小口徑長(zhǎng)距離盾構(gòu)施工同步注漿加固質(zhì)量的控制研究

梁詔斌

（南京市市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210008）

近年來(lái)，盾構(gòu)施工技術(shù)開始在小口徑長(zhǎng)距離管廊建設(shè)中被廣泛應(yīng)用。在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，管片脫出盾尾后形成盾位環(huán)形間隙，管片后圍巖結(jié)構(gòu)會(huì)處于無(wú)支護(hù)狀態(tài)，導(dǎo)致后續(xù)同步注漿加固質(zhì)量無(wú)法得到根本上保障。圍巖結(jié)構(gòu)會(huì)在應(yīng)力的釋放下產(chǎn)生不均勻應(yīng)力分布形式，導(dǎo)致圍巖結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形情況。因此，為充分發(fā)揮出盾構(gòu)技術(shù)在小口徑長(zhǎng)距離管廊施工期間的重要作用，還需要結(jié)合工程具體建設(shè)特征及建設(shè)要求，制定出專項(xiàng)可行的同步注漿加固質(zhì)量控制手段，確保注漿環(huán)節(jié)能夠臨時(shí)支撐圍巖結(jié)構(gòu)，使圍巖結(jié)構(gòu)可以與管片共同產(chǎn)生抵御圍巖應(yīng)力變形的作用力，避免在小口徑長(zhǎng)距離管廊盾構(gòu)施工期間出現(xiàn)地層沉降問(wèn)題。

1 小口徑長(zhǎng)距離管廊盾構(gòu)工程概況

本文以南京江北珍珠街沿線小口徑長(zhǎng)距離盾構(gòu)管廊項(xiàng)目為例，該工程小口徑長(zhǎng)距離管廊全長(zhǎng)約2300m，全線沿珍珠街道路沿線布置，鄰近珍珠泉景區(qū)，進(jìn)入景區(qū)車輛均經(jīng)由珍珠街，道路交通十分繁忙。在該工程施工過(guò)程中采用泥水平衡盾構(gòu)機(jī)，盾構(gòu)機(jī)的直徑為3560mm，隧道襯砌混凝土管片的外徑為3500mm，內(nèi)徑為3000mm，厚度為250mm。盾構(gòu)區(qū)間線路縱斷面為倒V字型布置，盾構(gòu)頂部的覆土高度為6.5～17.0m。盾構(gòu)沿線穿越了軟弱地層、富水地層、巖土軟硬交界面，盾構(gòu)基本位于繁忙交通道路下方，周邊鄰近景區(qū)及出入口，因此，必須制定出科學(xué)專項(xiàng)的施工技術(shù)方案，從根本上保障盾構(gòu)施工期間同步注漿加固質(zhì)量管理控制水平。

2 小口徑長(zhǎng)距離盾構(gòu)管廊施工同步注漿加固質(zhì)量控制影響因素

2.1 注漿材料與配比

在盾構(gòu)施工同步注漿過(guò)程中，由于注漿材料以及注漿配比不同，漿液強(qiáng)度、流動(dòng)性、填充度以及凝結(jié)時(shí)間也會(huì)存在較大差異，對(duì)注漿加固質(zhì)量可造成直接影響。在注漿材料質(zhì)量管控不到位、配比設(shè)計(jì)不合理的情況下，注漿加固質(zhì)量將無(wú)法得到根本保障。漿液難以穩(wěn)定管片結(jié)構(gòu)，使管片結(jié)構(gòu)在后續(xù)施工與運(yùn)行期間經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)上浮或下沉情況，嚴(yán)重影響實(shí)際施工環(huán)節(jié)的安全性。

2.2 同步注漿量

在盾構(gòu)掘進(jìn)期間，管片脫離盾尾結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致管片在壁后形成較大環(huán)形間隙，需要對(duì)該間隙及時(shí)進(jìn)行后續(xù)注漿填充。在同步注漿量不足的情況下，環(huán)形間隔無(wú)法被完全填充，管片與漿液存在分析情況，難以形成一體化支撐結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致后期地層位移問(wèn)題更加嚴(yán)重。如實(shí)際注漿量不足，易擾動(dòng)地層還會(huì)出現(xiàn)地表下沉情況，引發(fā)后續(xù)路面開裂、管線破損問(wèn)題。

在實(shí)際注漿量控制不當(dāng)時(shí)，當(dāng)過(guò)大的注漿壓力超過(guò)實(shí)際靜止水土壓力時(shí)，則可能致使盾構(gòu)上方地表出現(xiàn)隆起等情況。

2.3 同步注漿壓力

在盾構(gòu)施工同步注漿過(guò)程中，地層中的漿液壓力需要大于靜止水壓力與土壓力之和，但漿液的實(shí)際壓力又不可超過(guò)規(guī)定額度。在注漿壓力過(guò)高的情況下，周邊土體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性可能會(huì)受到破壞，嚴(yán)重者會(huì)引發(fā)地表隆起、變形、冒漿等問(wèn)題。同步注漿壓力高也會(huì)引發(fā)應(yīng)力集中情況，管片錯(cuò)臺(tái)、變形問(wèn)題經(jīng)常出現(xiàn)。如果注漿壓力較低，漿液填充速度過(guò)于緩慢，則填充路徑無(wú)法延伸到地層間隙內(nèi)，管片與漿液之間存在間隙，使土體沉降與變形問(wèn)題發(fā)生概率進(jìn)一步提升。

2.4 同步注漿施工環(huán)節(jié)

在盾構(gòu)施工期間，同步注漿施工環(huán)節(jié)的合理性及可靠性，直接影響盾構(gòu)施工質(zhì)量和地表的沉降變形。同步注漿施工環(huán)節(jié)應(yīng)結(jié)合地質(zhì)條件進(jìn)行理論計(jì)算，同時(shí)，根據(jù)施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及實(shí)際施工要求綜合分析，以達(dá)到充分適應(yīng)實(shí)際施工環(huán)境特征。

3 小口徑長(zhǎng)距離盾構(gòu)同步施工注漿加固質(zhì)量控制對(duì)策

3.1 選擇適當(dāng)?shù)耐阶{材料

在開展小口徑長(zhǎng)距離盾構(gòu)同步注漿加固施工工作中，注漿材料的選擇應(yīng)當(dāng)參照工程地理?xiàng)l件、隧道條件、施工環(huán)境等因素，要求注漿材料能夠及時(shí)滿足施工整體強(qiáng)度、流動(dòng)性、凝結(jié)時(shí)間等技術(shù)要求。本文重點(diǎn)分析了水泥單漿液與水泥、水玻璃雙漿液注漿材料的性能。發(fā)現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，水泥、水玻璃雙漿液注漿材料的流動(dòng)性能較差，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)堵管情況，而水泥單漿液具備填充效果好、強(qiáng)度高、收縮率較低等優(yōu)勢(shì)。因此，為從根本上保障小口徑長(zhǎng)距離盾構(gòu)工程同步注漿的可靠性和安全性，小口徑長(zhǎng)距離盾構(gòu)工程可以優(yōu)先選擇水泥單漿作為同步注漿材料。

3.2 合理控制同步注漿材料配比設(shè)計(jì)方案

在小口徑長(zhǎng)距離盾構(gòu)施工時(shí)，注漿材料配比方案可直接影響漿液的各項(xiàng)使用性能。因此，需要在初始漿液配比設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合沿線地層變化、深度變化及注漿效果的反饋信息進(jìn)行進(jìn)行不斷的調(diào)整優(yōu)化，切實(shí)保障同步注漿加固質(zhì)量。通過(guò)本工程施工實(shí)踐并分析以往工程開展經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在同步注漿加固過(guò)程中，影響注漿加固質(zhì)量的因素主要為漿液流動(dòng)性、填充性、凝固時(shí)間與凝固強(qiáng)度。注重對(duì)單位體積內(nèi)不同配比水泥單漿液進(jìn)行性能測(cè)試，確保制定出的漿液配比方案能夠更好地滿足實(shí)際施工要求。

3.3 確定科學(xué)的同步注漿量

在小口徑長(zhǎng)距離管廊工程內(nèi)使用盾構(gòu)技術(shù)，盾構(gòu)機(jī)穿越的地層結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)掘進(jìn)理論出土量與實(shí)際出土量不一致問(wèn)題，需要結(jié)合具體施工情況，將盾構(gòu)機(jī)每環(huán)實(shí)際出土量控制在理論出土量的95%～110%。

為切實(shí)滿足同步注漿加固技術(shù)應(yīng)用要求，實(shí)際注漿量還應(yīng)當(dāng)根據(jù)出土量及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，確保注漿量能夠填滿環(huán)形間隙。對(duì)實(shí)際施工流程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，尋找出實(shí)際注漿量與實(shí)際出土量之間的變化規(guī)律，計(jì)算出相應(yīng)的變化調(diào)整系數(shù)，獲得更加全面精準(zhǔn)的同步注漿量經(jīng)驗(yàn)修正值。同時(shí)，為從根本上保障同步注漿量設(shè)置期間的合理性，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合地形、注漿壓力、管片成型質(zhì)量等因素，對(duì)注漿量數(shù)值進(jìn)行合理優(yōu)化。

3.4 確定同步注漿壓力

一方面，做好同步注漿壓力的理論計(jì)算工作。由于小口徑長(zhǎng)距離管廊盾構(gòu)施工期間的漿液壓力應(yīng)當(dāng)大于靜止水壓以及土壓力，施工過(guò)程中根據(jù)土層變化和覆土深度變化，及時(shí)調(diào)整同步注漿壓力數(shù)值。另一方面，借助豐富的注漿施工經(jīng)驗(yàn)，確立適宜的注漿壓力。由于小口徑長(zhǎng)距離管廊盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)的土層結(jié)構(gòu)差異及地下水位變化，相應(yīng)的地層地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地下水埋深等參數(shù)設(shè)置不一致，需要以理論計(jì)算的注漿壓力為基礎(chǔ)，在小口徑長(zhǎng)距離管廊盾構(gòu)施工過(guò)程中，根據(jù)反饋數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)對(duì)同步注漿壓力進(jìn)行合理控制。

3.5 注漿施工流程技術(shù)管控

為從根本上提升小口徑長(zhǎng)距離盾構(gòu)施工同步注漿加固施工技術(shù)效果，還需要基于注漿系統(tǒng)以及注漿分析兩環(huán)節(jié)，對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格管控。通過(guò)分析注漿流程，對(duì)小口徑長(zhǎng)距離管廊盾構(gòu)成型質(zhì)量進(jìn)行全面驗(yàn)收。

首先，對(duì)配置漿液以及漿液運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行效果進(jìn)行驗(yàn)收處理，切實(shí)保障漿液配置質(zhì)量。

其次，注重控制注漿參數(shù)數(shù)值，對(duì)設(shè)備及管路進(jìn)行清洗處理。要求在注漿前期準(zhǔn)備工作中，應(yīng)當(dāng)從根本上保障管道的清潔度。

最后，做好各注漿環(huán)節(jié)質(zhì)量控制工作。設(shè)定合理的注漿系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，選擇適宜的系統(tǒng)控制方式。逐步進(jìn)行后期注漿以及注漿期間的數(shù)據(jù)采集工作。在注漿系統(tǒng)分析效果合理的情況下，需要繼續(xù)開展注漿作業(yè)，應(yīng)對(duì)注漿全過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)，避免注漿期間出現(xiàn)質(zhì)量不合格等問(wèn)題。

3.6 做好同步注漿期間試驗(yàn)檢測(cè)工作

對(duì)各注漿環(huán)節(jié)的參數(shù)數(shù)值進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，要求灌漿壓力水測(cè)試工作應(yīng)當(dāng)在注漿洞施工3～7天開展，注水壓力注漿壓力值為80%。

后注漿壓力與水灌注壓力也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行細(xì)致檢測(cè)，要求在水壓試驗(yàn)過(guò)程中，需要做好相應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的填寫工作，計(jì)算出精準(zhǔn)的透水率。

在實(shí)際注漿作業(yè)中，同一區(qū)域的流量與壓力值不同，土層的滲透速率也會(huì)存在較大差。因此，為切實(shí)保障同步注漿加固質(zhì)量管控水平，還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)工。注重分析小導(dǎo)管長(zhǎng)度通過(guò)率，借助小導(dǎo)管的反向拱混凝土部分灌入漿液，以避免出現(xiàn)注漿時(shí)小導(dǎo)管堵塞問(wèn)題，從根本上保障管道注漿效果。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析小口徑長(zhǎng)距離盾構(gòu)施工同步注漿加固環(huán)節(jié)的各類影響因素，為從根本上保障同步注漿加固質(zhì)量，必須重視同步注漿材料選擇、漿液配比、注漿壓力和注漿量等環(huán)節(jié)。結(jié)合工程實(shí)際情況，設(shè)定關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，對(duì)施工流程進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。由于水泥單液具備填充效果好、強(qiáng)度高、收縮率低、經(jīng)濟(jì)效益顯著的優(yōu)勢(shì)，可以作為類似小直徑盾構(gòu)工程的同步注漿材料。同步注漿量以及注漿壓力以理論計(jì)算為基礎(chǔ)，結(jié)合工程具體條件，對(duì)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整、重點(diǎn)關(guān)注注漿系統(tǒng)與注漿分析兩方面的質(zhì)量控制工作，采用合理手段穩(wěn)步提升同步注漿加固質(zhì)量。做好施工人員技能培訓(xùn)工作，確實(shí)保障同步注漿加固效果。