同步注漿在盾構(gòu)施工中的應(yīng)用

鄭勇

安徽省公路橋梁工程有限公司 安徽合肥 230031

盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中，每環(huán)管片完成拼裝完成后，管片外徑面與盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)面會(huì)存在一定間距的縫隙。為彌補(bǔ)這一可能會(huì)引起地質(zhì)變形的縫隙，需要在盾構(gòu)機(jī)施工同時(shí)，用一定壓力將漿液從盾尾向縫隙處進(jìn)行注漿。這種在施工過程中同時(shí)采用漿液填補(bǔ)施工空隙的的注漿方式，簡(jiǎn)稱“同步注漿”。其施工的基本原理是將具備一定流動(dòng)性能和固結(jié)強(qiáng)度的漿液，通過一定壓力采用注漿管輸送到管片外徑與土壤層的空隙，在各種壓力及一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行凝固，實(shí)現(xiàn)縫隙填充。起到增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性作用，同時(shí)還能加強(qiáng)隧道防水[1]。

1 同步注漿的主要目的

①通過漿液有效填充控制地表沉降；②通過注漿有效填充減少隧道沉降量；③通過注漿增加襯砌接縫的防水功能；④通過注漿改善襯砌的受力狀況。

2 同步注漿各項(xiàng)要求

（1）拌漿站的架設(shè)：應(yīng)優(yōu)先采用就地建站原則，以便于現(xiàn)場(chǎng)施工，減少漿液運(yùn)輸距離，保證漿液的施工質(zhì)量。

（2）原材料的選擇：在符合相應(yīng)的規(guī)范要求下，應(yīng)按照以下要求進(jìn)行優(yōu)先選擇：砂細(xì)度模數(shù)應(yīng)優(yōu)先選擇為2.3-3.0之間中砂為宜，平均粒徑為0.5-0.35mm；水泥作為漿液的膠結(jié)劑，提供漿液固結(jié)強(qiáng)度和調(diào)節(jié)漿液凝結(jié)時(shí)間，應(yīng)優(yōu)先選擇早強(qiáng)型水泥；膨潤(rùn)土作用為改善漿液的和易性（流動(dòng)性），應(yīng)避免受潮結(jié)塊；粉煤灰作用是減緩漿液的材料分離，增加漿液的流動(dòng)性，建議優(yōu)選II級(jí)以上粉煤灰；為便于調(diào)控漿液的初凝時(shí)間和硬化后強(qiáng)度，可以在漿液中適當(dāng)增加減水劑、緩凝劑進(jìn)行施工[2]。

（3）注漿的漿液要求：①漿液流動(dòng)性能要好，性能指標(biāo)需滿足規(guī)范要求，漿液流動(dòng)度可根據(jù)運(yùn)輸距離進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整優(yōu)化。②漿液固結(jié)時(shí)間要適宜，一般為2-6小時(shí)之間，這樣可以保證在壓漿過程中能有效填充，起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)物作用。③漿液強(qiáng)度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，這樣在漿液初凝后才能起到穩(wěn)定效果，一般建議漿液在初凝時(shí)強(qiáng)度應(yīng)高于0.3Mpa，在凝固之后強(qiáng)度應(yīng)不低于0.5Mpa。④漿液應(yīng)具有一定的膨脹性能，這樣才能避免因漿液在喪失水分后引起的收縮，以提高壁后注漿的質(zhì)量控制[3]。

（4）注漿初始?jí)毫刂疲鹤{初始?jí)毫?yīng)根據(jù)圖紙要求，結(jié)合施工地質(zhì)的實(shí)際地質(zhì)、水文等具體情況，進(jìn)行壓力推算。一般初始?jí)毫刂茷?.3Mpa，注漿過程中根據(jù)注漿量與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)工程量的比較值進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，直至注漿飽滿，符合注漿量設(shè)計(jì)要求。

（5）注漿量計(jì)算：①每環(huán)漿液的注漿量應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)機(jī)刀片尺寸、管片外徑及回填的注漿段長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算。②在完成注漿量的理論計(jì)算后，還應(yīng)根據(jù)土壤層的不均勻損失，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況給予空虛率體積保證系數(shù)，一般空虛率保證系數(shù)按照理論體積的1.3-1.8進(jìn)行考慮。每環(huán)同步注漿實(shí)際值計(jì)算公式：

式中：

Q—實(shí)際計(jì)算注漿量，m3；

K=注漿率即充盈系數(shù)，一般取1.3-1.8

V—盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)后刀片外徑與管片外徑的空隙體積，m3；

D—盾構(gòu)機(jī)開挖隧道土壤層直徑，m；

d2—預(yù)制管片外徑.m；

L—回填注漿段長(zhǎng)度，m；

（6）同步注漿速率控制：同步注漿注漿速率應(yīng)與掘進(jìn)施工進(jìn)度相符合，按每環(huán)拼裝完成后約1米以上的掘進(jìn)的時(shí)間內(nèi)完成當(dāng)環(huán)注漿量來確定其注漿速率。

（7）注漿配合比要求：為控制好注漿漿液成品質(zhì)量，拌漿前應(yīng)對(duì)漿液配合比所用各類材料進(jìn)行檢查，檢查材料是否發(fā)生了明顯的變化，比如集料規(guī)格變化、膨潤(rùn)土受潮、水泥、粉煤灰受潮等現(xiàn)場(chǎng)，避免應(yīng)材料變化引起施工配合比偏離設(shè)計(jì)配合比，造成堵管、離析、難初凝等現(xiàn)象。①漿液固結(jié)時(shí)間：初凝宜為2小時(shí)至3小時(shí)，終凝時(shí)間宜為6小時(shí)8小時(shí)；通過地質(zhì)情況和盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度，以及注漿壓力、速率等進(jìn)行時(shí)間調(diào)整優(yōu)化。特殊地質(zhì)情況，需要漿液早強(qiáng)型的，可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工具體情況調(diào)整漿液或通過摻加早強(qiáng)型外加劑以縮短初凝時(shí)間。②固結(jié)體強(qiáng)度：三天強(qiáng)度不小于0.2MPa，28天不小于0.5MPa。③漿液標(biāo)準(zhǔn)流動(dòng)度宜為80-140mm[4]。

結(jié)合合肥市軌道交通4號(hào)線3標(biāo)施工具體情況參考同步注漿配合比如表1：

表1 同步注漿配合比表

當(dāng)發(fā)現(xiàn)實(shí)際注漿量與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)注漿量出入較大時(shí)，應(yīng)進(jìn)行原因分析查找，當(dāng)確定存在注漿不足，存在不飽滿現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)進(jìn)行二次補(bǔ)強(qiáng)注漿以進(jìn)行填空，補(bǔ)滿空隙部分，從而達(dá)到滿足工程質(zhì)量要求。補(bǔ)強(qiáng)漿液在達(dá)到7天齡期強(qiáng)度后，可采用地質(zhì)雷達(dá)法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)注漿充盈度效果檢查，以作為對(duì)二次補(bǔ)強(qiáng)注漿質(zhì)量的校驗(yàn)。結(jié)合合肥市軌道交通4號(hào)線3標(biāo)段二次補(bǔ)強(qiáng)注漿后采用地質(zhì)雷達(dá)法進(jìn)行注漿質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果顯示，二次補(bǔ)強(qiáng)注漿效果較好，見圖1。

圖1 本項(xiàng)目采用地質(zhì)雷達(dá)法檢測(cè)效果圖

（8）同步注漿現(xiàn)場(chǎng)施工流程：①注漿開始前，項(xiàng)目技術(shù)部門需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)掘進(jìn)情況以及管片拼裝實(shí)際情況進(jìn)行注漿量計(jì)算，通知項(xiàng)目試驗(yàn)檢測(cè)人員做好拌漿前配合比及材料檢查工作。②試驗(yàn)檢測(cè)人員需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)材料實(shí)際情況進(jìn)行漿液配合比控制，核實(shí)拌漿站設(shè)備、計(jì)量系統(tǒng)正常后開始拌漿，第一盤漿液先進(jìn)行取樣檢測(cè)，待檢測(cè)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求后，方可進(jìn)行正常漿液生產(chǎn)。③漿液生產(chǎn)后，嚴(yán)格控制漿液儲(chǔ)存、運(yùn)輸和施工環(huán)節(jié)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)漿液在某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時(shí)應(yīng)及時(shí)通知拌漿站停止拌漿，采取相應(yīng)的解決措施后，開始進(jìn)行施工。④根據(jù)漿液施工情況，結(jié)合注漿量、地質(zhì)結(jié)構(gòu)變形量等情況，對(duì)同步注漿完成后還存在的空隙、不飽滿等情況，需要進(jìn)行二次補(bǔ)強(qiáng)注漿，注漿量根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)量、壓力等情況進(jìn)行控制，見圖2。

圖2 同步注漿操作流程圖

3 同步注漿施工過程容易出現(xiàn)問題及解決思路

3.1 注漿過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題

問題：在注漿施工過程中，由于漿液?jiǎn)栴}，出現(xiàn)管片與土壤層空隙填充不飽滿，造成地面沉降、拼裝管片整體變形。

產(chǎn)生原因：①注漿漿液性能不好，不能保證連續(xù)施工；②原材料出現(xiàn)變化，配合比未進(jìn)行調(diào)整；③儲(chǔ)漿罐出現(xiàn)故障，不能正常攪拌，導(dǎo)致漿液沉底，漿液性能發(fā)生變化，性能指標(biāo)不符合要求。

預(yù)防方法：①根據(jù)施工工藝情況結(jié)合掘進(jìn)時(shí)地質(zhì)變化情況進(jìn)行漿液配合比優(yōu)化調(diào)整；②漿液生產(chǎn)前對(duì)原材料進(jìn)行檢測(cè)，不合格材料杜絕進(jìn)行拌漿使用；③加強(qiáng)拌漿站管理，拌漿前應(yīng)對(duì)計(jì)量器具、拌漿設(shè)備開展檢查工作；④漿液運(yùn)輸前應(yīng)對(duì)運(yùn)輸管道、儲(chǔ)漿罐進(jìn)行檢查，檢查運(yùn)輸管道是否暢通，儲(chǔ)漿罐攪拌系統(tǒng)是否工作正常；⑤加強(qiáng)漿液生產(chǎn)過程中各類檢測(cè)工作并做好記錄資料；⑥做好漿液生產(chǎn)后的取樣、檢測(cè)式樣的成型工作。

應(yīng)對(duì)措施：①不合格材料嚴(yán)禁使用；②不合格漿液在未進(jìn)行調(diào)整合格后嚴(yán)禁注漿；③根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化情況、拌漿原材料變化情況選擇適用的施工配合比；④定期進(jìn)行注漿設(shè)備、儲(chǔ)漿設(shè)備、運(yùn)輸管道的保養(yǎng)維護(hù)工作。

3.2 盾構(gòu)施工周邊地層沉降變形量大

問題：隧道周邊地層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大沉降，引起地表構(gòu)造物變形及地下線路偏離。

產(chǎn)生原因：①盾構(gòu)施工過程中，管片拼裝完成后不能及時(shí)進(jìn)行同步注漿或注漿量不飽滿，則會(huì)施工結(jié)構(gòu)物沉降變形；②注漿壓力使用不當(dāng)、盾構(gòu)機(jī)尾部盾尾刷密封不足均會(huì)產(chǎn)生注漿不飽滿；③注漿質(zhì)量不合格，漿液性能、固結(jié)時(shí)間不滿足要求；④未能及時(shí)進(jìn)行二次補(bǔ)強(qiáng)注漿，造成同步注漿漿液固結(jié)后與土壤層依然存在空隙。

預(yù)防方法：①根據(jù)掘進(jìn)施工土層及施工工藝合理控制注漿壓力；②注漿速率應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工情況進(jìn)行適當(dāng)控制；③嚴(yán)格控制漿液質(zhì)量，加強(qiáng)原材料、成品漿液的檢測(cè)工作；④不定期對(duì)注漿管道、盾構(gòu)機(jī)盾尾刷密封情況開展檢查。

應(yīng)對(duì)措施：①結(jié)合施工監(jiān)測(cè)檢測(cè)數(shù)據(jù)情況，選擇適應(yīng)的注漿速率和注漿壓力，以保證注漿的飽滿度；②注漿過程中及時(shí)檢查漿液輸送管道及盾構(gòu)機(jī)盾尾的密封情況，避免堵管造成施工不連續(xù)，盾尾漏漿等現(xiàn)象發(fā)生；③注漿過程中要保持通訊順通，出現(xiàn)突發(fā)事件好及時(shí)進(jìn)行處置[5]。

3.3 漿液運(yùn)輸管道堵塞

問題：在拌漿漿液運(yùn)輸?shù)絻?chǔ)漿罐過程中或儲(chǔ)漿罐漿液輸送到壓漿管道過程中出現(xiàn)堵管，造成漿液施工不連續(xù)等現(xiàn)象。

產(chǎn)生原因：①漿液拌合時(shí)間過短，漿液不均勻；②漿液中原材料因受潮或大顆粒等原因，造成漿液中有大量結(jié)塊；③儲(chǔ)漿罐中攪拌不充分，造成漿液沉積，導(dǎo)致漿液離析等現(xiàn)象。

預(yù)防方法：①漿液每盤攪拌時(shí)間要保證在120秒以上；②拌漿站進(jìn)料口應(yīng)安放過濾篩網(wǎng)，避免受潮結(jié)塊、大顆粒原材進(jìn)入拌合機(jī)內(nèi)；③定時(shí)檢查儲(chǔ)漿罐的攪拌工作情況，避免長(zhǎng)時(shí)間停滯造成漿液沉淀；④注漿前后應(yīng)對(duì)漿液運(yùn)輸管道進(jìn)行清理工作。

應(yīng)對(duì)措施：檢查出堵塞位置，將堵塞處管道進(jìn)行拆除，清理堵塞物及管道，保持管道運(yùn)輸順暢。

4 同步注漿施工過程中需注意安全事項(xiàng)

①進(jìn)入工地必須佩帶好安全防護(hù)用品；②現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)人員在進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)后應(yīng)進(jìn)行安全交底培訓(xùn)，將施工過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)源及施工過程中應(yīng)注意事項(xiàng)進(jìn)行宣貫；③拌漿站操作人員應(yīng)熟練掌握拌漿設(shè)備的工作性能及安全防護(hù)知識(shí)，現(xiàn)場(chǎng)注漿施工人員應(yīng)在開始作業(yè)前對(duì)操作的設(shè)備及電路情況進(jìn)行班前檢查；④項(xiàng)目管理人員應(yīng)在施工前和施工過程中開展安全檢查，對(duì)檢查中發(fā)現(xiàn)的潛在安全隱患進(jìn)行交底，對(duì)施工過程中的違規(guī)作業(yè)進(jìn)行制止，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)存在的較大安全隱患應(yīng)停止一切施工，直至整改完成。

5 結(jié)語

同步注漿技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各類交通、工業(yè)、水利建筑工程中，同步注漿先應(yīng)從配制原理入手，優(yōu)選適宜的原材料及施工工藝，根據(jù)地質(zhì)及鉆進(jìn)實(shí)際情況進(jìn)行有針對(duì)性的工作。這樣才能夠有效保證盾構(gòu)施工的技術(shù)質(zhì)量，從而滿足施工要求。通過合肥市軌道交通4號(hào)線3標(biāo)段區(qū)間施工的順利完成，給同行業(yè)從業(yè)人員給予技術(shù)參考，不足之處還請(qǐng)見諒。