同步注漿技術在盾構掘進中的應用

董會芳，張?zhí)炝?/p>

（1. 天津市濱濤混凝土有限公司，天津　300240；2. 山東廣信工程試驗檢測有限公司，山東　濟南　250002）

同步注漿技術在盾構掘進中的應用

董會芳1，張?zhí)炝?

（1. 天津市濱濤混凝土有限公司，天津300240；2. 山東廣信工程試驗檢測有限公司，山東濟南250002）

隨著我國城市地鐵建設的發(fā)展，盾構機得到越來越廣泛的應用。盾構工藝中的同步注漿是盾構工藝中必不可少的，對保障隧道線型、防止隧道偏移、控制地表沉降，保護地表建筑物、提高隧道的抗?jié)B性等具有十分重要的意義。本文作者以長株潭城際鐵路隧道盾構施工為例介紹盾構掘進中的同步注漿技術。

隧道；盾構；同步注漿技術

0　引言

盾構機是在鋼構體的保護下，自動完成隧道掘進、管片拼裝作業(yè)的隧道掘進機。在盾構施工過程中，由于開挖易引起土層損失，導致地面下降，進而會引起隧道的變形問題的發(fā)生。

同步注漿是盾構施工工藝的重要組成部分，在自穩(wěn)差的地層中采用同步注漿，能夠有效地控制地面沉降。注漿質量的好壞直接影響到隧道結構的穩(wěn)定性和地表建筑物的安全，同時也會影響施工的進度。同步注漿的作用在于：（1）控制管片的穩(wěn)定性，提高管片與圍巖的作用力，防止隧道管片偏移；（2）控制地表沉降；（3）預防盾尾水源進入土倉而形成的噴涌；（4）提高隧道的抗?jié)B性；（5）隧道曲線超限修正。

下面以長株潭城際鐵路隧道盾構中的同步注漿為例，介紹同步注漿技術的應用。

1　工程簡介

修建城際鐵路是發(fā)達國家的經驗和未來我國城市交通發(fā)展趨勢。2010 年 6 月啟動建設的長株潭城際鐵路由湖南省與鐵路部門共同籌資建設，連接長沙、株洲、湘潭城市城市群，具有重要的社會意義與經濟意義；對實現(xiàn)長株潭一體化、滿足長株潭城市群未來客運需求起著重要作用。以長沙站為中心，銜接株洲、湘潭、長沙西（雷鋒大道）三個方向，共設車站 21 個，首期工程全長 96km，總投資為 233 億元。

長株潭城際鐵路綜合一標盾構區(qū)隧道設計為雙線圓形隧道，盾構區(qū)間長度為 4839 雙線延米，包括隧道進口—開福寺區(qū)間（長度 1900 雙線延米）和開福寺—濱江新城盾構區(qū)間（長度為 2939 雙線延米），采用盾構施工技術。

2　長株潭城際鐵路盾構中的同步注漿技術應用

同步注漿是管片背后注漿的一種形式，是在盾構機掘進的同時，通過盾構機上的注漿管或管片上的吊裝孔，向管片背后注入漿液，填充管片脫離盾尾時管片與圍巖之間形成的施工間隙，又稱為平行注漿。 在注漿開始之前要進行漿液原材料的選擇和配合比的試驗。

（1）同步注漿的漿液原材料的選用條件：A）不會導致材料的離析，流動性和可灌性良好；B）硬化后的漿液收縮率小；C）具有一定的早期強度；D）具有一定的抗?jié)B性。

目前，壁后注漿的漿液有單液型和雙液型。雙液漿是指由水泥和水拌合而成的 A 液及由水玻璃等組成的 B 液混合而成的漿液。單液型漿液依據漿液的性質分為單液活性注漿液和單液惰性注漿液?；钚詽{液在漿液中摻加了水泥等凝膠物質，具備一定的早期強度和后期強度。惰性漿液中沒有水泥等凝膠物質，是早期強度和后期強度都很低的漿液；單液漿由于其施工工藝簡單，易于控制，且不宜堵管、造價低、漿液擴散均勻等優(yōu)點，廣泛應用于管片背后注漿系統(tǒng)；雙液漿由于工藝復雜，易堵管，但凝結迅速早強，一般用于止水式、補救性注漿。

（2）配合比的試驗。本工程采用單液注漿，注漿配合比要求漿液具有高結石率、結石體強度大，具有防地下水侵蝕的特點；水泥是為漿液提供固結強度和調節(jié)凝結時間的材料；粉煤灰用以改善漿液的和易性、膨潤土有效地減緩了漿液材料的分離，降低了漿液泌水率。漿液的和易性應滿足泵送工藝、以不離析、不沉淀、不堵管為佳；另外，砂量過大易使?jié){液沉淀堵管，粉煤灰、膨潤土的使用，大大改善了漿液的和易性。從理論上講初凝時間越短越好以便約束和穩(wěn)定管片，但初凝時間太短，容易造成管路堵塞。要求漿液的物理力學性能主要指標見表 1。對本標段的工程，初步擬采用單液漿漿液配比，見表 2。

通常，當發(fā)現(xiàn)注漿效果不理想或注漿不足時，應及時采取二次注漿補強措施，二次注漿補強漿液配比應根據現(xiàn)場情況，通過試驗確定。而本標段所采用的二次注漿補強漿液配比，見表 3。

表1　漿液物理力學性能指標

注漿效果的檢查主要是根據壓力—注漿量—時間曲線，結合掘進速度及襯砌，以及地上建筑物的沉降變形量檢測結果進行分析判斷，有時可采用無損檢測方法進行現(xiàn)場檢測注漿效果。

表2　初步單液漿漿液配比

表3　補強注漿配比

一般盾構機的刀盤直徑大于管片的外徑。當管片在盾尾拼裝完成后，盾構機向前行進，管片與土層之間形成建筑空隙。采用漿液材料快速填充此環(huán)形間隙的施工工藝就是同步注漿工藝。同步注漿目的在于防止地層沉降、減少施工危險因素，確保施工安全；保證地層壓力均勻徑向作用于管片、限制管片的位移和變形、防止隧道透水，提高隧道結構的穩(wěn)定性。

注漿壓力是注漿施工技術中主要控制指標。對于自穩(wěn)差的地層，理論上注漿壓力應于開挖面水土壓力平衡。實際上則是注漿壓力略大于開挖面水土壓力。依據本工程的特點，注漿壓力控制在 0.5MPa 左右。

盾構機在掘進的過程中，除排出洞身斷面的土體外，還存在因其他方面的土體流失所造成的空間，如：盾尾管片安裝后形成的空隙、曲線地段推進超挖形成的空隙、盾構機糾偏形成的空隙、盾構機蛇形前進形成的空隙等，這些空隙都需要注漿填充。同步注漿的注漿量由理論計算確定，即盾殼的建筑空隙體積乘以 1.5～2.0 的系數。每環(huán)的同步注漿量計算如下：

其中：

k——注漿率，取 1.5；

D——盾構機切削外徑，mm；

d——管片的外徑，mm；

L——管片的環(huán)寬，mm。

注漿量應依據現(xiàn)場地面沉降監(jiān)測情況進行調整。

注漿速率應與掘進速度相匹配，在盾構機完成一環(huán)掘進的時間內完成當環(huán)的注漿量。依此來確定注漿速度。當注漿壓力達到設計值、注漿量達到設計值的 85% 以上時，可認為達到注漿的質量要求。

同步注漿與盾構機掘進同時進行，同步注漿系統(tǒng)及盾尾內置的注漿管在盾構機向前推進，盾尾空隙形成的同時采用雙泵四管對稱同時注漿，注漿方式可依據需要采用自動控制或手動控制。自動控制即預先設定注漿壓力，由控制程序自動調整注漿速度。當注漿壓力達到設定值時，自行停止注漿。手動控制式則由人工根據掘進情況隨時調整注漿量、速度、壓力等參數。為預防施工中注漿管堵塞而影響進度，要預留備用注漿管。

3　同步注漿質量要注意的關鍵點

（1）為保證注漿過程的質量，應該在注漿前，組織相關人員制定詳細的注漿作業(yè)指導書，并進行漿液類型的選擇以及漿液配合比的試驗。確保試驗室所做的漿液配合比的物理力學性能指標滿足設計要求。（2）制定周密、詳細的注漿施工組織方案，施工工藝流程和工作程序。按照工藝流程和工作程序，詳細記錄注漿壓力、注漿量及注漿時間，并及時繪制壓力—注漿量—時間曲線。分析注漿速度與掘進速度的關系，指導注漿施工。（3）由經驗豐富的注漿專業(yè)工程師負責成立注漿施工小組。（4）依據現(xiàn)場實際情況，以及洞內管片襯砌的變形量、地表建筑物的沉降觀測量及時進行信息反饋，修正注漿參數，及時處理現(xiàn)場突發(fā)情況。（5）維護保養(yǎng)好注漿所用設備并保證材料的供應，確保注漿的順利進行。

基于以上五點注漿建議，再佐以有效的施工保證措施和現(xiàn)場各方面的有力配合，就可以有效地保證同步注漿過程的施工質量。

4　結束語

同步注漿技術是盾構施工中必不可缺的關鍵性輔助工序，是控制地表建筑物沉降、防止隧道變形的關鍵。在長株潭城際鐵路隧道盾構中，區(qū)間隧道在江底最小埋深僅為 11米，個別地段地質條件較差，存在軟硬不均地層和不整合接觸帶，地層透水性較強，依據地表情況和實際地層情況，采用了單液漿同步灌漿技術，經過試驗和現(xiàn)場實際及時調整注漿填充率，較好的填充了地層、有效地控制了地表沉降，取得了預期效果。

［通訊地址］天津市河北區(qū)建昌道 59 號（300240）

董會芳，女，高級工程師，1998 年畢業(yè)于天津城市建設學院，學歷本科，建筑材料科學與工程專業(yè)。2011級在職研究生，天津城建大學，建筑與土木工程專業(yè)領域。