盾构超前注浆施工质量控制探讨

刘 洋

(中铁十八局集团第五工程有限公司，天津 300450)

1 工程概况

广州市轨道交通十八号地铁线工程，采用盾构法施工，设计盾构管片内径7700mm、外径8500mm，管片厚度400mm，环宽1600mm，共分为7块。工程施工区间为十八号线番南1号盾构井—番南2号盾构井区间，盾构区间长度约为4192m，区间线路平面最小半径为1600m，最大纵坡为18‰，隧顶埋深为27～40m。其中番南2号盾构井至番南中间风井区间，根据详勘与补勘地质资料反馈存在较多上软下硬及槽形风化岩地层，有些位置因地面条件限制，需在隧道洞内盾构超前注浆施工[1](见图1)。

图1 番南2号盾构井至番南中间风井区间平面

2 盾构超前注浆施工目的

由于地面施工条件及其他各因素影响，在对上软下硬地层掘进时，在容易发生垮塌的软弱地层或盾构机的刀盘换刀点位置提前进行注浆加固作业无法实现地面注浆加固的情况下，可利用盾构上4个超前注浆孔对盾构刀盘前上方2～12m范围土体进行注浆加固，注浆浆液采用双液浆，注浆原则为注浆压力和注浆量双控。主要目的是密实盾构施工区域刀盘前上方土体，保证土体具有一定自稳性，同时，尽可能减小土体透水性，最终大大提高盾构机刀盘前上方土体整体稳定性[2]。

3 盾构超前注浆施工准备

3.1 技术准备

3.1.1 盾构机构造

为方便注浆，本工程采用的盾构机盾体四周预留了10个超前钻孔位置，其中中部水平钻孔6个，顶部钻孔4个[3]。如需要进行注浆加固时，打开预留孔位置的闸阀，在该位置安装钻机进行钻孔及注浆施工，对刀盘前端的地层进行加固。因刀盘前方地层扰动仅需要对隧道拱部3m范围内进行加固，因此可选择拱部的4个注浆孔进行注浆加固。预留钻孔位置和设计角度见图2、图3。

图2 盾体预留超前注浆孔位置

图3 盾构机预留超前注浆孔纵断面

3.1.2 钻孔参数

盾构机盾体上预留孔的直径为100mm，钻机钻杆及钻头直径为42mm(单节钻杆长1.5～2.0m，钻杆内有注浆孔道)，在预留孔孔口位置设置法兰盘进行连接、固定。钻孔深度在10～18m之间，具体深度根据实际情况进行调整(见图4)。

3.1.3 浆液参数

注浆浆液为双液浆型[4]，双液浆中水泥浆液与磷酸、水玻璃混合液的体积比为1∶1，水泥浆中水灰比为1∶1。磷酸液中水与磷酸、水玻璃混合液的体积比为3∶1，磷酸、水玻璃浆液波美度为38°～42°Bé。双液浆初凝时间40～45s。经试验确定注浆压力控制范围为0.3～0.4MPa，采用前进式注浆，根据监测或实际情况调整注浆压力。

图4 钻孔深度与盾构机关系(单位：mm)

为防止注浆压力过大破环盾构机主驱动密封，在注浆前必须在土仓内保满实土压和加入膨润土保压，谨防浆液进入开挖仓；向盾体径向孔注入膨润土浆，防止浆液裹住盾体，注浆过程中必须严格控制开挖仓内的压力不大于盾构机主驱动密封要求的压力，并留有一定的安全系数[5]。若出现压力上升加快，则及时停止注浆，注浆过程中要随时转动刀盘，防止刀盘被浆液包裹。

3.2 材料设备配置及流程

根据超前注浆的现场实际条件及要求、安装超前注浆施工工艺流程(见图5)，配制工程施工设备及材料(见表1)。

4 超前注浆加固的施工方法

4.1 钻机悬吊

采用龙门吊和电瓶机车将钻机运至盾尾脚手架搭设区域，然后在盾体上部悬挂手拉葫芦将钻机吊起，吊起高度高于脚手架平台高度。

表1 设备及材料需求

图5 注浆流程

4.2 钻孔平台搭设

盾构超前钻孔及注浆加固施工在盾壳内搭设的脚手架平台上进行(见图6)。

图6 钻孔注浆平台搭设

因作业环境限制(拼装机、桥架、泥浆管线路等因素影响)，脚手架平台根据现场实际情况调整，原则上脚手架间排距不大于1.5m，作业平台可利用两侧伸出的油缸、两侧的管片及中间的桥架作为支撑点，平台板为满铺不锈钢走道板，为抵消钻孔时的冲击力，需要在平台后侧根据实际条件设置平台抛撑。平台搭设完成后，在平台四周设置安全护栏。

4.3 钻机就位

待平台搭设完成且验收通过后，将钻机下放至脚手架平台上。钻机就位后，对钻机进行调整，调整钻机钻杆的倾斜度，保证钻杆与盾体预留的孔道方向一致，钻孔前应调试钻机，使设备运转正常。正式钻孔前使用彩条布对盾构机盾尾处的设备进行覆盖防护，防止设备在钻孔过程受到污染。

4.4 钻孔施工

在钻机施工前，应先进行钻机试运行，钻机正常试运转后开始钻孔。钻孔时应详细记录钻杆节数，以保证钻孔深度的准确性。施钻过程中，要慢速作业，掌握地层对钻头的影响，确定在这种地层条件下的钻井参数，并密切观察钻进情况，如遇卡钻或钻进困难时，应立即停钻，分析原因后再进行施工。钻孔结束时应做好钻孔记录表，为注浆施工提供准确的地质水文情况。

4.5 浆液材料及制浆

注浆浆液采用水泥+磷酸浆液。水泥采用P·O 42.5普通硅酸盐水泥，所用水泥的原材料必须具备相应的出厂质量证明文件，水泥必须干燥无结块，不合格的水泥严禁使用，本工程采用水泥浆的水灰比为1∶1，水玻璃、磷酸混合液浓度38°～40°Bé，用水调配出磷酸稀释液，水泥浆液与磷酸浆液的比例为1∶1(体积比)，具体配比可根据现场凝结时间进行调整。

本工程制浆设备采用叶片式搅拌机，为保证浆液在使用时保证均匀性，制作好的浆液要储存在搅拌储浆桶内，为了保证大流量注浆时浆液供应充足，储浆桶外侧需设两个以上取浆口。根据选定浆液的配比参数拌好浆液，其中水泥浆拌好后用2mm×2mm网筛过滤，确保浆液均匀。

5 注浆施工质量控制及故障处理

本工程注浆采用后退式注浆，待钻孔完成后，先进行封口，封口浆凝结后注入水泥-水玻璃双液浆，压力达到后，后退钻杆，进行下段的注浆作业，如此循环，直至该孔结束[5]。注浆过程中，边注浆边提钻杆，严格控制提升幅度，每步为0.3～0.4m，匀速回抽，注意注浆参数变化，当注浆量或注浆压力达到设计值后继续进行提杆。注浆压力为0.3～0.4MPa，注浆过程中严格控制注浆压力，谨防由于压力过大浆液进入开挖仓或裹住盾体，同时密切关注注浆量，当压力突然上升或从孔壁、断面砂层溢浆时，应及时调整注浆压力或在周边0.5m范围内重新钻孔注浆。注浆期间必须间断性转动刀盘，防止浆液流入掌子面固结将刀盘卡住。

图7 封孔

图8 注浆

特别注意注浆过程中如需暂停注浆时，为防止下次注浆前被堵管浆液混合，要先将水玻璃吸浆管取出并放置在清水桶中，然后再取出水泥管，并将注浆管拔出1m，以保持管路畅通且分离。

单孔注浆结束的标准以注浆量和注浆压力大小两种标准相结合的方式进行控制[6]。注浆量的控制标准为：当注浆量达到设计注浆量的1.5～2倍时，注浆压力仍然不上升，即认为达到结束注浆标准，此时采用速凝浆液进行最后注浆后结束该孔注浆。注浆压力的控制标准：随着注浆的进行，注浆压力逐渐上升，注浆量逐渐下降，当注浆压力达到设计注浆压力后，注浆管吸浆量很少或不吸浆时，表明达到了注浆结束的标志，此时结束注浆。该结束标准为参考值，实际结束标准应通过现场试验确定。

6 结 语

盾构掘进超前注浆加固技术是保障隧道断面安全施工的重要施工技术之一，在采用盾构机掘进过程中，对超前注浆的每一道注浆工序较精准把控是盾构掘进超前注浆施工应该注意的要点。