地鐵盾構(gòu)機(jī)隧道掘進(jìn)中同步注漿施工技術(shù)研究

張霄睿 江川

北方重工集團(tuán)有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110000

盾構(gòu)法是城市地下交通建設(shè)最常采用的工藝手段之一，其優(yōu)勢(shì)是能夠縮短工期，減輕對(duì)周?chē)煌ǖ挠绊憽０凑斩軜?gòu)施工實(shí)際應(yīng)用研究可以得出，影響巖體的因素有刀盤(pán)切削及盾構(gòu)機(jī)振動(dòng)等，并且管片及巖體中有間隙，很容易使得地表沉降現(xiàn)象發(fā)生，從而對(duì)施工周?chē)斐刹话踩蛩兀试摴に囆枰⒁獗诤笞{。鑒于此，文章圍繞同步注漿工藝的實(shí)際運(yùn)用進(jìn)行深入分析[1-2]。

1 地鐵盾構(gòu)同步注漿技術(shù)施工原理

盾構(gòu)施工技術(shù)包含在暗挖法技術(shù)中，其中盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)是經(jīng)常使用的設(shè)備，通過(guò)這樣能實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程中的機(jī)械化，各個(gè)環(huán)節(jié)具體的流程主要分為：掘進(jìn)→管片拼裝→注入漿體→盾尾脫出→漿體失去流動(dòng)性。將盾構(gòu)施工技術(shù)合理的應(yīng)用在地下交通建設(shè)中，不會(huì)對(duì)施工周?chē)慕煌óa(chǎn)生影響，同時(shí)使用這種技術(shù)還可防止地下水滲出，避免地表出現(xiàn)下沉的情況，減少施工過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲，把振動(dòng)集中在豎井口周邊，從而大幅提升建設(shè)安全性，如圖1所示。

圖1 地鐵盾構(gòu)施工

從地鐵盾構(gòu)施工設(shè)計(jì)圖中可看出，盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)開(kāi)挖直徑大于管片外徑，當(dāng)管片從盾尾中脫離，管片與圍巖會(huì)存在縫隙，通常在8cm～16cm之間，這時(shí)巖體周?chē)鷷?huì)出現(xiàn)移位的現(xiàn)象，使地表下沉，造成地下隧道施工存在安全隱患。針對(duì)這種情況，可以通過(guò)壁后注漿技術(shù)及時(shí)處理（圖2）。

圖2 盾尾空隙

壁后注漿可劃分成兩大類(lèi)：一是一次注漿，二是二次注漿。其中，前者還能劃分出3小類(lèi)：即時(shí)、后方以及同步注漿?，F(xiàn)實(shí)使用中，如果施工要穿越的地層穩(wěn)定性較差，優(yōu)先考慮的就是采用同步注漿技術(shù)，防止出現(xiàn)變形和地表沉降狀況，確保施工各項(xiàng)工作的有序進(jìn)行。

2 地鐵盾構(gòu)隧道掘進(jìn)中同步注漿材料與技術(shù)要點(diǎn)

2.1 同步注漿壓力設(shè)計(jì)

根據(jù)施工實(shí)際情況決定注漿壓力值，其在提高地層空隙填充量過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，與此同時(shí)還能有效地減少地表出現(xiàn)下沉的情況，在今后的運(yùn)行過(guò)程中可使建筑物及地下管線保持穩(wěn)定的狀態(tài)。倘若注漿壓力高于標(biāo)準(zhǔn)值就會(huì)導(dǎo)致地表出現(xiàn)隆起，甚至還會(huì)發(fā)生管片襯砌破損的情況[3-4]。從理論方面來(lái)看，注漿壓力稍高于土壓和水壓，就可有效規(guī)避劈裂注漿情況的發(fā)生，但在選擇注漿壓力過(guò)程中具有較高的復(fù)雜性，需要全面地考慮各方面的因素，如漿液特性、地層條件等。在對(duì)地下隧道同步注漿施工壓力過(guò)程中，需要其高于開(kāi)挖面土的壓力，一般情況下取此值的1.1～1.2倍最合適。

2.2 注漿量

在同步注漿施工過(guò)程中，能有效填充切削土體和管壁兩者之間的縫隙，然而在這個(gè)過(guò)程中依然需要注意跑漿等產(chǎn)生的不良影響。將理論注漿量作為標(biāo)注，在具體施工過(guò)程中可獲取這個(gè)數(shù)值的130%～180%之間。具體公式為：

式中：Q為注入量（m3）；λ為注漿率（%）；V為盾構(gòu)施工中出現(xiàn)的縫隙（mm）。

式中：D為盾構(gòu)切削土體的直徑（m）；d為管片外徑（m）；L為管片的寬度（m）。

2.3 同步注漿配合比的選擇

通常情況下，在同步注漿施工過(guò)程中經(jīng)常使用的注漿材料是單液漿，在注入過(guò)程中需要保證單液漿保持流動(dòng)的狀態(tài)，在這種情況下使注漿結(jié)果不具備可操作性，漿液在流動(dòng)期間不能有效地保證各個(gè)區(qū)域得到有效的填充。除此之外，在施工期間地下水還會(huì)對(duì)漿液造成直接影響，甚至?xí)幌♂專(zhuān)绻┕の恢么嬖诖罅康乃?，?huì)提升漿液離析的可能性，這種情況就會(huì)直接影響到注漿后的強(qiáng)度，嚴(yán)重的會(huì)使?jié){液不能有效凝固，導(dǎo)致隧道上方的土體在缺乏支撐就會(huì)出現(xiàn)地表下沉，在施工過(guò)程中主要對(duì)漿液的性能有以下幾個(gè)方面的要求。

①如果漿液具有較強(qiáng)的和易性，可降低攪拌的難度，同時(shí)還能保證漿液運(yùn)輸?shù)耐暾裕⑶医档蜐{液出現(xiàn)不良情況的概率。

②漿體出現(xiàn)了凝固情況，但是其產(chǎn)生的體積收縮比較小，也能有效地規(guī)避地表變形的情況，從整體方面來(lái)看可減少漿液固結(jié)收縮率的5%。

③漿液在凝固之前需要具備一定的強(qiáng)度，以便于保證地表不出現(xiàn)下沉的現(xiàn)象，固結(jié)體強(qiáng)度1d一般要大于0.2MPa，28d要大于2.0MPa。

3 地鐵盾構(gòu)隧道掘進(jìn)中同步注漿技術(shù)的應(yīng)用

3.1 同步注漿管理

根據(jù)項(xiàng)目施工的具體環(huán)境，同時(shí)結(jié)合有關(guān)工程案例，可根據(jù)具體情況對(duì)特殊線路選擇二次補(bǔ)壓漿的雙液漿，在注入漿體過(guò)程中可將注入壓設(shè)計(jì)成最低0.3MPa，最高不超過(guò)0.5MPa，漿體壓入與掘進(jìn)施工工作需同步進(jìn)行。在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，需安排專(zhuān)業(yè)的人員管理作業(yè)面的壓漿，詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)壓漿地點(diǎn)、壓力數(shù)值等，并且根據(jù)地表的沉降狀況適當(dāng)?shù)母恼?/p>

3.2 注漿施工注意事項(xiàng)

①需要嚴(yán)格的檢驗(yàn)漿液材料，同時(shí)還需觀察注漿液是否保持正常的狀態(tài)。②需要觀察管片是否出現(xiàn)變形或損壞，如果出現(xiàn)需要立即停止注漿；除此之外，若在注漿過(guò)程中突然增加注漿量，需要充分檢查注漿情況，同時(shí)還需要將這些情況進(jìn)行詳細(xì)的記錄。③在完成注漿工作以后，需要徹底的清洗有關(guān)設(shè)備和管路。

3.3 同步注漿效果

目前，盾構(gòu)掘進(jìn)長(zhǎng)度小于60m，結(jié)合監(jiān)測(cè)情況可以得知，如果掘進(jìn)在0～20m時(shí)會(huì)出現(xiàn)漏漿的情況，這樣就會(huì)直接影響到注漿的壓力，注漿量在2.0～2.5m3，掘進(jìn)保持在20～40m之間時(shí)，前方土體局部出現(xiàn)隆起的情況，但是具有較小的破壞性，與此同時(shí)注漿量和理論注漿量從數(shù)值方面來(lái)看保持相同，在這種情況下可對(duì)注漿量進(jìn)行穩(wěn)定的控制[5-6]。在施工過(guò)程中需要嚴(yán)格監(jiān)測(cè)鉆孔用水量，如果鉆孔用水量大于0.8L/s，相應(yīng)的注入速度需保持在80～150L/min；如果鉆孔用水量每秒等于0.8L時(shí)，需要相應(yīng)的縮減注入速度，這時(shí)需要將注入速度穩(wěn)定在為30～80L/min。從圖3中可看出，盾構(gòu)施工過(guò)程中地表下沉或隆起可分為5個(gè)階段。

圖3 盾構(gòu)施工地表變形

從圖3可看出，在導(dǎo)致地表出現(xiàn)沉降或隆起的主要原因是第4個(gè)階段盾尾空隙出現(xiàn)沉降或隆起的情況，同步注漿施工控制是第4階段不可缺少的重要控制因素。在設(shè)計(jì)圖紙中要求地表下降小于10mm，要求設(shè)計(jì)的漿液可快速地進(jìn)行凝固，避免出現(xiàn)流失的情況，同時(shí)還可產(chǎn)生早期強(qiáng)度，避免地表出現(xiàn)沉降或隆起的情況。

4 盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)的同步注漿和二次注漿

4.1 一次注漿技術(shù)

一次注漿技術(shù)實(shí)際上就是在出現(xiàn)縫隙的同時(shí)注入漿體，使內(nèi)部逐漸的密實(shí)，一般情況下都是采取2種方式注入漿體，第1種是從注漿管中注入，第2種是從管片的縫隙中注入。第1種方式是把漿管設(shè)置在盾構(gòu)外圍，如果注漿管清理的不徹底就很容易出現(xiàn)堵塞的情況，但是通過(guò)這種方法可實(shí)現(xiàn)同步注漿；第2種是在管片脫離后進(jìn)行注漿，注漿不能同步進(jìn)行。

4.2 二次注漿技術(shù)

二次注漿主要是對(duì)一次注漿的補(bǔ)充，二次注漿可達(dá)到以下3點(diǎn)目的。①減少出現(xiàn)間隙的次數(shù)。②改變由漿液的收縮導(dǎo)致體積發(fā)生改變。③可以減少對(duì)周?chē)刭|(zhì)穩(wěn)定性的影響。

4.3 注漿量與注漿壓力

對(duì)注漿控制主要是加強(qiáng)對(duì)注漿量與壓力的管理。對(duì)注漿壓力進(jìn)行管理可保證壓力與相關(guān)規(guī)定相吻合，然后在適當(dāng)?shù)恼{(diào)整注漿量；對(duì)注漿量進(jìn)行管理需要保證注漿量與修正壓力數(shù)值相一致。通常情況下都會(huì)采用以下2種方式對(duì)其進(jìn)行管理[7-8]。①對(duì)注漿量進(jìn)行管理時(shí)會(huì)關(guān)系地表滲透、漿體類(lèi)別等很多個(gè)方面，所以很難準(zhǔn)確地獲取實(shí)際注漿量。②注漿壓力需要根據(jù)環(huán)境、漿體性能、盾構(gòu)方式等幾個(gè)方面進(jìn)行管理，作業(yè)人員通常都是根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)，把注漿壓掌控100～300kN/m2，孔隙水壓保持在200kN/m2。然而還需根據(jù)工程的具體狀況，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)選取最恰當(dāng)?shù)闹笜?biāo)值。

5 結(jié)語(yǔ)

總體來(lái)說(shuō)，注漿技術(shù)在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，既可有效解決地表變形的問(wèn)題，又可有效保證隧道的穩(wěn)固性與防水性[9-10]。在地鐵盾構(gòu)施工過(guò)程中，需要根據(jù)工程實(shí)際需要與成本控制等各方面的因素，選擇合適的作業(yè)參數(shù)、注漿材料和有關(guān)施工工藝，同時(shí)還需要詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)有關(guān)數(shù)據(jù)信息，調(diào)節(jié)注漿壓力和注漿量的大小，增強(qiáng)工程施工的質(zhì)量，從而使地鐵建設(shè)的安全性得到有效保證。從而可推動(dòng)施工項(xiàng)目的順利進(jìn)行。