軟土地層盾構法隧道同步注漿工藝標準化研究

黃 俊（上海隧道工程股份有限公司，上海 200232）

隨著國內城市基礎建設的不斷發展，地下空間的不斷開拓，盾構法施工區域也不斷擴展。盾構法隧道施工將不可避免的遇到不同地層、不同埋深和不同施工環境；為適應不同各類復雜多變的工況，控制盾構法隧道施工對周邊環境的影響，需現場技術人員針對現狀及時作出合理的施工參數，如根據不同地層情況，調整合適的注漿位置、注漿量和相應的注漿壓力等，因此，對某一關鍵施工工藝進行標準化研究十分有必要。

1 盾構法隧道同步注漿工藝特點

盾構法隧道同步注漿施工是盾構工法中必不可少的工序，是控制地面沉降和隧道穩定的關鍵[1]。盾構法隧道同步注漿工藝是在盾構掘進的同時，通過注漿泵的泵壓作用，把具備一定工作性能和強度的漿液注入盾尾管片環外空隙之中，達到填充盾尾建筑空隙、減小地面沉降、提高整體隧道穩定、輔助隧道防水等目的，盾構同步注漿示意圖如圖 1 所示。

圖1 盾構法隧道同步注漿示意圖

以軟土地層盾構法隧道施工為例，同步注漿工藝標準化關鍵技術及難點。

（1）適應盾構工法的同步注漿工藝；針對不同盾構工法（如地鐵單圓盾構隧道、雙圓盾構隧道、超大直徑盾構隧道、矩形盾構隧道、地面出入式盾構隧道等）選擇與工法相適應的同步注漿工藝（可硬性砂漿、抗剪型砂漿、雙液漿等）極其重要。

（2）適應同步注漿工藝的標準漿液配合比；針對同步注漿漿液性能指標設計，對同步注漿漿液的配置尤為重要，包括漿液的標準配合比、拌漿原材料的選取標準等。

（3）適應漿液材料的配套施工設備；針對漿液材料的性能特點，選取相應的拌漿、輸漿、注漿等配套設備，對保證漿液質量及輸送效率，從而達到注漿效果意義重大。

（4）適應工況條件的注漿參數控制；針對不同工況條件下的施工控制要求，對注漿量、注漿壓力、注漿空位布置及比例分配等，是確保同步注漿施工效果的最關鍵因素。

2 適應盾構工法的同步注漿工藝研究

軟土地層盾構法隧道施工，先后經歷了惰性漿、可硬性單液砂漿、雙液漿、抗剪型單液漿，惰性漿因其施工控制效果差，已被淘汰，對可硬性單液砂漿、雙液漿、抗剪型單液漿同步注漿工藝適用范圍進行比選分析，如表 1 所示。

表1 各同步注漿工藝適用范圍

對不同同步注漿漿液材料進行了比選分析，如表 2 所示。

表2 主要漿液類型比選表

對不同同步注漿工藝進行了比選分析，如表 3 所示。

表3 主要施工工藝比選表

3 適應同步注漿工藝的標準漿液配合比研究

可硬性單液砂漿、雙液漿、抗剪型單液砂漿材料的標準配合比及性能指標如表 4、5、6 所示。

表4 盾構可硬型砂漿（KY漿）標準配合比及性能指標

表5 盾構雙液漿標準配合比及性能指標

表6 盾構抗剪型砂漿標準配合比及性能指標單位：kg/m3

抗剪型單液砂漿能夠適應不同盾構工法，并取得良好施工效果的原因，可從以上漿液材料的配合比及性能指標分析如下。

（1）較低的稠度；不同于以往惰性漿及可硬性砂漿，抗剪型砂漿采用與混凝土標準相同的“坍落度”作為性能控制指標，能顯著降低漿液注入量，降低對周圍水土的擾動；

（2）較大的密度；由于漿液配比中含砂量高，避免了漿液注入地層后受地下水的稀釋而導致漿液流失；

（3）較高的抗剪強度；依靠其早期抗剪強度，能夠快速達到控制周圍土體變形與隧道結構穩定的作用，相比較可硬性砂漿，同步注漿工藝對漿液的要求，更需要體現“及時、充分”，若漿液在早期無法具備抵御周圍土體變形的能力，后期無論漿液固結體強度再高，周圍土體及隧道結構已然發生變形，則無法達到同步注漿最佳效果[2]。

4 適應漿液材料的配套施工設備研究

盾構法隧道施工是一項機械化程度較高的工法，同步注漿工藝施工過程中配套設備的選型對于漿液施工質量、施工效率至關重要，通過以往施工案例總結分析，同步注漿施工質量控制差的原因，往往是因配套設備選型不當，導致漿液性能指標無法保障，嚴重影響了施工質量，對漿液拌制、輸送、注漿三個工序過程的配套設備配置標準如下。

（1）漿液拌制。采用抗剪型砂漿同步注漿工藝，施工現場或專業攪拌站的拌漿系統均應采用自動化砂漿攪拌樓系統，拌漿系統設備標準如表 7所示。

表7 拌漿系統設備標準

（2）漿液輸送。同步注漿輸漿與存儲系統應滿足以下基本要求：①各輸漿管路直徑應滿足漿液輸送要求，≥120 mm；②輸漿泵應適應施工漿液的輸送，流量須＞20 m3/h；③盾構儲漿槽容量應大于盾構每環掘進最低注漿量；④各儲漿槽必須具備攪拌功能，宜采用橫軸滾輪式攪拌。輸漿系統設備如圖 2 所示。

圖2 輸漿系統示意圖

（3）注漿施工。盾構注漿系統應滿足以下基本要求：①最大理論輸出 ≥12 m3/h；②各注漿管路注漿壓力與注漿量可獨立調節控制；③注漿壓力與注漿量能正確顯示且數據可儲存、讀取；④在設定注漿壓力要求范圍內，可自動開啟或停止注漿泵。

5 適應工況條件的注漿參數控制研究

盾構掘進過程中，應采用同步、多點、均勻注漿，注入流量應同掘進速度相適應，使之既能達到有效填充建筑空隙，又不會對管片成環質量產生影響，盾構注漿系統通過多個（4～6 點）注漿點對盾尾管片外部建筑空隙實施同步注漿。

以軟土地層地鐵隧道施工為例，不同地層參數條件下的同步注漿施工注漿率參數可參照表 8。

表8 不同地層參數條件下的注漿率參數對應表

以軟土地層地鐵隧道施工為例，特殊工況條件下的同步注漿施工注漿率參數可參照表 9。

表9 特殊工況條件下的注漿率參數對應表

6 結 語

本文對盾構法隧道同步注漿標準化進行了比選分析與研究，主要結論如下。

（1）漿液材料標準化；抗剪型單液砂漿經過應用實踐，已廣泛應用于地鐵盾構隧道、超大直徑盾構隧道、異形盾構隧道等同步注漿工藝中，取得了良好施工控制效果，其取材廣泛、經濟性好，施工配置簡易，施工可操作性高，目前已基本取代惰性漿、可硬性單液砂漿、雙液漿；在施工標準化中需重點控制配合比及性能指標標準化，以性能指標質量控制為核心，根據原材料特性可通過室內實驗對配合比進行調整。

（2）配套設備標準化；配套設備的選型需嚴格依照漿液性能指標，在施工標準化中根據漿液材料和易性、初凝時間、泌水率等指標，選取適應漿液材料及施工效率的配套設備。

（3）施工參數標準化；在控制漿液性能指標的基礎上，施工參數標準化的重點，是要根據土層物理力學性能、盾構線性、軸線等工況條件，對注漿率、注漿量等關鍵參數進行針對性調整。