武汉地铁21号线盾构施工中的跟进式二次注浆控制沉降施工技术

朱海军 苏长毅

中建三局基础设施工程有限公司 湖北 武汉 430064

虽然盾构施工技术得到很大发展，但施工引起的地表沉降仍然无法完全避免。在城市中进行盾构施工时，不可避免地会穿越地层条件复杂、上部建（构）筑物密集的区段，这对地面沉降的控制要求就很高。目前沉降控制的一种方法是采取土体加固，然后盾构再穿越的方案，这种方案要求地面具备足够的加固空间，很多情况下盾构穿越重大风险工程时并不存在预先加固的条件，而且造价很高。另一种方法则是通过同步注单液浆并后续辅助注双液浆的方法填充盾尾空隙。单液浆初凝时间长，初凝强度低，而且存在拱顶部位无法填充密实的问题，后续补注双液浆存在自动化程度低、工序衔接难、易堵管，且洞内拌水泥浆造成粉尘污染严重、工人劳动强度大等问题，对地表沉降控制效果也不甚理想。因此，充分利用盾构设备自身条件进行二次注浆技术的改进至关重要。

本文对利用盾构机同步注浆管进行跟进式二次注浆的技术方法和技术要点进行了简要的叙述。

1 工程概况

1.1 工程简介

武汉地铁21号线新荣站—黄浦新城站区间隧道直径6 200 mm，采用2台土压平衡式盾构机由黄浦新城站小里程端先后始发至新荣站大里程端接收。线路出黄浦新城站后，沿规划道路下穿张公堤花鸟市场、张公堤防洪堤坝及汉施公路，随后沿江北路下（侧）穿众多低矮房屋（1～6层不等），南拐下穿堤角公园前行，下穿解放大道交叉口并侧穿轻轨1号线高架桥到达新荣站。区间线路总体埋深为16～21 m。

1.2 区间地质情况

区间隧道洞身主要穿越的地层为③5粉质黏土、粉土、粉砂互层，④1粉砂，④2粉细砂， 4黏土夹碎石， a-2泥岩， f石英砂岩。

2 跟进式二次注浆施工

2.1 跟进式二次注浆工艺简介

在盾构掘进过程中，将盾构机自带的上、下、左、右4路同步注浆管分为两部分。在掘进过程中，左上、左下及右上3路注浆管仍然进行同步注浆，利用右下位置的注浆管单独向脱出盾尾的第2环管片进行顶部径向补水泥砂浆，同时在相邻管片背后采用单独的注浆泵注入水玻璃浆液，使水泥砂浆与水玻璃浆在管片背后充分混合，以达到快速凝固从而控制地层沉降的效果。2种浆液混合比例根据混合后凝固时间40 s左右控制，浆液注入量根据实际注浆压力控制。本工艺可以将同步注浆与二次补浆有效统一，将注水泥浆与注水玻璃有机结合，增强了管片背后间隙填充的及时性和有效性，消除了传统二次注浆与盾构正常掘进二者交叉施工时产生的干扰，而且与传统二次注浆方法相比，不需再单独配制水泥浆液，仅单独泵送水玻璃浆液使得注浆工作量大大降低，加快了施工进度。充分利用盾构机自身设备提高了自动化程度，节约了人力、物力，达到了有效控制地层沉降的良好施工效果。

2.2 跟进式二次注浆作业步骤

该方法与盾构施工过程同步进行，包括如下步骤：

1）开孔。在盾构刀盘掘进到位、管片拼装完成后，必须在管片处于盾壳内时在顶部附近开孔，并在开孔位置安装球阀（分别适用于同步注浆管和水玻璃泵管规格的球阀），以防止因管片脱出盾尾后开孔引起管片背后浆液喷涌。

2）配制水玻璃浆液。开孔的同时，在设备桥位置放置搅拌桶和注浆泵，将水玻璃与水按照1∶1的体积比在搅拌桶中混合拌制备用。

3）接管。将同步注浆管与脱出盾尾的第2环管片的顶部球阀相连，将水玻璃浆泵的注浆管与相邻第3环管片的注浆球阀相连，连接好后应检查其牢固性。

4）掘进注浆。盾构机开始掘进下一环，同时开启同步注浆泵和水玻璃浆注浆泵，打开管片顶部球阀。此时，盾构机的左上、左下和右上3路同步注浆管向脱出盾尾的第1环管片背后注入水泥砂浆，右下一路同步注浆管向脱出盾尾的第2环管片顶部背后注入水泥砂浆，水玻璃浆泵向相邻的第3环管片顶部背后注入水玻璃浆，2种浆液在管片背后混合，快速硬化。

5）注浆结束后，关闭球阀，拆下浆管并进行清洗。

按照以上5个步骤反复进行跟进注浆施工直至安全穿越敏感区。

衬砌管片脱出盾壳前，须安装好注浆头并关闭球阀。从脱出盾壳后的第2环衬砌管片和相邻的第3环管片进行跟进注浆作业，为防止双液浆凝固包裹盾尾，水玻璃须从远离盾尾的管片注入，且注浆完毕后要先停止注入水玻璃，后停止注入水泥砂浆，减少窜浆。根据掘进位置土层的水土压力设定注浆泵和右下同步注浆管路的注浆压力，一般压力不超过0.5 MPa；当接近终注压力时，降低注浆速度，以免对管环结构造成损伤。注完一处后，必须及时清洗两路注浆管路，防止堵管。等浆液充分凝固后再拆除球阀，封堵注浆孔。整个过程在盾构掘进过程中需连续不间断。

3 注浆效果评价

为了进一步说明壁后跟进式二次注浆对地面沉降的控制效果，特选择位于粉砂、粉细砂层的2个监测断面的数据进行比较，2个断面所处的地层相同，埋深相近，地面环境不同，其中的一个断面位于荒地下方，正常掘进（图1）；另一个断面位于居民区下方，采用跟进式二次注浆防沉降处理（图2）。

从监测结果可以看出如下几个规律：

图1 未采用二次注浆的沉降曲线

图2 采用二次注浆的沉降曲线

1）在盾构机掌子面位于监测断面前20 m左右时，监测断面开始出现轻微隆起。资料显示，此现象为土仓压力大于刀盘掌子面的实际土压力，造成刀盘前方一定范围内的地面隆起，此土压力参数值设置可在一定程度上减小地表工后沉降量[1]。

2）无论是否采取跟进式壁后注浆措施，地面沉降的规律是相同的。盾构机到达时土层沉降开始出现，2 d左右沉降速率达到最大值，4 d后沉降速率减小并趋于平稳，即盾构机穿越完成之后的1～4 d是沉降发生的主要时期。

3）采取跟进式壁后注浆措施控制地面累计沉降量的效果显著。比较图1及图2的监测数据，累计沉降量后者是前者的40%，该措施将长江Ⅰ级阶地富水砂层的盾构掘进施工沉降控制在2 cm左右，符合设计要求，确保了沿线房屋及其他建（构）筑物的正常使用，降低了施工风险[2-4]。

4 结语

本文结合武汉地铁21号线新荣站—黄浦新城站区间工程，介绍了一种利用盾构机同步注浆管跟进补充注浆的防沉降控制施工工艺，此工艺是盾构同步注浆的有效补充，操作简单、效果明显，降低了劳动强度，消除了水泥浆液拌和过程中的粉尘污染，改善了洞内作业环境，且不影响正常的盾构掘进，可供后续施工参考。