软土地层盾构法隧道同步注浆工艺标准化研究

黄 俊（上海隧道工程股份有限公司，上海 200232）

随着国内城市基础建设的不断发展，地下空间的不断开拓，盾构法施工区域也不断扩展。盾构法隧道施工将不可避免的遇到不同地层、不同埋深和不同施工环境；为适应不同各类复杂多变的工况，控制盾构法隧道施工对周边环境的影响，需现场技术人员针对现状及时作出合理的施工参数，如根据不同地层情况，调整合适的注浆位置、注浆量和相应的注浆压力等，因此，对某一关键施工工艺进行标准化研究十分有必要。

1 盾构法隧道同步注浆工艺特点

盾构法隧道同步注浆施工是盾构工法中必不可少的工序，是控制地面沉降和隧道稳定的关键[1]。盾构法隧道同步注浆工艺是在盾构掘进的同时，通过注浆泵的泵压作用，把具备一定工作性能和强度的浆液注入盾尾管片环外空隙之中，达到填充盾尾建筑空隙、减小地面沉降、提高整体隧道稳定、辅助隧道防水等目的，盾构同步注浆示意图如图 1 所示。

图1 盾构法隧道同步注浆示意图

以软土地层盾构法隧道施工为例，同步注浆工艺标准化关键技术及难点。

（1）适应盾构工法的同步注浆工艺；针对不同盾构工法（如地铁单圆盾构隧道、双圆盾构隧道、超大直径盾构隧道、矩形盾构隧道、地面出入式盾构隧道等）选择与工法相适应的同步注浆工艺（可硬性砂浆、抗剪型砂浆、双液浆等）极其重要。

（2）适应同步注浆工艺的标准浆液配合比；针对同步注浆浆液性能指标设计，对同步注浆浆液的配置尤为重要，包括浆液的标准配合比、拌浆原材料的选取标准等。

（3）适应浆液材料的配套施工设备；针对浆液材料的性能特点，选取相应的拌浆、输浆、注浆等配套设备，对保证浆液质量及输送效率，从而达到注浆效果意义重大。

（4）适应工况条件的注浆参数控制；针对不同工况条件下的施工控制要求，对注浆量、注浆压力、注浆空位布置及比例分配等，是确保同步注浆施工效果的最关键因素。

2 适应盾构工法的同步注浆工艺研究

软土地层盾构法隧道施工，先后经历了惰性浆、可硬性单液砂浆、双液浆、抗剪型单液浆，惰性浆因其施工控制效果差，已被淘汰，对可硬性单液砂浆、双液浆、抗剪型单液浆同步注浆工艺适用范围进行比选分析，如表 1 所示。

表1 各同步注浆工艺适用范围

对不同同步注浆浆液材料进行了比选分析，如表 2 所示。

表2 主要浆液类型比选表

对不同同步注浆工艺进行了比选分析，如表 3 所示。

表3 主要施工工艺比选表

3 适应同步注浆工艺的标准浆液配合比研究

可硬性单液砂浆、双液浆、抗剪型单液砂浆材料的标准配合比及性能指标如表 4、5、6 所示。

表4 盾构可硬型砂浆（KY浆）标准配合比及性能指标

表5 盾构双液浆标准配合比及性能指标

表6 盾构抗剪型砂浆标准配合比及性能指标单位：kg/m3

抗剪型单液砂浆能够适应不同盾构工法，并取得良好施工效果的原因，可从以上浆液材料的配合比及性能指标分析如下。

（1）较低的稠度；不同于以往惰性浆及可硬性砂浆，抗剪型砂浆采用与混凝土标准相同的“坍落度”作为性能控制指标，能显著降低浆液注入量，降低对周围水土的扰动；

（2）较大的密度；由于浆液配比中含砂量高，避免了浆液注入地层后受地下水的稀释而导致浆液流失；

（3）较高的抗剪强度；依靠其早期抗剪强度，能够快速达到控制周围土体变形与隧道结构稳定的作用，相比较可硬性砂浆，同步注浆工艺对浆液的要求，更需要体现“及时、充分”，若浆液在早期无法具备抵御周围土体变形的能力，后期无论浆液固结体强度再高，周围土体及隧道结构已然发生变形，则无法达到同步注浆最佳效果[2]。

4 适应浆液材料的配套施工设备研究

盾构法隧道施工是一项机械化程度较高的工法，同步注浆工艺施工过程中配套设备的选型对于浆液施工质量、施工效率至关重要，通过以往施工案例总结分析，同步注浆施工质量控制差的原因，往往是因配套设备选型不当，导致浆液性能指标无法保障，严重影响了施工质量，对浆液拌制、输送、注浆三个工序过程的配套设备配置标准如下。

（1）浆液拌制。采用抗剪型砂浆同步注浆工艺，施工现场或专业搅拌站的拌浆系统均应采用自动化砂浆搅拌楼系统，拌浆系统设备标准如表 7所示。

表7 拌浆系统设备标准

（2）浆液输送。同步注浆输浆与存储系统应满足以下基本要求：①各输浆管路直径应满足浆液输送要求，≥120 mm；②输浆泵应适应施工浆液的输送，流量须＞20 m3/h；③盾构储浆槽容量应大于盾构每环掘进最低注浆量；④各储浆槽必须具备搅拌功能，宜采用横轴滚轮式搅拌。输浆系统设备如图 2 所示。

图2 输浆系统示意图

（3）注浆施工。盾构注浆系统应满足以下基本要求：①最大理论输出 ≥12 m3/h；②各注浆管路注浆压力与注浆量可独立调节控制；③注浆压力与注浆量能正确显示且数据可储存、读取；④在设定注浆压力要求范围内，可自动开启或停止注浆泵。

5 适应工况条件的注浆参数控制研究

盾构掘进过程中，应采用同步、多点、均匀注浆，注入流量应同掘进速度相适应，使之既能达到有效填充建筑空隙，又不会对管片成环质量产生影响，盾构注浆系统通过多个（4～6 点）注浆点对盾尾管片外部建筑空隙实施同步注浆。

以软土地层地铁隧道施工为例，不同地层参数条件下的同步注浆施工注浆率参数可参照表 8。

表8 不同地层参数条件下的注浆率参数对应表

以软土地层地铁隧道施工为例，特殊工况条件下的同步注浆施工注浆率参数可参照表 9。

表9 特殊工况条件下的注浆率参数对应表

6 结 语

本文对盾构法隧道同步注浆标准化进行了比选分析与研究，主要结论如下。

（1）浆液材料标准化；抗剪型单液砂浆经过应用实践，已广泛应用于地铁盾构隧道、超大直径盾构隧道、异形盾构隧道等同步注浆工艺中，取得了良好施工控制效果，其取材广泛、经济性好，施工配置简易，施工可操作性高，目前已基本取代惰性浆、可硬性单液砂浆、双液浆；在施工标准化中需重点控制配合比及性能指标标准化，以性能指标质量控制为核心，根据原材料特性可通过室内实验对配合比进行调整。

（2）配套设备标准化；配套设备的选型需严格依照浆液性能指标，在施工标准化中根据浆液材料和易性、初凝时间、泌水率等指标，选取适应浆液材料及施工效率的配套设备。

（3）施工参数标准化；在控制浆液性能指标的基础上，施工参数标准化的重点，是要根据土层物理力学性能、盾构线性、轴线等工况条件，对注浆率、注浆量等关键参数进行针对性调整。