淺析盾構(gòu)法隧道二次注漿技術(shù)
——以金陵石化南京長(zhǎng)江盾構(gòu)工程為例

常喜平，劉小林，王 樂，寇辰旭

中國石油管道局工程有限公司第四分公司，河北 廊坊

1. 工程概況

中國石油管道局EPC (engineering procurement construction)總承包的金陵石化物料管道穿江工程——南京長(zhǎng)江盾構(gòu)工程位于江蘇省南京市境內(nèi)，在六合區(qū)玉帶鎮(zhèn)玉帶村與棲霞區(qū)甘家巷金陵石化廠區(qū)內(nèi)之間穿越長(zhǎng)江。隧道全長(zhǎng)2000 m，內(nèi)徑3.08 m，最高水壓達(dá)6.5 bar (1 bar = 0.1 MPa)，穿越地層主要為粉細(xì)砂巖層。隧道成型后需要對(duì)隧道管片背部進(jìn)行二次補(bǔ)漿，填充殘留空隙，防止管片沉降和地表沉降。南京長(zhǎng)江盾構(gòu)工程項(xiàng)目組總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)，成功應(yīng)用二次注漿技術(shù)確保了隧道整體質(zhì)量達(dá)標(biāo)，為今后類似工程提供了借鑒。

2. 二次注漿適用范圍及作用

在同步注漿填充不足、管片滲漏水、地面變形過大、通過建筑物或有特殊要求的重要地段，根據(jù)地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、地質(zhì)雷達(dá)探查或其他要求，在同步注漿未能達(dá)到效果時(shí)需進(jìn)行二次注漿[1]。

二次注漿采用后方注漿方式，即在管片壁上預(yù)留的注漿孔進(jìn)行壁后注漿[2]。二次注漿主要是彌補(bǔ)同步注漿的不足，對(duì)隧道襯砌滲漏水的位置和同步注漿效果不好及未充填的部分進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)注漿，補(bǔ)充由漿體收縮引起的體積減小，防止周圍地層松弛范圍擴(kuò)大，使管片外側(cè)空隙完全被注漿充填，形成穩(wěn)定的防水層，達(dá)到加強(qiáng)隧道襯砌穩(wěn)定性和封水的目的，確保隧道的整體質(zhì)量，襯砌不發(fā)生沉降位移[3] [4]。

3. 二次注漿控制措施

3.1. 技術(shù)要求

3.1.1. 需要二次注漿情況

1) 因各種原因造成同步注漿量或注漿壓力未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2) 通過p (注漿壓力)-Q (注漿量)-t (時(shí)間)曲線分析表明需進(jìn)行補(bǔ)漿。

3) 出現(xiàn)管片下沉或變形、地表沉降等情況。

4) 通過地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)管片外有未填充完全的空洞。

5) 通過管片上的注漿孔取心發(fā)現(xiàn)連續(xù)性不好、厚度小于理論值或注漿孔滲漏超標(biāo)。

6) 因工程需要提高管片抗?jié)B性能或因其他需要必須進(jìn)行二次補(bǔ)漿。

3.1.2. 二次注漿具體要求

1) 盾構(gòu)推進(jìn)施工時(shí)，要有專業(yè)人員規(guī)范記錄每個(gè)環(huán)節(jié)的出渣量、同步注漿量、拼裝時(shí)管片止水條的受損程度，為二次注漿提供依據(jù)，加強(qiáng)針對(duì)性。

2) 注漿材料可根據(jù)管片背后填充空洞、土體固結(jié)及治理漏水，分別選擇水泥砂漿、純水泥漿、水泥＋水玻璃雙液漿等。

3) 注漿準(zhǔn)備工作要做好，提前進(jìn)行試驗(yàn)，選擇合適漿液種類及漿液配合比，在注漿過程中嚴(yán)格控制注漿壓力和注漿量。

4) 注漿時(shí)，要有專業(yè)的技術(shù)人員監(jiān)督和記錄注漿方量、注漿壓力及注漿位置。

5) 注漿過程中要對(duì)漿液進(jìn)行取樣并做好標(biāo)記，為今后注漿提供實(shí)際依據(jù)。

3.2. 注漿壓力和注漿量

1) 二次注漿主要采用注漿壓力控制注漿量大小，通常壓力控制應(yīng)小于管片承壓極限 0.2～0.5 MPa，同時(shí)注漿時(shí)觀察附近管片變形情況；注漿壓力控制在0.7 MPa以內(nèi)，連續(xù)注漿壓力超過0.7 MPa后必須停止二次注漿。

2) 在松散地層，當(dāng)注漿壓力與地層壓力相差很小即可實(shí)現(xiàn)較大注漿流量時(shí)，應(yīng)考慮增大注漿量，直到注漿壓力超過控制壓力的下限，若注漿量超過理論注漿量后，也應(yīng)停止二次注漿。

3) 在地基承載力較小的地層，因地基軟弱導(dǎo)致部分管片下沉而造成管片錯(cuò)臺(tái)時(shí)，管片下部的注漿量不受計(jì)算值限制，以壓力限制為準(zhǔn)。

4) 盾構(gòu)始發(fā)出洞和到達(dá)進(jìn)洞二次注漿施工時(shí)，因洞口端有較大空隙，注漿量應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求確定。

5) 要制訂詳細(xì)的注漿施工設(shè)計(jì)、工藝流程及注漿質(zhì)量控制程序，嚴(yán)格按要求實(shí)施注漿、檢查、記錄、分析，及時(shí)做出p-Q-t曲線，分析注漿速度與掘進(jìn)速度的關(guān)系，評(píng)價(jià)注漿效果，反饋指導(dǎo)下次注漿。

3.3. 二次注漿漿液拌制

金陵石化南京長(zhǎng)江盾構(gòu)隧道內(nèi)二次注漿主要采用先單液漿(砂漿或水泥漿)壓注，再雙液漿(水泥漿＋水玻璃)壓注并封堵注漿孔。

漿液拌制主要是在地面攪拌罐中攪拌砂漿和水泥漿，之后通過砂漿臺(tái)車運(yùn)輸?shù)剿淼纼?nèi)儲(chǔ)漿罐中進(jìn)行壓注。在雙液漿中，水玻璃在地面與水進(jìn)行 1:1混合后，吊裝下井運(yùn)輸?shù)剿淼纼?nèi)注漿位置，再在隧道內(nèi)與水泥漿液進(jìn)行混合。

3.4. 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

采用注漿壓力和注漿量雙指標(biāo)控制，即當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)定值或注漿量達(dá)到理論值時(shí)，都認(rèn)為達(dá)到了注漿質(zhì)量要求。

3.5. 注漿效果檢查

1) 可采用分析法檢查注漿效果，即根據(jù)p-Q-t曲線(圖1)，結(jié)合管片、地表及周圍建筑物測(cè)量結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

Figure 1. The p-Q-t curve for grouting圖1. 注漿p-Q-t曲線

2) 對(duì)管片壁后，特別是拱頂部分采用地質(zhì)雷達(dá)通過頻譜分析檢查背填注漿的實(shí)際填充效果(圖2)。

Figure 2. The inspection of segment back filling grouting effect using geological radar圖2. 采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行管片背填注漿效果檢查

3) 當(dāng)漿液強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)的50%以上后，通過管片上的注漿孔進(jìn)行固結(jié)的漿液取心，通過檢查心樣的連續(xù)性、厚度和注漿孔滲漏水情況判斷注漿效果是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求(圖3)。

Figure 3. The inspection of grouting effect through grouting hole of the segment圖3. 通過管片注漿孔進(jìn)行注漿效果檢查

4. 二次注漿注意事項(xiàng)

1) 盡量在同步注漿漿液未固結(jié)或固結(jié)強(qiáng)度較低時(shí)進(jìn)行，避免對(duì)同步注漿效果造成破壞。

2) 一般采取“先底部、后兩側(cè)、最后頂部”的順序進(jìn)行，注漿點(diǎn)應(yīng)盡量避開同步注漿位置以提高注漿效果。

3) 應(yīng)打開距離注漿環(huán)3～5環(huán)頂部或兩側(cè)靠上部注漿孔作為泄水和泄壓孔，同時(shí)作為觀察孔，如同步注漿效果較好，則開孔處應(yīng)距離注漿點(diǎn)近一些。

4) 注漿結(jié)束時(shí)應(yīng)調(diào)整漿液配比，加大水玻璃液等速凝劑的用量，使注漿孔附近漿液盡快凝固。

5) 注漿時(shí)要時(shí)刻注意觀察壓力表變化，變化不大時(shí)要及時(shí)取下壓力表進(jìn)行清理以免泥漿進(jìn)入壓力表，導(dǎo)致其無法正常工作。

6) 盡量減少注漿過程中注漿壓力大范圍浮動(dòng)。

7) 在注入過程中出現(xiàn)壓力過高但注入效果不明顯的情況時(shí)，應(yīng)檢查注漿泵及注漿管路是否堵塞，并及時(shí)清理。

8) 待漿液壓注完成后需用清水對(duì)管路進(jìn)行沖洗，以防漿液將管路堵塞。

9) 注漿完成后，待漿液終凝，打開球閥閥門確認(rèn)無滲漏水，方可拆下注漿球閥，若擰開注漿閥門仍有少量滲水現(xiàn)象，則對(duì)注漿孔壓注聚氨酯進(jìn)行封堵。

10) 在注漿過程中如果土倉壓力有明顯變化，可適當(dāng)將盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)150 mm，避免其被漿液包結(jié)。

5. 結(jié)語

金陵石化南京長(zhǎng)江盾構(gòu)工程應(yīng)用二次注漿技術(shù)，調(diào)節(jié)漿液配合比，提高了填充和止水效果，減少了二次補(bǔ)漿量，節(jié)省了施工成本，加快了工期，保證了隧道的整體施工質(zhì)量，為后續(xù)工程提供了較好的經(jīng)驗(yàn)借鑒。

[1] 張永成. 注漿技術(shù)[M]. 北京: 煤炭工業(yè)出版社, 2012.

[2] 劉文永, 王新剛. 注漿材料與施工工藝[M]. 北京: 中國建材工業(yè)出版社, 2008.

[3] 周文波. 盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2004.

[4] 陳饋, 洪開榮, 吳學(xué)松. 盾構(gòu)施工技術(shù)[M]. 北京: 人民交通出版社, 2009.