盾構隧道復合腔體構件腔內注漿技術研究

彭良亮 李 迅 沈張勇 陳寧威 嚴初春 劉旭陽 李芹峰

1. 南京地鐵運營有限責任公司 江蘇 南京 210012；2. 上海隧道工程有限公司 上海 200232；3. 上海市隧道工程軌道交通設計研究院 上海 200235

如今國內外較常見的隧道加固方法為隧道內張鋼圈加固施工工法、復合腔體加固技術、隧道管片兩側澆筑混凝土法等[1]。隧道加固技術大多需要注漿填充剛性構件或構件與原混凝土管片之間間隙。因而注漿工藝選擇尤為重要，填充材料性能決定了管片加固的強度。本研究目的是通過復合腔體試驗對比其他加固技術的注漿工藝、設備、材料，選擇最合適、性價比最高的復合腔體注漿技術。

1 復合腔體加固技術試驗及原理

復合腔體加固的盾構管片全尺寸試驗，按照南京地鐵盾構管片圖紙制作盾構管片，試驗過程為：先對3環錯峰拼裝管片進行破壞加載試驗，試驗至管片達到收斂位移后，對管片采用復合腔體進行加固，再對加固后的復合腔體進行加載試驗，最終加載至破壞。

結構補強：在混凝土管片發生收斂變形達80 mm，已達到承載力極限狀態時，加裝1圈復合腔體構件，混凝土與構件之間運用化學組合錨栓固定，輔以結構膠黏結。道床排水溝部分鑿除，待復合腔體腔內注入注漿材料后，構件安裝結束，將道床恢復，使構件與道床連接為一體。通過隧道內部部分管片加裝復合腔體構件為隧道永久性補強。

2 管片補強注漿對比

2.1 隧道內張鋼圈加固施工工法

作為較為成熟的隧道內補強加固工法，其注漿工藝如下：環形鋼圈安裝完成后，立即對環形鋼板與管片間隙進行環氧樹脂（剛性環氧樹脂）填充。選擇該材料主要考慮如下因素：材料對干濕混凝土都具有較強的黏結力；材料固化后抗壓強度要求高；材料有一定的拉伸性能，能減輕可能存在的后續殘余應力變化；黏度低的材料有利于漿液滲透和擴散。

經相關單位科學研究后，選用XH160型環氧樹脂填充。該材料是一種用于混凝土結構注漿的超高強度、雙組分環氧樹脂，可以在干燥和潮濕的環境中使用。XH160由A組分環氧樹脂與B組分固化劑構成。A組分和B組分的混合物為透明琥珀色。固化后凝結成堅硬的高聚物。

壓注設備及方法：先對鋼板兩側及螺栓孔用快干水泥封堵，封堵時每60 cm高度預埋注漿軟管。再采用小型電動注漿泵利用預埋軟管壓注環氧樹脂，壓注順序自下而上，直至上部預留注漿嘴溢出樹脂方可停止注漿，注漿過程中壓力控制在0.1 MPa內。鋼管片與混凝土之間間隙為不規則空間，建議壓注時采取敲擊法辨別是否密實，如不密實應利用螺絲孔補注，同時遵循少量多次的壓注原則至少分5次完成，確保壓注的質量（圖1）。

圖1 鋼環背后注漿示意

2.2 復合腔體加固技術

根據南京地鐵復合腔體試驗及以往成功試驗得出，復合構件完成一環（4小圈）安裝后，腔內填充砂漿應選擇C50高性能注漿砂漿，主要考慮如下因素：

1）復合構件為構件腔內注漿，空間密閉，每圈長16 m左右，兩頭為一進漿口、一出漿口，為確保腔內注漿密實，需漿液循環流通，流動性要求較高。

2）漿液可操作時間需大于55 min，但終凝時間需小于90 min，漿液的固化要求較高。

3）需要腔內漿液具有較高強度。

根據以上因素，此次試驗選用MGG無收縮高強注漿料，該材料系多種無機材料和有機材料經匹配后精制而成，具有流動性好、微膨脹、操作簡便等特點。通過相應水灰比壓注的水泥注漿料，3 d抗壓強度大于60 MPa，28 d大于80 MPa。各項指標均滿足相關隧道加固規范。

壓注設備及方法：根據以往隧道內施工經驗，利用國產螺桿泵采用復合腔體小腔單管單注，右端下部注漿至左端下部出漿，注漿壓力不得大于1 MPa，鋼管小腔體出漿一定時間，使腔體內空氣被帶出，出漿量穩定后，再關閉相應出漿孔閥門，逐次完成4個小腔注漿。按同樣操作依次完成各圈的注漿作業。注漿設備放置于管片外部，注漿管路不少于5 m長度。

3 注漿材料的選擇

1）考慮注漿后結構強度，漿液固化后的抗壓強度、黏結力等方面。內張鋼圈中注漿作用為混凝土管片與鋼管片之間進行黏結，防止管片與鋼板在后期地鐵運營中產生的振動導致脫空，因而需要使用強度相對較高、黏結能力較強的剛性環氧樹脂。而復合腔體為腔內注漿，不用考慮其黏結能力，但在抗壓強度等方面要求頗高，所以選用C50高性能MGG無收縮高強注漿料。

2）考慮運營隧道施工及價格方面。運營隧道內施工只能利用凌晨地鐵停運的天窗期，故而施工時間較短，施工要求較高。內張鋼圈的施工工藝對時間的控制要求較低，注漿也需遵循少量多次原則，雖剛性環氧樹脂價格較高，但為了施工便捷及滿足技術指標要求，選擇其為注漿材料。復合腔體為單管單腔內注漿，每次注漿都必須完成單圈注漿施工，注漿量需求較大，故而選擇價格較低的C50高性能MGG無收縮高強注漿料。

4 注漿設備的選擇

在設備的選擇方面，內張鋼圈根據多年隧道內施工經驗，遵循少量多次的注漿原則，選擇電動高壓注漿泵，可在0～10 s內將壓力提升至工作壓力。機身本體質量為7 kg，可將注漿材料注入到0.01 mm以上的細微裂紋。該設備質量輕，施工便捷，可以通過增加施工人員，增加施工作業面，以滿足施工需求。

復合腔體隧道內施工經驗較少，以往施工為國產底部帶滑輪螺桿泵，自帶拌漿液系統體積大，注漿流量大，能滿足循環注漿要求，但設備體積較大，施工過程不方便。

此次實驗室復合腔體試驗經過多方篩選，最終采用進口Sprayboy P12砂漿泵。該設備小巧靈活，能出色完成施工任務。其總質量為120 kg，底部自帶滾輪，移動便捷，長、寬、高分別為714 mm、696 mm、1 437 mm，在該尺寸規格下還擁有50 L的料倉容量，既滿足單管單腔一次注漿量，又滿足運營隧道狹小空間內施工的功能。

5 復合腔體注漿情況

根據上述工藝、材料、設備參考與對比，在實驗室施工中選擇C50高性能MGG無收縮高強注漿料，設備選用Sprayboy P12砂漿泵單管循環注漿，注漿施工過程較為順利。為驗證該套工藝注漿是否能滿足構件強度要求及腔內是否填實，進行水泥砂漿試塊檢測，在破壞試驗結束后，繼續對構件進行切割，檢查腔內是否填充密實。經檢測，試塊強度滿足設計要求，腔內砂漿均填充密實。

6 結語

此次在實驗室進行的復合腔體注漿技術研究試驗，通過借鑒與對比同類型盾構管片補強工法中的注漿技術，合理選擇高強度注漿料，進口輕便小巧的注漿設備，參照運營隧道施工的特點，制定可行的注漿工藝。該工藝在施工效率、強度、性價比等方面均取得較好的成果。

[1] 李芹峰.軌交區間隧道結構鋼圈加固施工綜述[J].地下工程與隧道, 2013(1):21-24.