盾构注浆系统的选择与优缺点分析

俞培德，赵云辉

（中铁工程装备集团有限公司，河南 郑州 450016）

盾构注浆系统的选择与优缺点分析

俞培德，赵云辉

（中铁工程装备集团有限公司，河南 郑州 450016）

随着盾构掘进以及适应各个地层的需要，盾构注浆系统在设计中不断得到完善和优化，自动化程度不断提高。盾构注浆系统即可以满足单液注浆，也可以进行双液注浆，这是盾构注浆系统发展的必然趋势。

盾构；同步注浆；沉降；单液注浆；双液注浆

盾构在施工过程中，随着盾构向前推进，开挖地质将与管片之间形成缝隙，为了能够在极短的时间内将其填充密实，从而使周围岩土体获得及时地支撑，有效防止土体坍塌，控制地表沉降，需要在盾构推进过程中同时进行注浆作业。注浆原理见图1,通过注浆管路和盾尾向管片背部进行背衬注浆。

图1 同步注浆原理示意图

背衬注浆促使管片环早期稳定，有利于盾构顺利推进。施工注浆分为同步注浆和及时注浆。同步注浆作业与盾构的推进作业同步进行，它是在盾尾的孔隙产生与注浆充填处理没有时滞的状态下实施的，由于暴露的洞壁和管片之间的间隙可以随时充填，防止地表沉降的可靠性较高；及时注浆在地质情况好的情况下使用。

1 施工工艺流程

注浆流程如图2所示。

图2 注浆流程示意图

2 注浆系统选择

由于在不同的地层中渗透系数相差较大，同步浆液容易向渗透系数大的地层中渗透，因此对浆液质量、注浆量、注浆压力的控制需要特别注意，为了能应对各种土质条件，同步注浆系统设计应既可以采用双液注浆，也可以采用单液注浆的系统。

2.1 单液注浆

单液注浆为了保证管路不堵塞，调出的配比通常比较稀，凝固的时间比较长，凝固后收缩很大,会造成拱部空洞,带来一定的危害，表现为管片上浮，使隧道成形后的实际中线与设计中心发生较大的偏差，管片上浮之后安装间隙消失导致安装困难，也易造成尾刷偏磨而损坏，盾尾油脂易被地下水稀释后使密封损坏漏水，影响隧道建造质量。浆液向地层和掌子面方向渗漏增加，加大施工成本，浆液的流失导致开挖空隙得不到填充而增大地表沉降量，增加了掘进的风险。但是单液浆施工成本低，不易堵管，输送注入及清洗设备配置要求低，对施工工序延误要求低等，因而单液注浆方式在国内被广泛地采用，除了在穿越江河时为降低施工风险不宜采用外，在任何地层均能采用。但需要根据合同段的地层地质、地面构建物情况以及以往施工经验，拟定注浆浆液配比。在施工中，还要根据地层条件、地下水情况及周边条件等，通过现场试验不断优化配比参数。

2.2 双液注浆

双液注浆使用时易发生堵管，同时使设备配置及操作复杂或者人工参与施工的劳动强度大，在国内一般情况下不使用。但是双液浆凝固时间短，浆液粘性大，保水性强，对地层的止水效果较好，因此速凝剂多用于穿越江河时的掘进以避免施工风险。有时用于对管片环的复位校正和管片后二次补强注浆。一般与单液浆交替使用，在单液浆还未凝固强化前及时固定管片在地层中的位置。在盾构始发和到达阶段，总体要求缩短浆液凝固时间，需要进行双液注浆，填充地层的同时能尽早获得浆液固结体强度，以保证开挖面安全并防止洞口漏浆。对于地层地质及地面构建物沉降要求高时，需要双液注浆来控制沉降。

3 盾构注浆系统针对性设计

3.1 同步单液注浆

同步单液注浆按照注浆管布置的位置与盾体关系分为外置式和内置式注浆方式，内置式注浆管方式一定的程度上影响盾体结构强度，外置式结构增强盾体结构强度，却容易出现卡盾现象。无论同步单液还是同步双液注浆方式，都存在这两种结构形式。由于外置式结构容易出现卡盾现象，所以在特殊地层逐渐被淘汰。内置式的注浆管路如图1所示，进行同步单液注浆时采用较稀浆液，一般不容易发生堵塞，一旦注浆管堵塞，可以使用高压清洗器进行清洗。对于单液注浆管，可以在拆除注浆软管和检修窗口后，插入高压清洗头分段清洗，高达200～300bar的高压水可以快速把管路清洗干净。在遇到特殊情况时，浆液在泵和注浆管路超过1.5h，就必须用膨润土充满管路，以避免堵塞。由于同步单液操作简单，易于维保，在国内被广泛采用。

3.2 半同步双液注浆

所谓半同步双液注浆如图3所示，就是在盾构掘进时，盾体尾刷脱出管片中部后开始泵送A液和B液浆，通过混合器混合之后由管片中部注入。该方式结构和操作简单，拆装清洗方便，减少堵管风险。但是人工施工强度大，尤其是管路和管片球阀连接需要耗费较多的劳动力。

图3 半同步注浆示意图

3.3 同步双液注浆

根据双液在盾体混合位置的不同，双液混合注浆要可分为洞内混合方式、壁前混合方式以及壁后混合方式。系统在设计过程中也是从洞内混合到壁前混合，最后到成熟的壁后混合方式。

3.3.1 洞内混合方式

如图4所示，盾体壁内开挖有A液和B液注浆管路，并在盾体尾部设计有相应的单向阀结构。B液管路尾部设计有球型单向阀机构，A液管路设计有橡胶板十字口单向阀。A液和B液分别泵送到盾体尾部后在洞内进行混合。由于该设计采用洞内混合方式，一方面造成A液和B液混合不均匀导致局部强度薄弱，另一方面由于单向阀靠近盾尾外侧，混合液极易在管路末端固结导致单向阀无法开启，且无法维修。因此该方式也逐渐被废弃。

图4 洞内混合注浆方式

3.3.2 壁前混合方式

如图5所示，盾体内部只开挖双液混合浆注浆管路，在注浆管路的末端连接有A液和B液的混合器，A液和B液经由该混合器混合之后，通过注浆管路后达到盾体尾部。由于混合器构造能使得水玻璃以层流状态与水泥浆混合，能确保注入背隙内的水玻璃与水泥浆混合液均匀混合，可使双液浆达到施工所需求的设计配合比，大大提高了双液注浆的可靠性。但在实际施工过程中发现，在一定的注浆配比下水泥凝结速度过快（十几秒），达不到一定的扩散半径就凝固了，而且注浆泵稍微停顿就会发生堵管现象。因此该方式注浆仍需要设计优化。

图5 壁前混合注浆方式

3.3.3 壁后混合方式

如图6所示,在盾体尾部内集成了A液、B液以、清洗水和清洗活塞管路。A液和B液在盾尾尾部混合之后注入到开挖缝隙中，B液由紧胀性橡胶中喷出，可均匀地分散到A液当中。由于混合位置在盾体尾部，从而减少了堵管的风险。再加上合理管理即系统在停止注浆后，A液要继续泵送一段时间，可以将残留B液带出，避免凝结。当A液停止泵送后，清洗活塞向前推出，堵住混合浆出液口，此时清洗水开启，泵送到A液管路中完成闭式管路全部的清洗。由于该设计一方面减少了堵管的风险，另一方面减少人员施工强度且自动化程度高，因此将会被广泛使用。然而该设计方案的盾尾必须厚度大于70mm，增大了盾构整机的设计难度，因此仍需要完善该设计方案。

图6 壁后混合注浆方式

4 结 论

在盾构施工过程中，难免不会遇到特殊地层，盾构的注浆系统如果只单纯地设计单液注浆系统已无法满足现有地层施工的需要。由于盾体注浆不断优化，成熟的同步双液注浆设计不但减少了管路堵塞风险，同时也降低了施工强度。因此在未来严格控制地表沉降需要时，同步双液注浆是盾构注浆系统未来发展的主要方向。当然，目前的各类设计方案仍需要不断优化以适应各类地层。

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[3]苑小镌，杨医博.保水剂在同步注浆材料中的应用研究[J].研究与探讨，2004，（5)：8-9.

[4]JGJ/T211-2000 建筑工程水泥-水玻璃双液注浆技术规程[S].

（编辑 张海霞）

Shield tunnel grouting system choice of and advantages and disadvantages analysis

YU Pei-de, ZHAO Yun-hui

TU621

B

1001-1366(2015)01-0076-03

2014-10-15