小口径长距离盾构施工同步注浆加固质量的控制研究

梁诏斌

（南京市市政设计研究院有限责任公司，江苏 南京 210008）

近年来，盾构施工技术开始在小口径长距离管廊建设中被广泛应用。在盾构掘进过程中，管片脱出盾尾后形成盾位环形间隙，管片后围岩结构会处于无支护状态，导致后续同步注浆加固质量无法得到根本上保障。围岩结构会在应力的释放下产生不均匀应力分布形式，导致围岩结构出现变形情况。因此，为充分发挥出盾构技术在小口径长距离管廊施工期间的重要作用，还需要结合工程具体建设特征及建设要求，制定出专项可行的同步注浆加固质量控制手段，确保注浆环节能够临时支撑围岩结构，使围岩结构可以与管片共同产生抵御围岩应力变形的作用力，避免在小口径长距离管廊盾构施工期间出现地层沉降问题。

1 小口径长距离管廊盾构工程概况

本文以南京江北珍珠街沿线小口径长距离盾构管廊项目为例，该工程小口径长距离管廊全长约2300m，全线沿珍珠街道路沿线布置，邻近珍珠泉景区，进入景区车辆均经由珍珠街，道路交通十分繁忙。在该工程施工过程中采用泥水平衡盾构机，盾构机的直径为3560mm，隧道衬砌混凝土管片的外径为3500mm，内径为3000mm，厚度为250mm。盾构区间线路纵断面为倒V字型布置，盾构顶部的覆土高度为6.5～17.0m。盾构沿线穿越了软弱地层、富水地层、岩土软硬交界面，盾构基本位于繁忙交通道路下方，周边邻近景区及出入口，因此，必须制定出科学专项的施工技术方案，从根本上保障盾构施工期间同步注浆加固质量管理控制水平。

2 小口径长距离盾构管廊施工同步注浆加固质量控制影响因素

2.1 注浆材料与配比

在盾构施工同步注浆过程中，由于注浆材料以及注浆配比不同，浆液强度、流动性、填充度以及凝结时间也会存在较大差异，对注浆加固质量可造成直接影响。在注浆材料质量管控不到位、配比设计不合理的情况下，注浆加固质量将无法得到根本保障。浆液难以稳定管片结构，使管片结构在后续施工与运行期间经常会出现上浮或下沉情况，严重影响实际施工环节的安全性。

2.2 同步注浆量

在盾构掘进期间，管片脱离盾尾结构，导致管片在壁后形成较大环形间隙，需要对该间隙及时进行后续注浆填充。在同步注浆量不足的情况下，环形间隔无法被完全填充，管片与浆液存在分析情况，难以形成一体化支撑结构，导致后期地层位移问题更加严重。如实际注浆量不足，易扰动地层还会出现地表下沉情况，引发后续路面开裂、管线破损问题。

在实际注浆量控制不当时，当过大的注浆压力超过实际静止水土压力时，则可能致使盾构上方地表出现隆起等情况。

2.3 同步注浆压力

在盾构施工同步注浆过程中，地层中的浆液压力需要大于静止水压力与土压力之和，但浆液的实际压力又不可超过规定额度。在注浆压力过高的情况下，周边土体结构的稳定性可能会受到破坏，严重者会引发地表隆起、变形、冒浆等问题。同步注浆压力高也会引发应力集中情况，管片错台、变形问题经常出现。如果注浆压力较低，浆液填充速度过于缓慢，则填充路径无法延伸到地层间隙内，管片与浆液之间存在间隙，使土体沉降与变形问题发生概率进一步提升。

2.4 同步注浆施工环节

在盾构施工期间，同步注浆施工环节的合理性及可靠性，直接影响盾构施工质量和地表的沉降变形。同步注浆施工环节应结合地质条件进行理论计算，同时，根据施工实践经验以及实际施工要求综合分析，以达到充分适应实际施工环境特征。

3 小口径长距离盾构同步施工注浆加固质量控制对策

3.1 选择适当的同步注浆材料

在开展小口径长距离盾构同步注浆加固施工工作中，注浆材料的选择应当参照工程地理条件、隧道条件、施工环境等因素，要求注浆材料能够及时满足施工整体强度、流动性、凝结时间等技术要求。本文重点分析了水泥单浆液与水泥、水玻璃双浆液注浆材料的性能。发现在实际应用过程中，水泥、水玻璃双浆液注浆材料的流动性能较差，经常会出现堵管情况，而水泥单浆液具备填充效果好、强度高、收缩率较低等优势。因此，为从根本上保障小口径长距离盾构工程同步注浆的可靠性和安全性，小口径长距离盾构工程可以优先选择水泥单浆作为同步注浆材料。

3.2 合理控制同步注浆材料配比设计方案

在小口径长距离盾构施工时，注浆材料配比方案可直接影响浆液的各项使用性能。因此，需要在初始浆液配比设计方案的基础上，结合沿线地层变化、深度变化及注浆效果的反馈信息进行进行不断的调整优化，切实保障同步注浆加固质量。通过本工程施工实践并分析以往工程开展经验，发现在同步注浆加固过程中，影响注浆加固质量的因素主要为浆液流动性、填充性、凝固时间与凝固强度。注重对单位体积内不同配比水泥单浆液进行性能测试，确保制定出的浆液配比方案能够更好地满足实际施工要求。

3.3 确定科学的同步注浆量

在小口径长距离管廊工程内使用盾构技术，盾构机穿越的地层结构更为复杂，经常会出现掘进理论出土量与实际出土量不一致问题，需要结合具体施工情况，将盾构机每环实际出土量控制在理论出土量的95%～110%。

为切实满足同步注浆加固技术应用要求，实际注浆量还应当根据出土量及时进行调整，确保注浆量能够填满环形间隙。对实际施工流程进行现场测试，寻找出实际注浆量与实际出土量之间的变化规律，计算出相应的变化调整系数，获得更加全面精准的同步注浆量经验修正值。同时，为从根本上保障同步注浆量设置期间的合理性，还应当结合地形、注浆压力、管片成型质量等因素，对注浆量数值进行合理优化。

3.4 确定同步注浆压力

一方面，做好同步注浆压力的理论计算工作。由于小口径长距离管廊盾构施工期间的浆液压力应当大于静止水压以及土压力，施工过程中根据土层变化和覆土深度变化，及时调整同步注浆压力数值。另一方面，借助丰富的注浆施工经验，确立适宜的注浆压力。由于小口径长距离管廊盾构掘进时的土层结构差异及地下水位变化，相应的地层地质结构、地下水埋深等参数设置不一致，需要以理论计算的注浆压力为基础，在小口径长距离管廊盾构施工过程中，根据反馈数据动态对同步注浆压力进行合理控制。

3.5 注浆施工流程技术管控

为从根本上提升小口径长距离盾构施工同步注浆加固施工技术效果，还需要基于注浆系统以及注浆分析两环节，对施工质量进行严格管控。通过分析注浆流程，对小口径长距离管廊盾构成型质量进行全面验收。

首先，对配置浆液以及浆液运输系统运行效果进行验收处理，切实保障浆液配置质量。

其次，注重控制注浆参数数值，对设备及管路进行清洗处理。要求在注浆前期准备工作中，应当从根本上保障管道的清洁度。

最后，做好各注浆环节质量控制工作。设定合理的注浆系统运行参数，选择适宜的系统控制方式。逐步进行后期注浆以及注浆期间的数据采集工作。在注浆系统分析效果合理的情况下，需要继续开展注浆作业，应对注浆全过程进行严格的质量检验，避免注浆期间出现质量不合格等问题。

3.6 做好同步注浆期间试验检测工作

对各注浆环节的参数数值进行试验检测，要求灌浆压力水测试工作应当在注浆洞施工3～7天开展，注水压力注浆压力值为80%。

后注浆压力与水灌注压力也应当进行细致检测，要求在水压试验过程中，需要做好相应试验数据的填写工作，计算出精准的透水率。

在实际注浆作业中，同一区域的流量与压力值不同，土层的渗透速率也会存在较大差。因此，为切实保障同步注浆加固质量管控水平，还应当进行单点法压水试验工。注重分析小导管长度通过率，借助小导管的反向拱混凝土部分灌入浆液，以避免出现注浆时小导管堵塞问题，从根本上保障管道注浆效果。

4 结语

通过分析小口径长距离盾构施工同步注浆加固环节的各类影响因素，为从根本上保障同步注浆加固质量，必须重视同步注浆材料选择、浆液配比、注浆压力和注浆量等环节。结合工程实际情况，设定关键技术参数，对施工流程进行进一步优化。由于水泥单液具备填充效果好、强度高、收缩率低、经济效益显著的优势，可以作为类似小直径盾构工程的同步注浆材料。同步注浆量以及注浆压力以理论计算为基础，结合工程具体条件，对技术参数进行适当调整、重点关注注浆系统与注浆分析两方面的质量控制工作，采用合理手段稳步提升同步注浆加固质量。做好施工人员技能培训工作，确实保障同步注浆加固效果。