同步注漿技術(shù)在盾構(gòu)掘進(jìn)中的應(yīng)用

董會(huì)芳，張?zhí)炝?/p>

（1. 天津市濱濤混凝土有限公司，天津　300240；2. 山東廣信工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，山東　濟(jì)南　250002）

同步注漿技術(shù)在盾構(gòu)掘進(jìn)中的應(yīng)用

董會(huì)芳1，張?zhí)炝?

（1. 天津市濱濤混凝土有限公司，天津300240；2. 山東廣信工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，山東濟(jì)南250002）

隨著我國(guó)城市地鐵建設(shè)的發(fā)展，盾構(gòu)機(jī)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。盾構(gòu)工藝中的同步注漿是盾構(gòu)工藝中必不可少的，對(duì)保障隧道線(xiàn)型、防止隧道偏移、控制地表沉降，保護(hù)地表建筑物、提高隧道的抗?jié)B性等具有十分重要的意義。本文作者以長(zhǎng)株潭城際鐵路隧道盾構(gòu)施工為例介紹盾構(gòu)掘進(jìn)中的同步注漿技術(shù)。

隧道；盾構(gòu)；同步注漿技術(shù)

0　引言

盾構(gòu)機(jī)是在鋼構(gòu)體的保護(hù)下，自動(dòng)完成隧道掘進(jìn)、管片拼裝作業(yè)的隧道掘進(jìn)機(jī)。在盾構(gòu)施工過(guò)程中，由于開(kāi)挖易引起土層損失，導(dǎo)致地面下降，進(jìn)而會(huì)引起隧道的變形問(wèn)題的發(fā)生。

同步注漿是盾構(gòu)施工工藝的重要組成部分，在自穩(wěn)差的地層中采用同步注漿，能夠有效地控制地面沉降。注漿質(zhì)量的好壞直接影響到隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和地表建筑物的安全，同時(shí)也會(huì)影響施工的進(jìn)度。同步注漿的作用在于：（1）控制管片的穩(wěn)定性，提高管片與圍巖的作用力，防止隧道管片偏移；（2）控制地表沉降；（3）預(yù)防盾尾水源進(jìn)入土倉(cāng)而形成的噴涌；（4）提高隧道的抗?jié)B性；（5）隧道曲線(xiàn)超限修正。

下面以長(zhǎng)株潭城際鐵路隧道盾構(gòu)中的同步注漿為例，介紹同步注漿技術(shù)的應(yīng)用。

1　工程簡(jiǎn)介

修建城際鐵路是發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)和未來(lái)我國(guó)城市交通發(fā)展趨勢(shì)。2010 年 6 月啟動(dòng)建設(shè)的長(zhǎng)株潭城際鐵路由湖南省與鐵路部門(mén)共同籌資建設(shè)，連接長(zhǎng)沙、株洲、湘潭城市城市群，具有重要的社會(huì)意義與經(jīng)濟(jì)意義；對(duì)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)株潭一體化、滿(mǎn)足長(zhǎng)株潭城市群未來(lái)客運(yùn)需求起著重要作用。以長(zhǎng)沙站為中心，銜接株洲、湘潭、長(zhǎng)沙西（雷鋒大道）三個(gè)方向，共設(shè)車(chē)站 21 個(gè)，首期工程全長(zhǎng) 96km，總投資為 233 億元。

長(zhǎng)株潭城際鐵路綜合一標(biāo)盾構(gòu)區(qū)隧道設(shè)計(jì)為雙線(xiàn)圓形隧道，盾構(gòu)區(qū)間長(zhǎng)度為 4839 雙線(xiàn)延米，包括隧道進(jìn)口—開(kāi)福寺區(qū)間（長(zhǎng)度 1900 雙線(xiàn)延米）和開(kāi)福寺—濱江新城盾構(gòu)區(qū)間（長(zhǎng)度為 2939 雙線(xiàn)延米），采用盾構(gòu)施工技術(shù)。

2　長(zhǎng)株潭城際鐵路盾構(gòu)中的同步注漿技術(shù)應(yīng)用

同步注漿是管片背后注漿的一種形式，是在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的同時(shí)，通過(guò)盾構(gòu)機(jī)上的注漿管或管片上的吊裝孔，向管片背后注入漿液，填充管片脫離盾尾時(shí)管片與圍巖之間形成的施工間隙，又稱(chēng)為平行注漿。 在注漿開(kāi)始之前要進(jìn)行漿液原材料的選擇和配合比的試驗(yàn)。

（1）同步注漿的漿液原材料的選用條件：A）不會(huì)導(dǎo)致材料的離析，流動(dòng)性和可灌性良好；B）硬化后的漿液收縮率小；C）具有一定的早期強(qiáng)度；D）具有一定的抗?jié)B性。

目前，壁后注漿的漿液有單液型和雙液型。雙液漿是指由水泥和水拌合而成的 A 液及由水玻璃等組成的 B 液混合而成的漿液。單液型漿液依據(jù)漿液的性質(zhì)分為單液活性注漿液和單液惰性注漿液。活性漿液在漿液中摻加了水泥等凝膠物質(zhì)，具備一定的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度。惰性漿液中沒(méi)有水泥等凝膠物質(zhì)，是早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度都很低的漿液；單液漿由于其施工工藝簡(jiǎn)單，易于控制，且不宜堵管、造價(jià)低、漿液擴(kuò)散均勻等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于管片背后注漿系統(tǒng)；雙液漿由于工藝復(fù)雜，易堵管，但凝結(jié)迅速早強(qiáng)，一般用于止水式、補(bǔ)救性注漿。

（2）配合比的試驗(yàn)。本工程采用單液注漿，注漿配合比要求漿液具有高結(jié)石率、結(jié)石體強(qiáng)度大，具有防地下水侵蝕的特點(diǎn)；水泥是為漿液提供固結(jié)強(qiáng)度和調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間的材料；粉煤灰用以改善漿液的和易性、膨潤(rùn)土有效地減緩了漿液材料的分離，降低了漿液泌水率。漿液的和易性應(yīng)滿(mǎn)足泵送工藝、以不離析、不沉淀、不堵管為佳；另外，砂量過(guò)大易使?jié){液沉淀堵管，粉煤灰、膨潤(rùn)土的使用，大大改善了漿液的和易性。從理論上講初凝時(shí)間越短越好以便約束和穩(wěn)定管片，但初凝時(shí)間太短，容易造成管路堵塞。要求漿液的物理力學(xué)性能主要指標(biāo)見(jiàn)表 1。對(duì)本標(biāo)段的工程，初步擬采用單液漿漿液配比，見(jiàn)表 2。

通常，當(dāng)發(fā)現(xiàn)注漿效果不理想或注漿不足時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取二次注漿補(bǔ)強(qiáng)措施，二次注漿補(bǔ)強(qiáng)漿液配比應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，通過(guò)試驗(yàn)確定。而本標(biāo)段所采用的二次注漿補(bǔ)強(qiáng)漿液配比，見(jiàn)表 3。

表1　漿液物理力學(xué)性能指標(biāo)

注漿效果的檢查主要是根據(jù)壓力—注漿量—時(shí)間曲線(xiàn)，結(jié)合掘進(jìn)速度及襯砌，以及地上建筑物的沉降變形量檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析判斷，有時(shí)可采用無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)注漿效果。

表2　初步單液漿漿液配比

表3　補(bǔ)強(qiáng)注漿配比

一般盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)直徑大于管片的外徑。當(dāng)管片在盾尾拼裝完成后，盾構(gòu)機(jī)向前行進(jìn)，管片與土層之間形成建筑空隙。采用漿液材料快速填充此環(huán)形間隙的施工工藝就是同步注漿工藝。同步注漿目的在于防止地層沉降、減少施工危險(xiǎn)因素，確保施工安全；保證地層壓力均勻徑向作用于管片、限制管片的位移和變形、防止隧道透水，提高隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

注漿壓力是注漿施工技術(shù)中主要控制指標(biāo)。對(duì)于自穩(wěn)差的地層，理論上注漿壓力應(yīng)于開(kāi)挖面水土壓力平衡。實(shí)際上則是注漿壓力略大于開(kāi)挖面水土壓力。依據(jù)本工程的特點(diǎn)，注漿壓力控制在 0.5MPa 左右。

盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)的過(guò)程中，除排出洞身斷面的土體外，還存在因其他方面的土體流失所造成的空間，如：盾尾管片安裝后形成的空隙、曲線(xiàn)地段推進(jìn)超挖形成的空隙、盾構(gòu)機(jī)糾偏形成的空隙、盾構(gòu)機(jī)蛇形前進(jìn)形成的空隙等，這些空隙都需要注漿填充。同步注漿的注漿量由理論計(jì)算確定，即盾殼的建筑空隙體積乘以 1.5～2.0 的系數(shù)。每環(huán)的同步注漿量計(jì)算如下：

其中：

k——注漿率，取 1.5；

D——盾構(gòu)機(jī)切削外徑，mm；

d——管片的外徑，mm；

L——管片的環(huán)寬，mm。

注漿量應(yīng)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地面沉降監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行調(diào)整。

注漿速率應(yīng)與掘進(jìn)速度相匹配，在盾構(gòu)機(jī)完成一環(huán)掘進(jìn)的時(shí)間內(nèi)完成當(dāng)環(huán)的注漿量。依此來(lái)確定注漿速度。當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值、注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)值的 85% 以上時(shí)，可認(rèn)為達(dá)到注漿的質(zhì)量要求。

同步注漿與盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)同時(shí)進(jìn)行，同步注漿系統(tǒng)及盾尾內(nèi)置的注漿管在盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)，盾尾空隙形成的同時(shí)采用雙泵四管對(duì)稱(chēng)同時(shí)注漿，注漿方式可依據(jù)需要采用自動(dòng)控制或手動(dòng)控制。自動(dòng)控制即預(yù)先設(shè)定注漿壓力，由控制程序自動(dòng)調(diào)整注漿速度。當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，自行停止注漿。手動(dòng)控制式則由人工根據(jù)掘進(jìn)情況隨時(shí)調(diào)整注漿量、速度、壓力等參數(shù)。為預(yù)防施工中注漿管堵塞而影響進(jìn)度，要預(yù)留備用注漿管。

3　同步注漿質(zhì)量要注意的關(guān)鍵點(diǎn)

（1）為保證注漿過(guò)程的質(zhì)量，應(yīng)該在注漿前，組織相關(guān)人員制定詳細(xì)的注漿作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，并進(jìn)行漿液類(lèi)型的選擇以及漿液配合比的試驗(yàn)。確保試驗(yàn)室所做的漿液配合比的物理力學(xué)性能指標(biāo)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。（2）制定周密、詳細(xì)的注漿施工組織方案，施工工藝流程和工作程序。按照工藝流程和工作程序，詳細(xì)記錄注漿壓力、注漿量及注漿時(shí)間，并及時(shí)繪制壓力—注漿量—時(shí)間曲線(xiàn)。分析注漿速度與掘進(jìn)速度的關(guān)系，指導(dǎo)注漿施工。（3）由經(jīng)驗(yàn)豐富的注漿專(zhuān)業(yè)工程師負(fù)責(zé)成立注漿施工小組。（4）依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，以及洞內(nèi)管片襯砌的變形量、地表建筑物的沉降觀測(cè)量及時(shí)進(jìn)行信息反饋，修正注漿參數(shù)，及時(shí)處理現(xiàn)場(chǎng)突發(fā)情況。（5）維護(hù)保養(yǎng)好注漿所用設(shè)備并保證材料的供應(yīng)，確保注漿的順利進(jìn)行。

基于以上五點(diǎn)注漿建議，再佐以有效的施工保證措施和現(xiàn)場(chǎng)各方面的有力配合，就可以有效地保證同步注漿過(guò)程的施工質(zhì)量。

4　結(jié)束語(yǔ)

同步注漿技術(shù)是盾構(gòu)施工中必不可缺的關(guān)鍵性輔助工序，是控制地表建筑物沉降、防止隧道變形的關(guān)鍵。在長(zhǎng)株潭城際鐵路隧道盾構(gòu)中，區(qū)間隧道在江底最小埋深僅為 11米，個(gè)別地段地質(zhì)條件較差，存在軟硬不均地層和不整合接觸帶，地層透水性較強(qiáng)，依據(jù)地表情況和實(shí)際地層情況，采用了單液漿同步灌漿技術(shù)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際及時(shí)調(diào)整注漿填充率，較好的填充了地層、有效地控制了地表沉降，取得了預(yù)期效果。

［通訊地址］天津市河北區(qū)建昌道 59 號(hào)（300240）

董會(huì)芳，女，高級(jí)工程師，1998 年畢業(yè)于天津城市建設(shè)學(xué)院，學(xué)歷本科，建筑材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)。2011級(jí)在職研究生，天津城建大學(xué)，建筑與土木工程專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域。