同步注浆技术在盾构掘进中的应用

董会芳，张天亮

（1. 天津市滨涛混凝土有限公司，天津　300240；2. 山东广信工程试验检测有限公司，山东　济南　250002）

同步注浆技术在盾构掘进中的应用

董会芳1，张天亮2

（1. 天津市滨涛混凝土有限公司，天津300240；2. 山东广信工程试验检测有限公司，山东济南250002）

随着我国城市地铁建设的发展，盾构机得到越来越广泛的应用。盾构工艺中的同步注浆是盾构工艺中必不可少的，对保障隧道线型、防止隧道偏移、控制地表沉降，保护地表建筑物、提高隧道的抗渗性等具有十分重要的意义。本文作者以长株潭城际铁路隧道盾构施工为例介绍盾构掘进中的同步注浆技术。

隧道；盾构；同步注浆技术

0　引言

盾构机是在钢构体的保护下，自动完成隧道掘进、管片拼装作业的隧道掘进机。在盾构施工过程中，由于开挖易引起土层损失，导致地面下降，进而会引起隧道的变形问题的发生。

同步注浆是盾构施工工艺的重要组成部分，在自稳差的地层中采用同步注浆，能够有效地控制地面沉降。注浆质量的好坏直接影响到隧道结构的稳定性和地表建筑物的安全，同时也会影响施工的进度。同步注浆的作用在于：（1）控制管片的稳定性，提高管片与围岩的作用力，防止隧道管片偏移；（2）控制地表沉降；（3）预防盾尾水源进入土仓而形成的喷涌；（4）提高隧道的抗渗性；（5）隧道曲线超限修正。

下面以长株潭城际铁路隧道盾构中的同步注浆为例，介绍同步注浆技术的应用。

1　工程简介

修建城际铁路是发达国家的经验和未来我国城市交通发展趋势。2010 年 6 月启动建设的长株潭城际铁路由湖南省与铁路部门共同筹资建设，连接长沙、株洲、湘潭城市城市群，具有重要的社会意义与经济意义；对实现长株潭一体化、满足长株潭城市群未来客运需求起着重要作用。以长沙站为中心，衔接株洲、湘潭、长沙西（雷锋大道）三个方向，共设车站 21 个，首期工程全长 96km，总投资为 233 亿元。

长株潭城际铁路综合一标盾构区隧道设计为双线圆形隧道，盾构区间长度为 4839 双线延米，包括隧道进口—开福寺区间（长度 1900 双线延米）和开福寺—滨江新城盾构区间（长度为 2939 双线延米），采用盾构施工技术。

2　长株潭城际铁路盾构中的同步注浆技术应用

同步注浆是管片背后注浆的一种形式，是在盾构机掘进的同时，通过盾构机上的注浆管或管片上的吊装孔，向管片背后注入浆液，填充管片脱离盾尾时管片与围岩之间形成的施工间隙，又称为平行注浆。 在注浆开始之前要进行浆液原材料的选择和配合比的试验。

（1）同步注浆的浆液原材料的选用条件：A）不会导致材料的离析，流动性和可灌性良好；B）硬化后的浆液收缩率小；C）具有一定的早期强度；D）具有一定的抗渗性。

目前，壁后注浆的浆液有单液型和双液型。双液浆是指由水泥和水拌合而成的 A 液及由水玻璃等组成的 B 液混合而成的浆液。单液型浆液依据浆液的性质分为单液活性注浆液和单液惰性注浆液。活性浆液在浆液中掺加了水泥等凝胶物质，具备一定的早期强度和后期强度。惰性浆液中没有水泥等凝胶物质，是早期强度和后期强度都很低的浆液；单液浆由于其施工工艺简单，易于控制，且不宜堵管、造价低、浆液扩散均匀等优点，广泛应用于管片背后注浆系统；双液浆由于工艺复杂，易堵管，但凝结迅速早强，一般用于止水式、补救性注浆。

（2）配合比的试验。本工程采用单液注浆，注浆配合比要求浆液具有高结石率、结石体强度大，具有防地下水侵蚀的特点；水泥是为浆液提供固结强度和调节凝结时间的材料；粉煤灰用以改善浆液的和易性、膨润土有效地减缓了浆液材料的分离，降低了浆液泌水率。浆液的和易性应满足泵送工艺、以不离析、不沉淀、不堵管为佳；另外，砂量过大易使浆液沉淀堵管，粉煤灰、膨润土的使用，大大改善了浆液的和易性。从理论上讲初凝时间越短越好以便约束和稳定管片，但初凝时间太短，容易造成管路堵塞。要求浆液的物理力学性能主要指标见表 1。对本标段的工程，初步拟采用单液浆浆液配比，见表 2。

通常，当发现注浆效果不理想或注浆不足时，应及时采取二次注浆补强措施，二次注浆补强浆液配比应根据现场情况，通过试验确定。而本标段所采用的二次注浆补强浆液配比，见表 3。

表1　浆液物理力学性能指标

注浆效果的检查主要是根据压力—注浆量—时间曲线，结合掘进速度及衬砌，以及地上建筑物的沉降变形量检测结果进行分析判断，有时可采用无损检测方法进行现场检测注浆效果。

表2　初步单液浆浆液配比

表3　补强注浆配比

一般盾构机的刀盘直径大于管片的外径。当管片在盾尾拼装完成后，盾构机向前行进，管片与土层之间形成建筑空隙。采用浆液材料快速填充此环形间隙的施工工艺就是同步注浆工艺。同步注浆目的在于防止地层沉降、减少施工危险因素，确保施工安全；保证地层压力均匀径向作用于管片、限制管片的位移和变形、防止隧道透水，提高隧道结构的稳定性。

注浆压力是注浆施工技术中主要控制指标。对于自稳差的地层，理论上注浆压力应于开挖面水土压力平衡。实际上则是注浆压力略大于开挖面水土压力。依据本工程的特点，注浆压力控制在 0.5MPa 左右。

盾构机在掘进的过程中，除排出洞身断面的土体外，还存在因其他方面的土体流失所造成的空间，如：盾尾管片安装后形成的空隙、曲线地段推进超挖形成的空隙、盾构机纠偏形成的空隙、盾构机蛇形前进形成的空隙等，这些空隙都需要注浆填充。同步注浆的注浆量由理论计算确定，即盾壳的建筑空隙体积乘以 1.5～2.0 的系数。每环的同步注浆量计算如下：

其中：

k——注浆率，取 1.5；

D——盾构机切削外径，mm；

d——管片的外径，mm；

L——管片的环宽，mm。

注浆量应依据现场地面沉降监测情况进行调整。

注浆速率应与掘进速度相匹配，在盾构机完成一环掘进的时间内完成当环的注浆量。依此来确定注浆速度。当注浆压力达到设计值、注浆量达到设计值的 85% 以上时，可认为达到注浆的质量要求。

同步注浆与盾构机掘进同时进行，同步注浆系统及盾尾内置的注浆管在盾构机向前推进，盾尾空隙形成的同时采用双泵四管对称同时注浆，注浆方式可依据需要采用自动控制或手动控制。自动控制即预先设定注浆压力，由控制程序自动调整注浆速度。当注浆压力达到设定值时，自行停止注浆。手动控制式则由人工根据掘进情况随时调整注浆量、速度、压力等参数。为预防施工中注浆管堵塞而影响进度，要预留备用注浆管。

3　同步注浆质量要注意的关键点

（1）为保证注浆过程的质量，应该在注浆前，组织相关人员制定详细的注浆作业指导书，并进行浆液类型的选择以及浆液配合比的试验。确保试验室所做的浆液配合比的物理力学性能指标满足设计要求。（2）制定周密、详细的注浆施工组织方案，施工工艺流程和工作程序。按照工艺流程和工作程序，详细记录注浆压力、注浆量及注浆时间，并及时绘制压力—注浆量—时间曲线。分析注浆速度与掘进速度的关系，指导注浆施工。（3）由经验丰富的注浆专业工程师负责成立注浆施工小组。（4）依据现场实际情况，以及洞内管片衬砌的变形量、地表建筑物的沉降观测量及时进行信息反馈，修正注浆参数，及时处理现场突发情况。（5）维护保养好注浆所用设备并保证材料的供应，确保注浆的顺利进行。

基于以上五点注浆建议，再佐以有效的施工保证措施和现场各方面的有力配合，就可以有效地保证同步注浆过程的施工质量。

4　结束语

同步注浆技术是盾构施工中必不可缺的关键性辅助工序，是控制地表建筑物沉降、防止隧道变形的关键。在长株潭城际铁路隧道盾构中，区间隧道在江底最小埋深仅为 11米，个别地段地质条件较差，存在软硬不均地层和不整合接触带，地层透水性较强，依据地表情况和实际地层情况，采用了单液浆同步灌浆技术，经过试验和现场实际及时调整注浆填充率，较好的填充了地层、有效地控制了地表沉降，取得了预期效果。

［通讯地址］天津市河北区建昌道 59 号（300240）

董会芳，女，高级工程师，1998 年毕业于天津城市建设学院，学历本科，建筑材料科学与工程专业。2011级在职研究生，天津城建大学，建筑与土木工程专业领域。