地铁盾构机隧道掘进中同步注浆施工技术研究

张霄睿 江川

北方重工集团有限公司 辽宁沈阳 110000

盾构法是城市地下交通建设最常采用的工艺手段之一，其优势是能够缩短工期，减轻对周围交通的影响。按照盾构施工实际应用研究可以得出，影响岩体的因素有刀盘切削及盾构机振动等，并且管片及岩体中有间隙，很容易使得地表沉降现象发生，从而对施工周围造成不安全因素，故该工艺需要注意壁后注浆。鉴于此，文章围绕同步注浆工艺的实际运用进行深入分析[1-2]。

1 地铁盾构同步注浆技术施工原理

盾构施工技术包含在暗挖法技术中，其中盾构掘进机是经常使用的设备，通过这样能实现施工过程中的机械化，各个环节具体的流程主要分为：掘进→管片拼装→注入浆体→盾尾脱出→浆体失去流动性。将盾构施工技术合理的应用在地下交通建设中，不会对施工周围的交通产生影响，同时使用这种技术还可防止地下水渗出，避免地表出现下沉的情况，减少施工过程中产生的噪声，把振动集中在竖井口周边，从而大幅提升建设安全性，如图1所示。

图1 地铁盾构施工

从地铁盾构施工设计图中可看出，盾构机刀盘开挖直径大于管片外径，当管片从盾尾中脱离，管片与围岩会存在缝隙，通常在8cm～16cm之间，这时岩体周围会出现移位的现象，使地表下沉，造成地下隧道施工存在安全隐患。针对这种情况，可以通过壁后注浆技术及时处理（图2）。

图2 盾尾空隙

壁后注浆可划分成两大类：一是一次注浆，二是二次注浆。其中，前者还能划分出3小类：即时、后方以及同步注浆。现实使用中，如果施工要穿越的地层稳定性较差，优先考虑的就是采用同步注浆技术，防止出现变形和地表沉降状况，确保施工各项工作的有序进行。

2 地铁盾构隧道掘进中同步注浆材料与技术要点

2.1 同步注浆压力设计

根据施工实际情况决定注浆压力值，其在提高地层空隙填充量过程中发挥着至关重要的作用，与此同时还能有效地减少地表出现下沉的情况，在今后的运行过程中可使建筑物及地下管线保持稳定的状态。倘若注浆压力高于标准值就会导致地表出现隆起，甚至还会发生管片衬砌破损的情况[3-4]。从理论方面来看，注浆压力稍高于土压和水压，就可有效规避劈裂注浆情况的发生，但在选择注浆压力过程中具有较高的复杂性，需要全面地考虑各方面的因素，如浆液特性、地层条件等。在对地下隧道同步注浆施工压力过程中，需要其高于开挖面土的压力，一般情况下取此值的1.1～1.2倍最合适。

2.2 注浆量

在同步注浆施工过程中，能有效填充切削土体和管壁两者之间的缝隙，然而在这个过程中依然需要注意跑浆等产生的不良影响。将理论注浆量作为标注，在具体施工过程中可获取这个数值的130%～180%之间。具体公式为：

式中：Q为注入量（m3）；λ为注浆率（%）；V为盾构施工中出现的缝隙（mm）。

式中：D为盾构切削土体的直径（m）；d为管片外径（m）；L为管片的宽度（m）。

2.3 同步注浆配合比的选择

通常情况下，在同步注浆施工过程中经常使用的注浆材料是单液浆，在注入过程中需要保证单液浆保持流动的状态，在这种情况下使注浆结果不具备可操作性，浆液在流动期间不能有效地保证各个区域得到有效的填充。除此之外，在施工期间地下水还会对浆液造成直接影响，甚至会被稀释，如果施工位置存在大量的水，会提升浆液离析的可能性，这种情况就会直接影响到注浆后的强度，严重的会使浆液不能有效凝固，导致隧道上方的土体在缺乏支撑就会出现地表下沉，在施工过程中主要对浆液的性能有以下几个方面的要求。

①如果浆液具有较强的和易性，可降低搅拌的难度，同时还能保证浆液运输的完整性，并且降低浆液出现不良情况的概率。

②浆体出现了凝固情况，但是其产生的体积收缩比较小，也能有效地规避地表变形的情况，从整体方面来看可减少浆液固结收缩率的5%。

③浆液在凝固之前需要具备一定的强度，以便于保证地表不出现下沉的现象，固结体强度1d一般要大于0.2MPa，28d要大于2.0MPa。

3 地铁盾构隧道掘进中同步注浆技术的应用

3.1 同步注浆管理

根据项目施工的具体环境，同时结合有关工程案例，可根据具体情况对特殊线路选择二次补压浆的双液浆，在注入浆体过程中可将注入压设计成最低0.3MPa，最高不超过0.5MPa，浆体压入与掘进施工工作需同步进行。在盾构掘进过程中，需安排专业的人员管理作业面的压浆，详细的统计压浆地点、压力数值等，并且根据地表的沉降状况适当的改正。

3.2 注浆施工注意事项

①需要严格的检验浆液材料，同时还需观察注浆液是否保持正常的状态。②需要观察管片是否出现变形或损坏，如果出现需要立即停止注浆；除此之外，若在注浆过程中突然增加注浆量，需要充分检查注浆情况，同时还需要将这些情况进行详细的记录。③在完成注浆工作以后，需要彻底的清洗有关设备和管路。

3.3 同步注浆效果

目前，盾构掘进长度小于60m，结合监测情况可以得知，如果掘进在0～20m时会出现漏浆的情况，这样就会直接影响到注浆的压力，注浆量在2.0～2.5m3，掘进保持在20～40m之间时，前方土体局部出现隆起的情况，但是具有较小的破坏性，与此同时注浆量和理论注浆量从数值方面来看保持相同，在这种情况下可对注浆量进行稳定的控制[5-6]。在施工过程中需要严格监测钻孔用水量，如果钻孔用水量大于0.8L/s，相应的注入速度需保持在80～150L/min；如果钻孔用水量每秒等于0.8L时，需要相应的缩减注入速度，这时需要将注入速度稳定在为30～80L/min。从图3中可看出，盾构施工过程中地表下沉或隆起可分为5个阶段。

图3 盾构施工地表变形

从图3可看出，在导致地表出现沉降或隆起的主要原因是第4个阶段盾尾空隙出现沉降或隆起的情况，同步注浆施工控制是第4阶段不可缺少的重要控制因素。在设计图纸中要求地表下降小于10mm，要求设计的浆液可快速地进行凝固，避免出现流失的情况，同时还可产生早期强度，避免地表出现沉降或隆起的情况。

4 盾构掘进时的同步注浆和二次注浆

4.1 一次注浆技术

一次注浆技术实际上就是在出现缝隙的同时注入浆体，使内部逐渐的密实，一般情况下都是采取2种方式注入浆体，第1种是从注浆管中注入，第2种是从管片的缝隙中注入。第1种方式是把浆管设置在盾构外围，如果注浆管清理的不彻底就很容易出现堵塞的情况，但是通过这种方法可实现同步注浆；第2种是在管片脱离后进行注浆，注浆不能同步进行。

4.2 二次注浆技术

二次注浆主要是对一次注浆的补充，二次注浆可达到以下3点目的。①减少出现间隙的次数。②改变由浆液的收缩导致体积发生改变。③可以减少对周围地质稳定性的影响。

4.3 注浆量与注浆压力

对注浆控制主要是加强对注浆量与压力的管理。对注浆压力进行管理可保证压力与相关规定相吻合，然后在适当的调整注浆量；对注浆量进行管理需要保证注浆量与修正压力数值相一致。通常情况下都会采用以下2种方式对其进行管理[7-8]。①对注浆量进行管理时会关系地表渗透、浆体类别等很多个方面，所以很难准确地获取实际注浆量。②注浆压力需要根据环境、浆体性能、盾构方式等几个方面进行管理，作业人员通常都是根据自身的经验，把注浆压掌控100～300kN/m2，孔隙水压保持在200kN/m2。然而还需根据工程的具体状况，经过多次试验选取最恰当的指标值。

5 结语

总体来说，注浆技术在盾构掘进过程中发挥着至关重要的作用，既可有效解决地表变形的问题，又可有效保证隧道的稳固性与防水性[9-10]。在地铁盾构施工过程中，需要根据工程实际需要与成本控制等各方面的因素，选择合适的作业参数、注浆材料和有关施工工艺，同时还需要详细的统计有关数据信息，调节注浆压力和注浆量的大小，增强工程施工的质量，从而使地铁建设的安全性得到有效保证。从而可推动施工项目的顺利进行。