双液浆同步注浆在盾构隧道施工中的应用

白耀平

摘 要：我国在“十三五”期间，城市轨道交通建设对盾构机的需求量将翻番，城市轨道交通工程进入蓬勃发展阶段。由此，相关专业也将会涌现出大量的工程施工技术问题需要解决，特别是地铁盾构区间在施工和运营过程中沿线及周边地面的变形，造成严重的经济损失和社会影响，地铁隧道盾构区间施工中采用水泥+水玻璃双液浆同步注浆能够较好地保持地层的稳定性，抑制施工过程中和运营期间引起的过大变形，确保地面及周边建筑物沉降在安全范围内，在特殊地质和小曲线、下穿结构及建筑物盾构区间施工中具有推广意义。

关键词：盾构区间隧道；同步注浆；双液浆；地面沉降

中图分类号：U455.43 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）19-0124-03

Application of Synchronous Grouting of Two Slurry in

Shield Tunnel Construction

BAI Yaoping

（No.2 Engineering Corporation Limited of CR20G，Beijing 100042）

Abstract： In the period of "13th Five-Year"， the demand of urban rail transit for the construction of urban rail transit will double， and the urban rail transit project has entered a stage of vigorous development. A large number of engineering construction technical problems will be solved， especially the process of construction and operation of the subway shield. The deformation of the ground along the line and the surrounding ground causes serious economic loss and social influence. The use of cement + glass double liquid slurry synchronous grouting in the tunnel shield tunnel construction can maintain the stability of the formation well， restrain the excessive deformation during the construction process and during the operation， and ensure the settlement of the ground and surrounding buildings. Within the scope of safety， the construction of special geological and small curve， through structures and shield tunnels is of great significance.

Keywords： shield tunnel； synchronous grouting；double slurry； land subsidence

1 工程概况

郑州市轨道交通城郊铁路二期土建施工某合同段某盾构区间下穿南水北调中线总干渠和姬庄南沟排水倒虹吸，穿位置处南水北调干渠顶宽为103.04m（保护围栏之间距离），干渠底宽约21m，干渠底标高为115.12m，深约8.9m，边坡为1∶2.5。该区间为富水粉质黏土层，在全断面富水粉质黏土层中的盾构掘进由于盾构自身施工工艺沉降控制十分困难，往往是在盾尾通过后的24h内，95%的地层将发生沉降，盾构二次补浆对地层的加强作用不明显，甚至由于压力过大而无法进行二次注浆。因此，在本工程地质条件下，盾构掘进地层沉降控制十分困难，盾构施工风险极高。参建各方通过组织专家论证，并根据专家意见，进行比对试验，主要包括注浆料的比對、方法的比对、加固效果的比对，决定技术措施以洞内措施+地面应急抢险措施为主，洞内措施主要为采用水泥浆+水玻璃双液浆（简称“双液浆”）作为盾构隧道施工同步注浆用浆液。

2 盾构隧道同步注浆概述

2.1 注浆作用

盾构机的切削刀盘直径6.28m与隧道衬砌管片的外径6.0m有一定的差值，即[ΔD]=6.28-6.0=0.28m[1-3]。另外，由于盾构掘进过程中的蛇形运动，会产生难以预控的超挖和理论间隙，管片与地层间存在一环形建筑空间。目前，常用的盾构机均通过同步注浆系统向刚脱出盾尾的管片背后的空隙中注入浆液，以将管片和开挖地层间空隙填充密实，保证盾构隧道上方土体不发生较大沉降，确保施工安全。

2.2 注浆材料的选用

目前，盾构施工选用的注浆主要有两类，分别为传统砂浆和可硬性浆液。传统砂浆由粉煤灰、中细砂和水等组成，外加剂为膨润土；可硬性浆液是在传统浆液基础上添加水泥。

根据本文提出的项目的施工特点及下穿南水北调中线总干渠的设计要求，选择的注浆浆液必须具有良好的和易性、填充性、早期强度上升快的性能。通过充分考虑这些因素，有针对性地对同步注浆材料进行选择和对比，决定采用双液浆。

水泥浆+水玻璃双液浆同步注浆胶凝时间短，且在几秒钟到几十分钟内准确控制；而常规的盾构隧道施工同步注浆采用惰性缓凝浆液（水泥砂浆），凝固时间较长（初凝时间6～10h）[4-6]。盾构施工采用双液浆进行同步注浆的优点主要有：①可以尽早填充地层，减少地层沉陷量，保证周围环境的安全；②确保管片衬砌的早期稳定性和其背后间隙的密实性；③作为管片衬砌防水的第一道防线，提供终身、均质、稳定的防水功能；④作为隧道衬砌结构的加强层，使其具有耐久性和一定的强度。而对于盾构下穿重要管线、建（构）筑物，惰性缓凝浆液容易流失造成底层沉降过大。因此，该工程采用水泥浆+水玻璃双液浆能确保短时间内填充管片背后空隙，以达到控制地层沉降的目的。

3 双液浆同步注浆施工工艺

3.1 双液浆同步注浆设备

盾构机双液浆同步注浆设备由注浆泵、清洗泵、储浆灌、管道和阀件等组成，安装在后配套台车上。在盾尾设置了4处共8根同步注浆管（4根A液和4根B液注浆管）注双液浆，当盾构掘进时，A、B两个注浆泵分别将储浆灌中的水泥浆液和水玻璃泵出，通过各自输浆管道，进入盾尾壳体内的同步注浆管，两种浆液出注浆管后混合填充管片外表面的环形空隙。

3.2 双液浆配合比

盾构同步注浆双液浆浆液参考以往施工经验并经实验室试配确定。根据本工程情况，同步注浆配合比如下。双液浆配比（质量比），水泥∶水=1.2∶1，水玻璃∶水泥浆=1∶7，初凝时间23s[7-9]。浆液性能指标见表1。

3.3 双液浆注浆参数设定

3.3.1 注浆压力。注浆压力略大于该地层位置的静止水土压力，同时避免浆液进入盾构机的土仓中。最初的注浆压力是根据理论的静止水土压力确定的，在实际掘进过程中将不断优化。注浆压力过大，会导致地面隆起和管片变形，且易漏浆；若注浆压力过小，则浆液填充速度赶不上空隙形成速度，又会引起地面沉降。根据工程总结，注浆压力取0.03～0.06MPa。

3.3.2 注浆量。每环管片的注浆量为理论值的1.5～2倍，即每环的注浆量为3.2～3.5m3。水玻璃注入量根据实验配比进行注入，注入比例为：水玻璃∶水泥浆=1∶7。

3.3.3 注浆时间和速度。在不同的地层中，根据不同凝结时间的浆液及掘进速度来具体控制注浆时间的长短。做到“掘进、同步注浆，不掘进、不注浆”，通过控制同步注浆压力和注浆量双重标准来确定注浆时间。注浆量和注浆压力达到设定值后方可停止注浆，否则仍需补浆。

3.3.4 注浆结束标准及注浆效果检查。采用注浆压力和注浆量双指标控制标准，即当注浆压力达到设定值，注浆量达到设计值的85%以上时，即可认为达到了注浆效果。

注浆效果检查主要采用分析法，即根据注浆压力-注浆量-时间曲线，结合管片、地表及周围建筑物量测结果进行综合评价。

4 双液浆同步注浆的特点

4.1 能快速控制地层早期变形

采用水泥浆+水玻璃双液浆进行盾构同步注浆，浆液能在短时间内凝结并产生较大强度，及早填充管片周边的空隙，稳固了地层，减少了地层扰动和初期沉降值，能保证周围环境的安全。施工单位通过盾构试验段对盾构掘进参数和双液浆同步注浆参数进行总结和调整，最终确定较为合理的掘进参数。盾构隧道施工于2014年4月21日开始进行下穿进入施工影响范围区域（2倍隧道埋深范围内），到2014年4月29日盾构机盾尾脱出施工影响范围区域。通过对施工进度、监测数据进行综合分析可知，在刀盘到达前，测点累计沉降约1mm，盾体通过时沉降2～3mm，盾尾脱出时沉降为6～7mm。总体来说，地表沉降能控制在12mm以内，管线沉降能控制在10mm内（设计单位提供的控制值为10mm）。

4.2 能控制管片拼裝质量和变形

盾构隧道管片质量控制主要为管片位移和管片错台及破损。盾构隧道采用双液浆进行同步注浆能快速有效地充填管片背后间隙，快速凝结的浆液有利于管片的早期稳定，对控制管片上浮有明显的效果。通过对该区间管片姿态日常量测分析，管片中线最大偏移量为50～60mm，管片高程最大偏移量为40～50mm（规范要求±100mm）。管片收敛收敛最大值为+2.29mm（规范要求±20mm）。

4.3 有利于盾构机姿态控制

同步注浆采用双液浆能及时有效地对盾尾建筑空隙进行填充，并且凝固时间较短，对约束管片在轴线及高程上的变化起到很好的作用。在管片变形得到良好的控制后，盾构机后端姿态控制较为稳定，并且可以随着前端姿态纠偏而做出迅速反应，进而使盾构机姿态能快速有效地达到操作者的意图，有利于姿态的稳定控制。

5 结语

水泥+水玻璃双液浆止水性能好，不易离析，凝结时间较短且可调节，能达到较短时间内固结和止水的目的。盾构同步注浆采用双液浆注浆能及时有效地填充盾构建筑间隙，能够有效保持地层的稳定性，抑制施工引起的过大变形，进而起到控制地表沉降的作用。同时，同步注双液浆能起到很好的堵水效果，防止盾尾漏水、漏浆，有效控制了管片变形，保证隧道的成形质量。在特殊地质和小曲线、盾构隧道下穿重要管线及建筑物段，盾构采用双液浆同步注浆能够起到良好的控制沉降的作用，保证盾构施工和周边环境的安全，值得推广。

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