地鐵管片隧道環形間隙同步注漿技術探討

【摘 要】結合某地鐵施工實例，該工程為了控制地層變形，穩定管片結構，控制盾構掘進方向，并且有利于加強管片隧道結構的防水能力，管片背后環向間隙應該采用同步注漿，本文對該注漿技術進行深入探討，旨在為同類工程借鑒。

【關鍵詞】地鐵施工；同步注漿；注漿技術；注漿材料

1 工程概況

某隧道盾構3標段長度為3584.5m，其中左線長為1215.5m，右線長為2369m。結合本隧道所處地區的地質情況以及工程周圍環境，經研究決定本工程采取復合型盾構機來進行本隧道的挖掘施工，從而以有效地控制軟弱地層的沉降問題。

2 同步注漿方案提出

鑒于考慮到本工程的地質殘積土以及混合片麻巖、強風化巖遇水容易軟化、崩解，強度低，而且自穩性差，開挖方面需要加強出土控制的同時，同步注漿也將成為另一個重要的控制點。為此，針對本隧道工程采用盾構在挖掘施工中所產生的環形間隙，采取同步注漿技術來解決，以有效地控制軟弱地層變形，針對不同地質情況程度而必要時采取二次注漿補強。同時，為了能有效地控制軟弱地層變形、穩定管片結構、控制盾構掘進方向，同時有利于加強管片隧道結構的防水能力，管片背后環向間隙應該采用同步注漿。對于所采用的同步注漿的材料、配比、參數以及工藝等可以根據本工程具體地質水文和環境條件，并且參照國內盾構施工同步注漿的成功經驗確定。

3 注漿材料及配比控制

3.1 注漿材料

本工程采用水泥砂漿作為主要的同步注漿材料，該漿材具有結石率高、結石體強度高而且耐久性好的特點。為了減少管片安裝后的變形或者使注入漿液在較短的時間內起到止水的效果，也使用水泥水玻璃漿液。

3.2 漿液配比及主要物理力學指標

3.2.1 水泥砂漿。本工程同步注漿擬采用表1所示的配比。其膠凝時間一般為8h左右，可根據地層條件和掘進速度，通過現場試驗加入促凝劑及變更配比來調整膠凝時間。對于強透水地層和需要注漿提供較高的早期強度的地段，可通過現場試驗進一步調整配比和加入早強劑，進一步縮短膠凝時間，獲得早期強度，保證良好的注漿效果。在施工過程中，需要根據地層條件、地下水情況及周邊條件等，通過現場試驗優化確定。同步注漿漿液的主要物理力學性能應該滿足下列的指標。固結體強度.一天不小于0.2MPa（相當于軟質巖層無側限抗壓強度），28天不小于1.2MPa（略大于強風化巖天然抗壓強度）。漿液結石率應大于95%，即固結收縮率應小于5%。漿液稠度控制在8～12cm范圍之間； 漿液穩定性：傾析率（靜置沉淀后上浮水體積與總體積之比）小于5%。

表1同步注漿材料配比和性能指標表

水泥(kg)粉煤灰（kg）膨潤土（kg）砂（kg）水（kg）外加劑

150～200380～31060～50300360～350按需要根據試驗加入

3.2.2 水泥水玻璃漿液膠凝時間為15～50s；固結體強度其終凝強度不小于0.2MPa（相當于軟質巖層無側限抗壓強度），28天不小于1.5MPa（略大于強風化巖天然抗壓強度）。漿液結石率大于90%，即固結收縮率小于10%。水玻璃摻入比控制在5～30％范圍之間；水泥漿比重控制在1.3～1.5。使用該漿液注漿前，一定要根據實際的需要進行試配，以達到既能順利注入，又在較短的時間內達到預期的注漿效果。

4 同步注漿施工技術

4.1 同步注漿主要技術參數

4.1.1 注漿壓力控制。為了有效地保證達到對環向空隙的有效充填，同時又能確保管片結構不因注漿產生過大的變形和損壞，根據計算和經驗，注漿壓力取值為0.2～0.5MPa。

4.1.2 注漿量控制。同步注漿量根據盾構施工背襯注漿量經驗計算公式：Q＝V·λ；其中：λ--注漿率（一般取大于120%）；V--盾構施工引起的空隙（m3）V=π（D2-d2）L/4；L--回填注漿段長即預制管片每環長度（預制管片每環長1.5m）。將實際數據代入得：Q＝3.14×(6.282－62)×1.5/4×1.2，得出每環注漿量大于4.9m3／環（1.5m），一般情況下為5.0m3左右。在同步注漿不足的情況下，掘進結束后需進行二次注漿，注漿量由現場試驗確定（以壓力控制為主，依照管片的抗剪切強度和隧道工況、安全度推斷，原則上瞬時不超過1.0MPa，）。

4.1.3 注漿速度。同步注漿速度與掘進速度相匹配，即V=10πV0（D2-d2）/4；其中：V0--掘進速度（cm/min）；以次估算，同步注漿的注漿速度為30～200L/min。根據經驗二次注漿的注入速度可控制在10～25L/min以內，以獲得對巖層較為均勻的滲透。

4.1.4 注漿結束控制。注漿壓力達到設計壓力，注漿量達到設計注漿量的80%以上。注漿效果檢查主要采用分析法，即根據P-Q-t曲線，結合襯砌、地表及周圍建筑物變形量測結果進行綜合分析判斷。在可能或需要的情況下，對拱頂部分采用超聲波探測法通過頻譜分析進行檢查，或根據同步注漿量和管片的變形情況分析，對未滿足要求的部位，及時進行二次補充注漿。

4.2 同步注漿方法、工藝與配套設備

4.2.1 同步注漿施工。同步注漿與盾構掘進同時進行，通過同步注漿系統及盾尾的內置注漿管，在盾構向前推進盾尾空隙形成的同時進行，采用雙泵四管路（四注入點）對稱同時注漿見圖1所示。

圖1 同步注漿示意圖

注漿可根據需要采用自動控制或手動控制方式，自動控制方式即預先設定注漿壓力，由控制程序自動調整注漿速度，當注漿壓力達到設定值時，自行停止注漿。手動控制方式則由人工根據掘進情況隨時調整注漿流量，以防注漿速度過快，而影響注漿效果。

4.2.2 設備配置。同步注漿系統采用配備SWING KSP12液壓注漿泵2臺，注漿能力2×12 m3/h，4個盾尾注入管口及其配套管路。二次注漿單獨的注漿系統，位于3＃臺車上。運輸系統采用自生產的砂漿罐車（6m3），帶有自攪拌功能和砂漿輸送泵。隨編組列車一起運輸。

4.3 注漿效果檢查

注漿的效果檢查主要采用分析法，也就是根據P-Q-t曲線，結合掘進速度及襯砌、地表與周圍建筑物變形的量測結果進行綜合分析判斷，尤其是實際注入量與理論計算量的比較。必要時采用無損探測法進行效果檢查。

4.4 管片壁后同步注漿質量控制技術

4.4.1 在開工前必須制定詳細的注漿作業指導書，并且進行詳細的漿材配比試驗，選定合適的注漿材料及漿液配比。制訂詳細的注漿施工設計以及工藝流程及注漿質量控制程序，嚴格按要求實施注漿、檢查、記錄、分析，及時做出P（注漿壓力）—Q（注漿量）—t（時間）曲線，分析注漿速度與掘進速度的關系，評價注漿效果，反饋指導下次注漿。

4.4.2 成立專業的注漿作業組，由富有經驗的注漿工程師負責現場注漿技術和管理工作。

4.4.3 根據洞內管片襯砌變形以及地面及周圍建筑物變形的監測結果，及時進行信息反饋，修正注漿參數設計和施工方法，發現情況及時解決。

4.4.4 做好注漿設備的維修保養，注漿材料的供應，定時對注漿管路及設備進行清洗，保證注漿作業順利連續不中斷地進行。

4.4.5 環形間隙充填不夠、結構與地層變形不能得到有效的控制或變形危及地面建筑物安全時、或者存在地下水滲漏區段，必需通過吊裝孔對管片背后進行補充注漿。

5 結論

文章結合某標段盾構施工實例，針對工程軟弱地層、含水軟巖以及軟硬混合地層的掘進施工，管片背后環向間隙應該采用同步注漿技術，提出了詳細的施工流程，工程實踐效果顯著，值得為同類工程提供參考指導。

參考文獻：

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