerzo de roca circundante de túneles [2]. El método más típico consiste en superponer pilotes de perforación horizontal y de inyección de lechada a lo largo del borde exterior del arco para formar un cobertizo del arco y excavar la sección superior bajo su protección. En la construcción por pasos, para mejorar la resistencia del estrato del pie del arco, se perforan agujeros oblicuamente en ambos lados del túnel y los pilotes de inyección de lechada se insertan en la pared. La Figura 2 muestra un túnel de carretera de dos carriles con un área de sección transversal de 120 m2, una longitud de columna de aspersión de rotor de 13 m, una distancia entre centros de 50 cm, un diámetro de columna de aspersión de rotor de 60 cm y secciones de aspersión de rotor adyacentes. superposición de 3 m.
Se puede ver en la práctica de ingeniería en Italia que los pilotes horizontales de inyección de lechada tienen mejor calidad en suelos arenosos y estratos de arena medio-finos, y la resistencia a la compresión promedio del cuerpo consolidado alcanza 18 ~ 19 MPa, lo que está cerca del concreto de grado C20. Bajo la protección del cobertizo de arco volado con chorro de chorro formado por columnas horizontales superpuestas de chorro de chorro, la medición de la tensión de las nervaduras del arco colocadas durante el proceso de excavación mostró que la tensión era muy pequeña, lo que indica que el cobertizo de arco rociado con chorro de chorro tiene Buena rigidez y puede soportar la presión de la montaña.
El túnel del Tramo 1 del Metro de Bonn en Alemania discurre entre gravas sueltas no consolidadas del Rin y capas irregulares de barro y arena, con una permeabilidad media de 8mm/s, una profundidad media de enterramiento de 3,5m y una tubería de alcantarillado que pasa por la parte superior. Para controlar el hundimiento del suelo y garantizar la seguridad de las tuberías de aguas residuales, se utilizó jet grouting combinado con NATM (Figura 3), y se lograron buenos resultados [3]. La pila de inyección de lechada tiene 12 m de largo, 60 cm de diámetro, 47 cm de centro a centro, 3 m superpuestos y una inclinación de 10 hacia afuera. Cuando la presión del chorro es superior a 40 MPa, la elevación del suelo ha alcanzado 965,438 ± 0 mm, que se reduce a 8 mm después de tomar medidas como reducir la presión y perforar orificios de alivio de presión. El problema del levantamiento del suelo causado por el jet grouting a alta presión ha atraído la atención de la comunidad de ingenieros.
A principios de la década de 1980, la tecnología de inyección de lechada se aplicó por primera vez en los Estados Unidos y logró un éxito. Se usa ampliamente en los Estados Unidos debido a su bajo precio y adaptabilidad universal a una variedad de suelos. Se utilizó inyección de lechada horizontal masiva en los túneles al este del Navy Yard en el Metro de Washington para permitir que el escudo EPB pasara por debajo de las alcantarillas de una estructura de ladrillo y hormigón simple de 18 pies (5486,4 mm) de diámetro construida hace un siglo.
En la construcción del metro de Zúrich, Suiza utilizó por primera vez la tecnología de pulverización por chorro horizontal como apoyo previo [4]. Entre las estaciones St Antoniuskirch y Stadehofen hay un cinturón de morrena suelto y roto. Aunque la sobrecarga es la más delgada de todo el proyecto, no se puede excavar debido a la vía del ferrocarril que se encuentra encima. El accidente de colapso más grave se produjo cuando la excavación mecánica del túnel de intervalo encontró una morrena suelta y rota. Finalmente, se cambió a pulverización de chorro horizontal para presoportar la formación y pasó con éxito a través de la zona de fractura suelta. Antes de la excavación, se colocaron 23 pilotes horizontales de inyección de lechada con una longitud de 16 m y un diámetro de 70 cm en el arco del túnel para formar un arco de soporte. El diámetro de perforación es de 10 cm y la presión de inyección es de 40 a 80 MPa. Una vez que se completa el cobertizo del arco de concreto proyectado y el cuerpo de consolidación está completamente consolidado, se utiliza el método escalonado para la construcción. El metraje del escalón superior es de 1 m y se necesitan 7 días para completar la excavación de una sección de hormigón proyectado. Dos secciones adyacentes de Jet Grouting se superponen 2 m. La pila de inyección de lechada tiene 16 m de largo, lo que supone el registro de datos más largo descubierto hasta el momento.
4 Estado actual del método de inyección de lechada horizontal en China
4.1 Trabajo de investigación del Instituto de Investigación Ferroviaria
Con el fin de promover el desarrollo de la tecnología de inyección de lechada por chorro, Instituto de Investigación Ferroviaria En 1987 se llevaron a cabo experimentos de inyección de lechada horizontal en suelo franco ligero cerca de Ulanhot, Mongolia Interior. Los resultados de las pruebas muestran que bajo una presión de 20 MPa, el diámetro de la columna puede alcanzar los 58 cm, la resistencia del cuerpo consolidado es de 2,8 MPa, el espesor del arco es de 20 a 25 cm y no hay huecos ni columnas rotas. La lechada se inyectó en algunos suelos blandos y en las juntas del suelo bajo la acción de un chorro de alta presión, al igual que las raíces de los árboles, reforzó el suelo hasta cierto punto y logró resultados preliminares.
4.2 Trabajo de investigación del Instituto Ferroviario de Shijiazhuang
Desde 1994, el Instituto Ferroviario de Shijiazhuang ha comenzado a investigar sobre máquinas de pulverización por chorro horizontal y tecnología de pulverización por chorro horizontal. Se realizaron cuatro pruebas de pulverización con chorro horizontal e inclinado y una serie de pruebas en capas gruesas de arcilla arenosa y capas de arena fina suelta, y se obtuvo una gran cantidad de resultados de investigación.
También diseñamos y fabricamos conjuntamente la "Máquina de chorro de perforación horizontal TGD-50" con Xuzhou Engineering Machinery Factory, como se muestra en la Figura 4. Esta máquina se puede utilizar para perforación y inyección con una inclinación vertical de 15. Puede usarse no sólo para soporte avanzado de túneles, sino también para refuerzo de firmes de carreteras y taludes, y como anclajes de suelo para paredes de pozos de cimentación. En febrero de 1998 65438 y en octubre de 1999 65438, se llevó a cabo apoyo avanzado en los estratos de arena eólica en la entrada del túnel Shahramao y en la sección de presión diagonal enterrada a poca profundidad del túnel Songjiaping, lo cual fue un éxito. Los resultados de las pruebas de deformación y presión después de la excavación lo indican. El efecto de refuerzo es bueno, lo que demuestra inicialmente la superioridad de este método de construcción. La aplicación exitosa de la tecnología de refuerzo de inyección horizontal ha llenado el vacío de esta tecnología en China.
5 tendencias de investigación en maquinaria de inyección por chorro horizontal
Las principales máquinas de tecnología de inyección por chorro horizontal incluyen máquinas de inyección por chorro horizontal y bombas de inyección de alta presión.
5.1 Máquina de chorro rotativo horizontal
Las máquinas de chorro rotativo horizontal extranjeras generalmente instalan el mecanismo de perforación y chorro en una plataforma de perforación multifuncional, que puede perforar agujeros tanto horizontales como verticales. Esta plataforma de perforación multifuncional puede realizar una variedad de operaciones y es muy popular entre los usuarios. Las tendencias generales actuales de desarrollo de varios tipos de plataformas de perforación tienen las siguientes características.
5.1.1 Preste atención al uso polivalente de una máquina.
Adoptar un diseño de combinación de bloques de construcción, centrándose en una máquina con múltiples usos. Según las necesidades de diferentes proyectos y diferentes operaciones, los componentes se pueden reemplazar fácilmente para formar modelos de diferentes métodos de construcción. Los equipos de perforación SM-405, SM-400 y SM-103 de la empresa italiana SoilMec se pueden utilizar para pulverización con chorro horizontal. En particular, el equipo de perforación microhidráulico SM-103 puede funcionar en lugares cerrados y estrechos (Figura 5). ), y la profundidad máxima de construcción de la pulverización por chorro puede alcanzar los 9 m. Las series GH, KG, KR, KS y otras de Ingersoll Rand pueden equiparse con equipos de perforación por chorro. La Figura 6 muestra la plataforma de perforación geotécnica KR803-02 de nuestra empresa. Los martinetes de inyección horizontal L6 y PG125 fabricados por la empresa italiana Casalandi se utilizan principalmente para la construcción de túneles. La Figura 7 muestra la operación previa al soporte de una plataforma de perforación horizontal PG125 en un túnel.
5.1.2 adopta transmisión hidráulica completa y control centralizado.
Para garantizar los requisitos de un gran par y una alimentación de carrera larga, se adopta un esquema de configuración de motor variable en el diseño estructural para lograr una potencia constante y un ajuste de par constante. La operación y el control se concentran en la sala de control y las pequeñas plataformas de perforación generalmente tienen una consola móvil fuera de la máquina. La mayor parte del sistema hidráulico está controlado por una válvula proporcional piloto, lo que garantiza la precisión y sensibilidad del control. Al mismo tiempo, el sistema de control está equipado con dispositivos de visualización y dispositivos de monitoreo de instrumentos. Por ejemplo, la sala de control de la plataforma de perforación BG30 de Bao'e Company está equipada con un dispositivo de registro continuo de profundidad; el modelo C48 de Geotechnical Company está equipado con un sensor de presión de concreto; la serie GH de Ingersoll Rand está equipada con un probador de profundidad y precisión, que puede leer la temperatura; Profundidad de perforación y vertical en cualquier momento.
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