地铁盾构隧道施工同步注浆参数控制

李 娟

(深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司南京分公司，江苏南京210000)

0 前言

城市地铁是现代城市交通的重要组成部分，随着城市交通发展的需求，地铁建设大范围上马。在地铁施工技术得到飞速发展的同时，施工过程对城市环境造成的破坏事故屡见不鲜。由于地铁施工面临城市大规模高密度建筑群和道路等，如何减小地铁施工对城市环境的影响成为地铁施工的研究重难点［1～3］。

盾构作为地铁施工领域的新兴技术，近年来得到了飞速发展。盾构施工同步注浆技术是减小盾构施工对周围地层影响的关键手段，如图1所示，在管片拼装完成并脱出盾尾后，及时将适量的具有一定的早期强度的浆液注入盾尾空隙内，利用其固结硬化后的强度填充建筑空隙，为管片提供一定的支撑反力［4，5］。盾构同步注浆的施工参数主要包括注浆压力、注浆量、注浆速率、注浆时间等，较为重要的是注浆压力和注浆量。施工中通常采用注浆量与注浆压力双重标准进行注浆控制，保证有足够的浆液能很好的填充管片与地层之间的空隙。

图1 盾构同步注浆示意图

本文通过深入分析依托工程地铁盾构隧道施工中的同步注浆技术要点，研究了同步注浆注浆量和注浆压力施工控制标准，确保有效降低盾构施工过程中的地层即时变形。

依托工程盾构刀盘直径为6250 mm，管片外径为6000 mm，某标段穿越土层主要为粘性土，盾构埋深约12.5 m。

1 同步注浆注浆量设定

影响盾构同步注浆的注浆量因素很多，在实际施工过程中注浆量按下式估算：

式中：Q——单环管片注浆量，m3;D——盾构刀盘直径，m;d——预制管片外径，m;L——管片衬砌每环长度，取2 m。

根据式(1)计算可得该标段单环管片注浆量为4.8 m3。

1.1 超挖区附加注浆量

如图2所示，实际施工过程中，盾构掘进轴线往往为曲线，必然增加盾尾空隙。施工经验表明，若盾构超挖1 cm，注浆量将增加10%左右，超挖区附加注浆量计算方法如下：

图2 曲线施工超挖量示意图

式中：Vc——盾构超挖附加注浆量，m3;Rc——盾构曲线转弯半径，取800 m;C——盾构机自刀盘到盾尾的长度，取9.76 m;D——盾构机外径，m。

根据式(2)和式(3)计算可得该标段超挖区附加注浆量为0.29 m3。

1.2 同步注浆量施工损耗系数

在盾尾同步注浆施工中，注浆多采用直接压送方式，即注浆管多是从设置在盾构始发工作井附近的注浆泵开始，随着盾构机的推进，不断接长注浆管，一直延续到接受井。浆液被压送到注浆孔的过程中，浆液的损耗是不可避免的。随着盾构隧道长度的增加，残留在注浆管道内的浆液量逐渐增多，施工过程中砂浆的损耗必须考虑，以确保盾尾注浆的注浆量［6，7］。按照常规施工经验，需要考虑1.1～1.2的损耗系数。本工程施工中采用1.2的损耗系数，计算可得该标段单环管片实际注浆量为6.108 m3。

2 同步注浆注浆压力设定

施工过程中注浆压力控制标准常常以注浆孔的浆液压力为准，而非浆液系统的输出压力，通常在盾构机上设置土压力传感器，等效监测注浆压力的大小。注浆过程中必须克服管道压力损失和地下水土压力，施工过程中应尽可能增加注浆压力，从而减小衬砌与地层之间的空隙，有效控制地层压力损失，控制地表沉降和建筑物倾斜等。

2.1 同步注浆压力下限

如图3所示，理想的注浆压力下限必须维持土块A的稳定，使之不塌陷。

图3 理想注浆压力计算示意图

根据静力学分析，假定粘土层摩擦角近似为零，则同步注浆压力下限值为：

式中：P下限——注浆压力下限值，MPa;γ——土的容重，取 18 kN/m3;cu——粘聚力，取 24 kPa。

计算可得该标段注浆压力下限值为0.125 MPa。

2.2 同步注浆压力上限

实际施工过程中，同步注浆压力常常遵循舍小取大的原则，尽可能将注浆压力设置足够大，有条件的区段在地表设置沉降测点，以地表隆起为临界点，这种方法在控制地表沉降和建筑物隆起方面非常有效，同时可以大大缩短同步注浆时间。注浆压力也不能设置过大，避免土层发生劈裂破坏，从而造成大范围地表沉降;注浆压力过大也可能导致盾尾刷损坏、管片接头破损等工程事故。因而注浆压力必须设定在最小注浆压力与劈裂注浆压力之间［8，9］。

对注浆压力分析时可采用真三轴周应力模型，各参数意义如图4所示，其中Pf为注浆压力上限值，利用图4所示的应力叠加原理，可以确定孔周任意点的应力状态，在r=a处有：

图4 应力叠加原理图

同步注浆的压力上限对应土体的拉裂破坏，则注浆压力上限值为：

计算可得该标段注浆压力上限值为0.316 MPa。由前面计算可知注浆压力下限值为0.125 MPa，按照同步注浆压力尽可能大的原则［10，11］，取该标段同步注浆压力为0.3 MPa。

3 结论

本文通过研究地铁盾构隧道施工过程中同步注浆参数设置技术，确定了考虑超挖和施工损耗的注浆量设置方法，通过注浆压力上下限提出合理的注浆压力设置原则。采用上述原则确定依托工程某标段单环管片同步注浆量为6.108 m3，注浆压力下限为0.125 MPa，上限为0.316 MPa，按照舍小求大原则，将同步注浆压力定为0.3 MPa，现场监测结果表明采用该注浆参数有效地控制了地表变形。

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