武漢地鐵21號線盾構施工中的跟進式二次注漿控制沉降施工技術

朱海軍 蘇長毅

中建三局基礎設施工程有限公司 湖北 武漢 430064

雖然盾構施工技術得到很大發展，但施工引起的地表沉降仍然無法完全避免。在城市中進行盾構施工時，不可避免地會穿越地層條件復雜、上部建（構）筑物密集的區段，這對地面沉降的控制要求就很高。目前沉降控制的一種方法是采取土體加固，然后盾構再穿越的方案，這種方案要求地面具備足夠的加固空間，很多情況下盾構穿越重大風險工程時并不存在預先加固的條件，而且造價很高。另一種方法則是通過同步注單液漿并后續輔助注雙液漿的方法填充盾尾空隙。單液漿初凝時間長，初凝強度低，而且存在拱頂部位無法填充密實的問題，后續補注雙液漿存在自動化程度低、工序銜接難、易堵管，且洞內拌水泥漿造成粉塵污染嚴重、工人勞動強度大等問題，對地表沉降控制效果也不甚理想。因此，充分利用盾構設備自身條件進行二次注漿技術的改進至關重要。

本文對利用盾構機同步注漿管進行跟進式二次注漿的技術方法和技術要點進行了簡要的敘述。

1 工程概況

1.1 工程簡介

武漢地鐵21號線新榮站—黃浦新城站區間隧道直徑6 200 mm，采用2臺土壓平衡式盾構機由黃浦新城站小里程端先后始發至新榮站大里程端接收。線路出黃浦新城站后，沿規劃道路下穿張公堤花鳥市場、張公堤防洪堤壩及漢施公路，隨后沿江北路下（側）穿眾多低矮房屋（1～6層不等），南拐下穿堤角公園前行，下穿解放大道交叉口并側穿輕軌1號線高架橋到達新榮站。區間線路總體埋深為16～21 m。

1.2 區間地質情況

區間隧道洞身主要穿越的地層為③5粉質黏土、粉土、粉砂互層，④1粉砂，④2粉細砂， 4黏土夾碎石， a-2泥巖， f石英砂巖。

2 跟進式二次注漿施工

2.1 跟進式二次注漿工藝簡介

在盾構掘進過程中，將盾構機自帶的上、下、左、右4路同步注漿管分為兩部分。在掘進過程中，左上、左下及右上3路注漿管仍然進行同步注漿，利用右下位置的注漿管單獨向脫出盾尾的第2環管片進行頂部徑向補水泥砂漿，同時在相鄰管片背后采用單獨的注漿泵注入水玻璃漿液，使水泥砂漿與水玻璃漿在管片背后充分混合，以達到快速凝固從而控制地層沉降的效果。2種漿液混合比例根據混合后凝固時間40 s左右控制，漿液注入量根據實際注漿壓力控制。本工藝可以將同步注漿與二次補漿有效統一，將注水泥漿與注水玻璃有機結合，增強了管片背后間隙填充的及時性和有效性，消除了傳統二次注漿與盾構正常掘進二者交叉施工時產生的干擾，而且與傳統二次注漿方法相比，不需再單獨配制水泥漿液，僅單獨泵送水玻璃漿液使得注漿工作量大大降低，加快了施工進度。充分利用盾構機自身設備提高了自動化程度，節約了人力、物力，達到了有效控制地層沉降的良好施工效果。

2.2 跟進式二次注漿作業步驟

該方法與盾構施工過程同步進行，包括如下步驟：

1）開孔。在盾構刀盤掘進到位、管片拼裝完成后，必須在管片處于盾殼內時在頂部附近開孔，并在開孔位置安裝球閥（分別適用于同步注漿管和水玻璃泵管規格的球閥），以防止因管片脫出盾尾后開孔引起管片背后漿液噴涌。

2）配制水玻璃漿液。開孔的同時，在設備橋位置放置攪拌桶和注漿泵，將水玻璃與水按照1∶1的體積比在攪拌桶中混合拌制備用。

3）接管。將同步注漿管與脫出盾尾的第2環管片的頂部球閥相連，將水玻璃漿泵的注漿管與相鄰第3環管片的注漿球閥相連，連接好后應檢查其牢固性。

4）掘進注漿。盾構機開始掘進下一環，同時開啟同步注漿泵和水玻璃漿注漿泵，打開管片頂部球閥。此時，盾構機的左上、左下和右上3路同步注漿管向脫出盾尾的第1環管片背后注入水泥砂漿，右下一路同步注漿管向脫出盾尾的第2環管片頂部背后注入水泥砂漿，水玻璃漿泵向相鄰的第3環管片頂部背后注入水玻璃漿，2種漿液在管片背后混合，快速硬化。

5）注漿結束后，關閉球閥，拆下漿管并進行清洗。

按照以上5個步驟反復進行跟進注漿施工直至安全穿越敏感區。

襯砌管片脫出盾殼前，須安裝好注漿頭并關閉球閥。從脫出盾殼后的第2環襯砌管片和相鄰的第3環管片進行跟進注漿作業，為防止雙液漿凝固包裹盾尾，水玻璃須從遠離盾尾的管片注入，且注漿完畢后要先停止注入水玻璃，后停止注入水泥砂漿，減少竄漿。根據掘進位置土層的水土壓力設定注漿泵和右下同步注漿管路的注漿壓力，一般壓力不超過0.5 MPa；當接近終注壓力時，降低注漿速度，以免對管環結構造成損傷。注完一處后，必須及時清洗兩路注漿管路，防止堵管。等漿液充分凝固后再拆除球閥，封堵注漿孔。整個過程在盾構掘進過程中需連續不間斷。

3 注漿效果評價

為了進一步說明壁后跟進式二次注漿對地面沉降的控制效果，特選擇位于粉砂、粉細砂層的2個監測斷面的數據進行比較，2個斷面所處的地層相同，埋深相近，地面環境不同，其中的一個斷面位于荒地下方，正常掘進（圖1）；另一個斷面位于居民區下方，采用跟進式二次注漿防沉降處理（圖2）。

從監測結果可以看出如下幾個規律：

圖1 未采用二次注漿的沉降曲線

圖2 采用二次注漿的沉降曲線

1）在盾構機掌子面位于監測斷面前20 m左右時，監測斷面開始出現輕微隆起。資料顯示，此現象為土倉壓力大于刀盤掌子面的實際土壓力，造成刀盤前方一定范圍內的地面隆起，此土壓力參數值設置可在一定程度上減小地表工后沉降量[1]。

2）無論是否采取跟進式壁后注漿措施，地面沉降的規律是相同的。盾構機到達時土層沉降開始出現，2 d左右沉降速率達到最大值，4 d后沉降速率減小并趨于平穩，即盾構機穿越完成之后的1～4 d是沉降發生的主要時期。

3）采取跟進式壁后注漿措施控制地面累計沉降量的效果顯著。比較圖1及圖2的監測數據，累計沉降量后者是前者的40%，該措施將長江Ⅰ級階地富水砂層的盾構掘進施工沉降控制在2 cm左右，符合設計要求，確保了沿線房屋及其他建（構）筑物的正常使用，降低了施工風險[2-4]。

4 結語

本文結合武漢地鐵21號線新榮站—黃浦新城站區間工程，介紹了一種利用盾構機同步注漿管跟進補充注漿的防沉降控制施工工藝，此工藝是盾構同步注漿的有效補充，操作簡單、效果明顯，降低了勞動強度，消除了水泥漿液拌和過程中的粉塵污染，改善了洞內作業環境，且不影響正常的盾構掘進，可供后續施工參考。