地铁盾构隧道同步注浆工艺原理及流程研究

周大为

（杭州市地铁集团有限责任公司，浙江 杭州 310016）

1 工程概况

南星桥站—江南大道站区间中两座联络通道分别与泵房和风井合建。联络通道中心里程分别为1#联络通道右DK33+936.000、左DK33+935.129；2#联络通道兼泵房右DK34+536.000、左DK34+535.129；3#联络通道兼风井右DK35+066.443、左DK35+066.960；4#联络通道右DK34+470.000、左DK35+471.885。南星桥站距钱塘江北岸约360m，江中段长度约1200m，钱塘江南岸距中间风井约120m，中间风井距江南大道站距离约840m。该区间最大水压0.36MPa。区间隧道最小掘进半径为R＝600m，最大纵坡为28‰，区间埋深为11～37m；管片外径6.2m，管片厚度350mm；管片类型分为直线、左曲、右曲3种型式；每环管片分为6块，即3块标准块、2块邻接块和1块封顶块；环宽1200mm。

2 盾构掘进原理

本工程选择运用土压平衡盾构机，且联系隧道的特征与周围建筑物、环境等。开挖过程中，弃土经由刀盘开口位置转移至土仓，并且由螺旋输送机将其清除，之后借助皮带输送机及平板车配土箱进行转移，转移到地面。土仓内有非常多的天然水、渣土、土体改良添加剂等，借助刀盘梁、搅拌棒针对这些物质进行搅拌。开挖期间，调控螺旋输送机运行速度，使得进渣和排渣量能够处于相对平衡的状态，而土仓内的物质也能因此保持较为合适的土压力[1]。螺旋输送机运行的速度会因为土压传感器所传达指示的不用，而采取适当的调控措施。若是推力、注入量等改变，螺旋输送机运行的速度也会被调控，因此务必有效控制压力值。

3 同步注浆施工艺原理

盾构法在地铁隧道的施工过程中被广泛使用，其需要盾构机进行辅助实施，盾构机在向前挖掘的时候，会造成拼接成功的管片出现滑落并逐步掉至盾构机尾部，进而在盾构机尾部形成一个环形空隙，环形空隙会造成土体出现临空面，最终发生变形。为了避免出现地面变形，需要借助同步注浆技术来进行缝隙填充，浆液不但会自动固定成型填充到盾构机尾部空隙处，而且能增强地层压力，抑制地层变形[2]。需要注意的是，以下两部分内容会对同步注浆施工技术造成干扰：（1）盾构管片的盾壳掉落之后，管片周围出现空隙，就会造成管片周围的土体不稳，同时伴随着地应力的产生，最终造成土体卸荷现象；（2）在进行同步注浆操作时，浆液会对盾尾周围的泥土产生压迫，造成土体变形移动，促使注浆的扰动。

4 同步注浆和二次补压浆施工工艺

4.1 浆液比选

本区间隧道将穿越很长一段的砂性土层，若是不被外界因素所影响，那么结构的稳定性就会相对较高；若是盾构机穿越，或是盾构机及管片空隙的支护效果欠佳，那么该地层稳定性就会受到极大影响，提升超沉现象出现的概率。所以，注浆过程中，为避免出现土层塌陷的现象，应做到以下七点：（1）提升稠度，使周边地层具备良好的支护作用；（2）注浆材料能够在盾尾中得到有效填充；（3）硬化操作结束之后，体积的止水性与缩小量明显较优；（4）因为地下水而导致的稀释量明显较小；（5）可以达到长距离压送的目的；（6）环保型浆液，注浆后不会对周边土体造成污染；（7）施工管控工作更加便捷[3]。

对比分析单液浆、双液浆，运用最合适的单液浆，1m3浆液配比如表1所示。

表1 浆液配比表

此配比浆液与以往地铁隧道使用浆液相比，具有以下优点：（1）原材料来源广、无污染，经济性好；（2）泵送性好，泵送过程中基本无泌水，不堵管，泵送出的浆液具有良好的流动性和填充性；（3）浆液具有良好的抵抗隧道上浮的能力；（4）采用膨润土与外掺剂相结合的方式，既减少了浆液的需水量，又使得浆液在20h内均具有好的泵送性；（5）浆液可以避免出现泥水后窜的现象，并且有效保护盾尾，不会因为地下水的影响而出现稀释或冲散的现象。

4.2 压浆点

借助注浆泵针对4个注浆位置进行控制，实现同步注浆。

4.3 注浆压力

设定值超过外界水压0.05～0.1MPa时，由于本项目中隧道覆土变化程度明显较大，故一定要基于施工现场的实际情况来调控注浆压力。

4.4 注浆量

每推进一环的建筑空隙V=1.2×π×（6.512-6.22）/4=3.71m3；刀盘外径Φ1为6.41m；管片外径Φ2为6.2m；实际的注浆量为理论建筑空隙的150%～250%，初定每环注浆量为5.56～9.28m3。穿越重要构建筑物、地下管线、防汛墙等重要设施时，每环的注浆量应适当增加。实际压浆量与压浆位置都要根据压浆过程中的压力值与地层变形测定结果进行调整及完善，每环注浆量应大于等于建筑空隙的2倍。

4.5 注浆施工技术

注浆能够依照实际需求选择自动控制方法或手动控制方法。自动控制方法是预先进行注浆压力的设定，并且借助控制程序进行注浆速率的自动调控，若是注浆压力为设定值，系统就会自动发出停止指令。手动控制方法是人工依照掘进程度进行注浆流量、压力、速率等相关参数的控制。注浆技术流程与管理流程如图1所示。

图1 注浆工艺流程图

4.6 设备配置

同步注浆系统：双活塞注浆泵、独立压力出口分别为2个和4个，压力出口与注浆管相接，并且借助压力传感器完成监测工作。

运输系统：自制砂浆罐车，其具备良好的自搅拌作用，具备砂浆输送泵。

4.7 管路清洗

浆液输送管的清洁频次是1次/d，进而使管路的通畅性得到有效保证，压注操作结束后要开展工作面及压注管路的清洁工作。

4.8 同步注浆质量保证措施

（1）施工前，预先编制完善的注浆施工指导书，开展浆材配比测验，以最佳的注浆材料与浆液完成配比工作。

（2）编制完善的注浆作业组织与技术程序、注浆质量控制流程，结合施工现场的实际要求完成注浆、分析、检测以及记录工作，并且绘制P-Q-t曲线，对注浆、掘进速率之间的关联性进行分析，并且对注浆成效进行有效评估，为后续注浆工作提供有效指导。

（3）建立注浆施工组，由专项技术人员管理并且负责施工现场的技术工作。

（4）基于隧道内管片衬砌变形与四周建筑物变形的实际情况，开展信息反馈工作，并对注浆施工的相关参数与作业技术进行改善及优化，进而暴露出相关问题，并提出有效的处理方式。

（5）落实注浆器具的保养、维修工作，并且保障注浆原料的有效供应，彻底清洁注浆管路与相关器具，使注浆施工的顺畅性得到有效保证。

（6）若地下水存在渗漏现象，环形间隙充填效果欠佳，结构和地层变形问题并未得到改善，或是地面建筑物的安全性不能得到有效保证，则应选择单液浆的方式，经由吊装孔完成管片背后的注浆施工。

4.9 注浆效果检查

运用分析法来评估注浆质量，即基于P-Q-t曲线，联系掘进速率与衬砌、地表、四周建筑物变形量，有效评估最终的施工水平[4]。

4.10 二次补压浆

基于沉降程度，运用二次补压浆技术进行土体的加固处理，使稳定性得到显著提升。根据实际情况从衬砌管片预留孔中进行压降，压浆过程中令专人负责此项工作，并且据实记录压入点、压入量、压力值等，依照地层变形监测数据进行优化及改善，使压浆质量得到有效保证。补压浆浆液采用单液浆或双液浆，双液浆重量比水泥∶水=1∶1，水玻璃掺入量为20%～30%。施工过程中根据注浆效果进行优化调整。

5 结束语

综上所述，在快节奏社会的影响下，地铁成为居民出行的主流方式，所以对地铁建设和优化变得更加紧迫，建筑企业要仔细钻研地铁盾构机的施工技术，提高我国修建地铁的速度，提升我国地铁质量[5]。除此之外，还要对盾构机的运行机理进行研究，不断优化盾构机的施工技术，结合施工场地的实际情况，修建高性能、高质量的新型地铁，方便居民出行。