盾構超前注漿施工質量控制探討

劉 洋

(中鐵十八局集團第五工程有限公司，天津 300450)

1 工程概況

廣州市軌道交通十八號地鐵線工程，采用盾構法施工，設計盾構管片內徑7700mm、外徑8500mm，管片厚度400mm，環(huán)寬1600mm，共分為7塊。工程施工區(qū)間為十八號線番南1號盾構井—番南2號盾構井區(qū)間，盾構區(qū)間長度約為4192m，區(qū)間線路平面最小半徑為1600m，最大縱坡為18‰，隧頂埋深為27～40m。其中番南2號盾構井至番南中間風井區(qū)間，根據(jù)詳勘與補勘地質資料反饋存在較多上軟下硬及槽形風化巖地層，有些位置因地面條件限制，需在隧道洞內盾構超前注漿施工[1](見圖1)。

圖1 番南2號盾構井至番南中間風井區(qū)間平面

2 盾構超前注漿施工目的

由于地面施工條件及其他各因素影響，在對上軟下硬地層掘進時，在容易發(fā)生垮塌的軟弱地層或盾構機的刀盤換刀點位置提前進行注漿加固作業(yè)無法實現(xiàn)地面注漿加固的情況下，可利用盾構上4個超前注漿孔對盾構刀盤前上方2～12m范圍土體進行注漿加固，注漿漿液采用雙液漿，注漿原則為注漿壓力和注漿量雙控。主要目的是密實盾構施工區(qū)域刀盤前上方土體，保證土體具有一定自穩(wěn)性，同時，盡可能減小土體透水性，最終大大提高盾構機刀盤前上方土體整體穩(wěn)定性[2]。

3 盾構超前注漿施工準備

3.1 技術準備

3.1.1 盾構機構造

為方便注漿，本工程采用的盾構機盾體四周預留了10個超前鉆孔位置，其中中部水平鉆孔6個，頂部鉆孔4個[3]。如需要進行注漿加固時，打開預留孔位置的閘閥，在該位置安裝鉆機進行鉆孔及注漿施工，對刀盤前端的地層進行加固。因刀盤前方地層擾動僅需要對隧道拱部3m范圍內進行加固，因此可選擇拱部的4個注漿孔進行注漿加固。預留鉆孔位置和設計角度見圖2、圖3。

圖2 盾體預留超前注漿孔位置

圖3 盾構機預留超前注漿孔縱斷面

3.1.2 鉆孔參數(shù)

盾構機盾體上預留孔的直徑為100mm，鉆機鉆桿及鉆頭直徑為42mm(單節(jié)鉆桿長1.5～2.0m，鉆桿內有注漿孔道)，在預留孔孔口位置設置法蘭盤進行連接、固定。鉆孔深度在10～18m之間，具體深度根據(jù)實際情況進行調整(見圖4)。

3.1.3 漿液參數(shù)

注漿漿液為雙液漿型[4]，雙液漿中水泥漿液與磷酸、水玻璃混合液的體積比為1∶1，水泥漿中水灰比為1∶1。磷酸液中水與磷酸、水玻璃混合液的體積比為3∶1，磷酸、水玻璃漿液波美度為38°～42°Bé。雙液漿初凝時間40～45s。經(jīng)試驗確定注漿壓力控制范圍為0.3～0.4MPa，采用前進式注漿，根據(jù)監(jiān)測或實際情況調整注漿壓力。

圖4 鉆孔深度與盾構機關系(單位：mm)

為防止注漿壓力過大破環(huán)盾構機主驅動密封，在注漿前必須在土倉內保滿實土壓和加入膨潤土保壓，謹防漿液進入開挖倉；向盾體徑向孔注入膨潤土漿，防止?jié){液裹住盾體，注漿過程中必須嚴格控制開挖倉內的壓力不大于盾構機主驅動密封要求的壓力，并留有一定的安全系數(shù)[5]。若出現(xiàn)壓力上升加快，則及時停止注漿，注漿過程中要隨時轉動刀盤，防止刀盤被漿液包裹。

3.2 材料設備配置及流程

根據(jù)超前注漿的現(xiàn)場實際條件及要求、安裝超前注漿施工工藝流程(見圖5)，配制工程施工設備及材料(見表1)。

4 超前注漿加固的施工方法

4.1 鉆機懸吊

采用龍門吊和電瓶機車將鉆機運至盾尾腳手架搭設區(qū)域，然后在盾體上部懸掛手拉葫蘆將鉆機吊起，吊起高度高于腳手架平臺高度。

表1 設備及材料需求

圖5 注漿流程

4.2 鉆孔平臺搭設

盾構超前鉆孔及注漿加固施工在盾殼內搭設的腳手架平臺上進行(見圖6)。

圖6 鉆孔注漿平臺搭設

因作業(yè)環(huán)境限制(拼裝機、橋架、泥漿管線路等因素影響)，腳手架平臺根據(jù)現(xiàn)場實際情況調整，原則上腳手架間排距不大于1.5m，作業(yè)平臺可利用兩側伸出的油缸、兩側的管片及中間的橋架作為支撐點，平臺板為滿鋪不銹鋼走道板，為抵消鉆孔時的沖擊力，需要在平臺后側根據(jù)實際條件設置平臺拋撐。平臺搭設完成后，在平臺四周設置安全護欄。

4.3 鉆機就位

待平臺搭設完成且驗收通過后，將鉆機下放至腳手架平臺上。鉆機就位后，對鉆機進行調整，調整鉆機鉆桿的傾斜度，保證鉆桿與盾體預留的孔道方向一致，鉆孔前應調試鉆機，使設備運轉正常。正式鉆孔前使用彩條布對盾構機盾尾處的設備進行覆蓋防護，防止設備在鉆孔過程受到污染。

4.4 鉆孔施工

在鉆機施工前，應先進行鉆機試運行，鉆機正常試運轉后開始鉆孔。鉆孔時應詳細記錄鉆桿節(jié)數(shù)，以保證鉆孔深度的準確性。施鉆過程中，要慢速作業(yè)，掌握地層對鉆頭的影響，確定在這種地層條件下的鉆井參數(shù)，并密切觀察鉆進情況，如遇卡鉆或鉆進困難時，應立即停鉆，分析原因后再進行施工。鉆孔結束時應做好鉆孔記錄表，為注漿施工提供準確的地質水文情況。

4.5 漿液材料及制漿

注漿漿液采用水泥+磷酸漿液。水泥采用P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，所用水泥的原材料必須具備相應的出廠質量證明文件，水泥必須干燥無結塊，不合格的水泥嚴禁使用，本工程采用水泥漿的水灰比為1∶1，水玻璃、磷酸混合液濃度38°～40°Bé，用水調配出磷酸稀釋液，水泥漿液與磷酸漿液的比例為1∶1(體積比)，具體配比可根據(jù)現(xiàn)場凝結時間進行調整。

本工程制漿設備采用葉片式攪拌機，為保證漿液在使用時保證均勻性，制作好的漿液要儲存在攪拌儲漿桶內，為了保證大流量注漿時漿液供應充足，儲漿桶外側需設兩個以上取漿口。根據(jù)選定漿液的配比參數(shù)拌好漿液，其中水泥漿拌好后用2mm×2mm網(wǎng)篩過濾，確保漿液均勻。

5 注漿施工質量控制及故障處理

本工程注漿采用后退式注漿，待鉆孔完成后，先進行封口，封口漿凝結后注入水泥-水玻璃雙液漿，壓力達到后，后退鉆桿，進行下段的注漿作業(yè)，如此循環(huán)，直至該孔結束[5]。注漿過程中，邊注漿邊提鉆桿，嚴格控制提升幅度，每步為0.3～0.4m，勻速回抽，注意注漿參數(shù)變化，當注漿量或注漿壓力達到設計值后繼續(xù)進行提桿。注漿壓力為0.3～0.4MPa，注漿過程中嚴格控制注漿壓力，謹防由于壓力過大漿液進入開挖倉或裹住盾體，同時密切關注注漿量，當壓力突然上升或從孔壁、斷面砂層溢漿時，應及時調整注漿壓力或在周邊0.5m范圍內重新鉆孔注漿。注漿期間必須間斷性轉動刀盤，防止?jié){液流入掌子面固結將刀盤卡住。

圖7 封孔

圖8 注漿

特別注意注漿過程中如需暫停注漿時，為防止下次注漿前被堵管漿液混合，要先將水玻璃吸漿管取出并放置在清水桶中，然后再取出水泥管，并將注漿管拔出1m，以保持管路暢通且分離。

單孔注漿結束的標準以注漿量和注漿壓力大小兩種標準相結合的方式進行控制[6]。注漿量的控制標準為：當注漿量達到設計注漿量的1.5～2倍時，注漿壓力仍然不上升，即認為達到結束注漿標準，此時采用速凝漿液進行最后注漿后結束該孔注漿。注漿壓力的控制標準：隨著注漿的進行，注漿壓力逐漸上升，注漿量逐漸下降，當注漿壓力達到設計注漿壓力后，注漿管吸漿量很少或不吸漿時，表明達到了注漿結束的標志，此時結束注漿。該結束標準為參考值，實際結束標準應通過現(xiàn)場試驗確定。

6 結 語

盾構掘進超前注漿加固技術是保障隧道斷面安全施工的重要施工技術之一，在采用盾構機掘進過程中，對超前注漿的每一道注漿工序較精準把控是盾構掘進超前注漿施工應該注意的要點。