关于地铁盾构施工中注浆技术的研究

王瑛辉

（石家庄市轨道交通有限责任公司，河北 石家庄050000）

1 盾构法介绍

盾构法施工是以盾构这种施工机械在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。盾构（shield）是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构。钢筒的前端设置有支撑和开挖土体的装置，钢筒的中段安装有顶进所需的千斤顶；钢筒的尾部可以拼装预制或现浇隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装（或现浇）一环衬砌，并向衬砌环外围的空隙中压注水泥砂浆，以防止隧道及地面下沉。盾构推进的反力由衬砌环承担。盾构施工前应先修建一竖井，在竖井内安装盾构，盾构开挖出的土体由竖井通道送出地面。

盾构法施工的优点

（1）安全开挖和衬砌，掘进速度快；

（2）盾构的推进、出土、拼装衬砌等全过程可实现自动化作业，施工劳动强度低；

（3）不影响地面交通与设施，同时不影响地下管线等设施；

（4）穿越河道时不影响航运，施工中不受季节、风雨等气候条件影响，施工中没有噪音和扰动；

（5）在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性。

2 工程概况

根据地质勘查报告，石家庄火车东站～南村站区间穿越土层以粉质粘土，中粗砂为主；南村站～洨河大道站区间穿越土层以粉细砂，中粗砂为主。两区间范围内地下水埋深约40～48m，含水层为卵石粗砂层，区间均未进入潜水层，未见上层滞水。因此宜采用盾构施工。

3 盾构同步注浆

当盾片脱离盾尾后,在土体与管片之间会形成一道宽度为80mm左右的环行空隙。同步注浆的目的是为了尽快填充环形间隙使管片尽早支撑地层，防止地面变形过大而危及周围环境安全，同时作为管片外防水和结构加强层。

3.1 注浆材料及配比设计

3.1.1 注浆材料

采用水泥粉煤灰砂浆作为同步注浆材料，该浆材具有结石率高、结石体强度高、耐久性好和能防止地下水浸析的特点。水泥采用42.5抗硫酸盐水泥，以提高注浆结石体的耐腐蚀性，使管片处在耐腐蚀注浆结石体的包裹内，减弱地下水对管片混凝土的腐蚀。

3.1.2 浆液配比及主要物理力学指标

根据盾构施工经验，同步注浆拟采用表所示的配比。在施工中，根据地层条件、地下水情况及周边条件等，通过现场试验优化确定。同步注浆浆液的主要物理力学性能应满足下列指标：

表1 同步注浆材料配比和性能指标表

1）胶凝时间：一般为3～10h，根据地层条件和掘进速度，通过现场试验加入促凝剂及变更配比来调整胶凝时间。对于强透水地层和需要注浆提供较高的早期强度的地段，可通过现场试验进一步调整配比和加入早强剂，进一步缩短胶凝时间。

2）固结体强度：一天不小于 0.2MPa，28 天不小于 2.5MPa。

3）浆液结石率：＞95%，即固结收缩率＜5%。

4）浆液稠度：8～12cm。

5）浆液稳定性：倾析率（静置沉淀后上浮水体积与总体积之比）小于5%。

3.2 同步注浆主要技术参数

3.2.1 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，在实际掘进中将不断优化。如果注浆压力过大，会导致地面隆起和管片变形，还易漏浆。如果注浆压力过小，则浆液填充速度赶不上空隙形成速度，又会引起地面沉陷。一般而言，注浆压力取1.1～1.2倍的静止水土压力，最大不超过 3.0～4.0bar。

由于从盾尾圆周上的四个点同时注浆，考虑到水土压力的差别和防止管片大幅度下沉和浮起的需要，各点的注浆压力将不同，并保持合适的压差，以达到最佳效果。在最初的压力设定时，下部每孔的压力比上部每孔的压力略大 0.5～1.0bar。

3.2.2 注浆量

根据刀盘开挖直径和管片外径，可以按下式计算出一环管片的注浆量。

V=π/4×K×L×（D1-D2）

式中：V—— 一环注浆量（m3）

L—— 环宽（m）

D1—— 开挖直径（m）

D2—— 管片外径（m）

K—— 扩大系数取1.5～2

代入相关数据，可得：

V=π/4×(1.5～2)×1.2×（40.83-38.44）=3.4～4.5m3/环

根据上面经验公式计算，注浆量取环形间隙理论体积的1.5～2倍，则每环（1.2m）注浆量 Q=3.4～4.5m3。

3.2.3 注浆时间和速度

在不同的地层中根据需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、注浆同步，不注浆、不掘进”，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才停止注浆，否则仍需补浆。

同步注浆速度与掘进速度匹配，按盾构完成一环掘进的时间内完成当环注浆量来确定其平均注浆速度。

3.2.4 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，即可认为达到了质量要求。

注浆效果检查主要采用分析法，即根据压力-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。

对拱顶部分采用超声波探测法通过频谱分析进行检查，对未满足要求的部位，进行补充注浆。

4 同步注浆方法、工艺

壁后注浆装置由注浆泵、清洗泵、储浆槽、管路、阀件等组成，安装在第一节台车上。在盾尾设置了4处8根同步注浆管（4根A液，4根B液浆管）可注双液浆，当盾构掘进时，注浆泵将储浆槽中的浆液泵出，通过输浆管道，通到盾尾壳体内的同步注浆管，对管片外表面的环行空隙中进行同步注浆，在每条输浆管道上都有一个压力传感器，在每个注浆点都有监控设备监视每环的注浆量和注浆压力；而且每条注浆管道上设有两个调整阀，当压力达到最大时，其中一个阀就会使注浆泵关闭，而当压力达到最小时，另外一个阀就会使注浆泵打开，继续注浆。

盾尾密封采用三道钢丝刷加注盾尾油脂密封，确保周边地基的土砂和地下水、衬背注浆材料、开挖面的水和泥土从外壳内表面和管片外周部之间缝隙不会流入盾构里，确保壁后注浆的顺利进行。

注浆工艺流程及管理程序见图1。

图1 管片衬砌背后同步注浆工艺流程及管理程序

5 同步注浆的注意事项

1）在开工前制定详细的注浆作业指导书，并进行详细的浆材配比试验，选定合适的注浆材料及浆液配比。

2）制订详细的注浆施工设计和工艺流程及注浆质量控制程序，严格按要求实施注浆、检查、记录、分析，及时做出P（注浆压力）－Q（注浆量）－t（时间）曲线，分析注浆速度与掘进速度的关系，评价注浆效果，反馈指导下次注浆。

3）成立专业注浆作业组，由富有经验的注浆工程师负责现场注浆技术和管理工作。

4）根据洞内管片衬砌变形和地面及周围建筑物变形监测结果，及时进行信息反馈，修正注浆参数和施工工艺，发现情况及时解决。

5）做好注浆设备的维修保养，注浆材料供应，定时对注浆管路及设备进行清洗,保证注浆作业顺利连续不中断进行。

6）每环掘进之前，都要确认注浆系统的工作状态处于正常，并且浆液储量足够，掘进中一旦注浆系统出现故障，立即停止掘进进行检查和修理。

6 二次注浆

盾构机穿越后考虑到环境保护和隧道稳定因素，如发现同步注浆有不足的地方，通过管片中部的注浆孔进行二次补注浆，补充同步注浆未填充部分和体积减少部分，从而减少盾构机通过后土体的后期沉降，减轻隧道的防水压力，提高止水效果。

二次注浆使用专用的注浆泵，注浆前凿穿管片吊装孔外侧保护层，安装专用的注浆接头。

二次注浆一般采用水泥浆，注浆压力一般为0.2～0.4MPa。也可根据情况选用双液浆。

7 结束语

综上所述，面对人民生活水平的不断提高，交通的发展成为城市规划建设的重中之重。地铁这一轨道交通工具将显著地缓解城市交通压力，疏解主城中心区交通拥堵、改善居民的出行。而盾构法施工具有施工速度快、洞体质量比较稳定、对周围建筑物影响较小等特点，在近年来地铁工程施工中得到广泛应用。

［1］陆云涌.地铁工程施工技术综述[J].山西建筑，2009，10（28）.

［2］向昌平.盾构法施工技术在地铁建设运用中的技术问题分析[J].中国高新技术企业，2008(08).