關于地鐵盾構施工中注漿技術的研究

王瑛輝

（石家莊市軌道交通有限責任公司，河北 石家莊050000）

1 盾構法介紹

盾構法施工是以盾構這種施工機械在地面以下暗挖隧道的一種施工方法。盾構（shield）是一個既可以支承地層壓力又可以在地層中推進的活動鋼筒結構。鋼筒的前端設置有支撐和開挖土體的裝置，鋼筒的中段安裝有頂進所需的千斤頂；鋼筒的尾部可以拼裝預制或現澆隧道襯砌環。盾構每推進一環距離，就在盾尾支護下拼裝（或現澆）一環襯砌，并向襯砌環外圍的空隙中壓注水泥砂漿，以防止隧道及地面下沉。盾構推進的反力由襯砌環承擔。盾構施工前應先修建一豎井，在豎井內安裝盾構，盾構開挖出的土體由豎井通道送出地面。

盾構法施工的優點

（1）安全開挖和襯砌，掘進速度快；

（2）盾構的推進、出土、拼裝襯砌等全過程可實現自動化作業，施工勞動強度低；

（3）不影響地面交通與設施，同時不影響地下管線等設施；

（4）穿越河道時不影響航運，施工中不受季節、風雨等氣候條件影響，施工中沒有噪音和擾動；

（5）在松軟含水地層中修建埋深較大的長隧道往往具有技術和經濟方面的優越性。

2 工程概況

根據地質勘查報告，石家莊火車東站～南村站區間穿越土層以粉質粘土，中粗砂為主；南村站～洨河大道站區間穿越土層以粉細砂，中粗砂為主。兩區間范圍內地下水埋深約40～48m，含水層為卵石粗砂層，區間均未進入潛水層，未見上層滯水。因此宜采用盾構施工。

3 盾構同步注漿

當盾片脫離盾尾后,在土體與管片之間會形成一道寬度為80mm左右的環行空隙。同步注漿的目的是為了盡快填充環形間隙使管片盡早支撐地層，防止地面變形過大而危及周圍環境安全，同時作為管片外防水和結構加強層。

3.1 注漿材料及配比設計

3.1.1 注漿材料

采用水泥粉煤灰砂漿作為同步注漿材料，該漿材具有結石率高、結石體強度高、耐久性好和能防止地下水浸析的特點。水泥采用42.5抗硫酸鹽水泥，以提高注漿結石體的耐腐蝕性，使管片處在耐腐蝕注漿結石體的包裹內，減弱地下水對管片混凝土的腐蝕。

3.1.2 漿液配比及主要物理力學指標

根據盾構施工經驗，同步注漿擬采用表所示的配比。在施工中，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滿足下列指標：

表1 同步注漿材料配比和性能指標表

1）膠凝時間：一般為3～10h，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。

2）固結體強度：一天不小于 0.2MPa，28 天不小于 2.5MPa。

3）漿液結石率：＞95%，即固結收縮率＜5%。

4）漿液稠度：8～12cm。

5）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%。

3.2 同步注漿主要技術參數

3.2.1 注漿壓力

注漿壓力略大于該地層位置的靜止水土壓力，同時避免漿液進入盾構機的土倉中。

最初的注漿壓力是根據理論的靜止水土壓力確定的，在實際掘進中將不斷優化。如果注漿壓力過大，會導致地面隆起和管片變形，還易漏漿。如果注漿壓力過小，則漿液填充速度趕不上空隙形成速度，又會引起地面沉陷。一般而言，注漿壓力取1.1～1.2倍的靜止水土壓力，最大不超過 3.0～4.0bar。

由于從盾尾圓周上的四個點同時注漿，考慮到水土壓力的差別和防止管片大幅度下沉和浮起的需要，各點的注漿壓力將不同，并保持合適的壓差，以達到最佳效果。在最初的壓力設定時，下部每孔的壓力比上部每孔的壓力略大 0.5～1.0bar。

3.2.2 注漿量

根據刀盤開挖直徑和管片外徑，可以按下式計算出一環管片的注漿量。

V=π/4×K×L×（D1-D2）

式中：V—— 一環注漿量（m3）

L—— 環寬（m）

D1—— 開挖直徑（m）

D2—— 管片外徑（m）

K—— 擴大系數取1.5～2

代入相關數據，可得：

V=π/4×(1.5～2)×1.2×（40.83-38.44）=3.4～4.5m3/環

根據上面經驗公式計算，注漿量取環形間隙理論體積的1.5～2倍，則每環（1.2m）注漿量 Q=3.4～4.5m3。

3.2.3 注漿時間和速度

在不同的地層中根據需不同凝結時間的漿液及掘進速度來具體控制注漿時間的長短。做到“掘進、注漿同步，不注漿、不掘進”，通過控制同步注漿壓力和注漿量雙重標準來確定注漿時間。

注漿量和注漿壓力達到設定值后才停止注漿，否則仍需補漿。

同步注漿速度與掘進速度匹配，按盾構完成一環掘進的時間內完成當環注漿量來確定其平均注漿速度。

3.2.4 注漿結束標準及注漿效果檢查

采用注漿壓力和注漿量雙指標控制標準，即當注漿壓力達到設定值，注漿量達到設計值的85%以上時，即可認為達到了質量要求。

注漿效果檢查主要采用分析法，即根據壓力-注漿量-時間曲線，結合管片、地表及周圍建筑物量測結果進行綜合評價。

對拱頂部分采用超聲波探測法通過頻譜分析進行檢查，對未滿足要求的部位，進行補充注漿。

4 同步注漿方法、工藝

壁后注漿裝置由注漿泵、清洗泵、儲漿槽、管路、閥件等組成，安裝在第一節臺車上。在盾尾設置了4處8根同步注漿管（4根A液，4根B液漿管）可注雙液漿，當盾構掘進時，注漿泵將儲漿槽中的漿液泵出，通過輸漿管道，通到盾尾殼體內的同步注漿管，對管片外表面的環行空隙中進行同步注漿，在每條輸漿管道上都有一個壓力傳感器，在每個注漿點都有監控設備監視每環的注漿量和注漿壓力；而且每條注漿管道上設有兩個調整閥，當壓力達到最大時，其中一個閥就會使注漿泵關閉，而當壓力達到最小時，另外一個閥就會使注漿泵打開，繼續注漿。

盾尾密封采用三道鋼絲刷加注盾尾油脂密封，確保周邊地基的土砂和地下水、襯背注漿材料、開挖面的水和泥土從外殼內表面和管片外周部之間縫隙不會流入盾構里，確保壁后注漿的順利進行。

注漿工藝流程及管理程序見圖1。

圖1 管片襯砌背后同步注漿工藝流程及管理程序

5 同步注漿的注意事項

1）在開工前制定詳細的注漿作業指導書，并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。

2）制訂詳細的注漿施工設計和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。

3）成立專業注漿作業組，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）根據洞內管片襯砌變形和地面及周圍建筑物變形監測結果，及時進行信息反饋，修正注漿參數和施工工藝，發現情況及時解決。

5）做好注漿設備的維修保養，注漿材料供應，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進行。

6）每環掘進之前，都要確認注漿系統的工作狀態處于正常，并且漿液儲量足夠，掘進中一旦注漿系統出現故障，立即停止掘進進行檢查和修理。

6 二次注漿

盾構機穿越后考慮到環境保護和隧道穩定因素，如發現同步注漿有不足的地方，通過管片中部的注漿孔進行二次補注漿，補充同步注漿未填充部分和體積減少部分，從而減少盾構機通過后土體的后期沉降，減輕隧道的防水壓力，提高止水效果。

二次注漿使用專用的注漿泵，注漿前鑿穿管片吊裝孔外側保護層，安裝專用的注漿接頭。

二次注漿一般采用水泥漿，注漿壓力一般為0.2～0.4MPa。也可根據情況選用雙液漿。

7 結束語

綜上所述，面對人民生活水平的不斷提高，交通的發展成為城市規劃建設的重中之重。地鐵這一軌道交通工具將顯著地緩解城市交通壓力，疏解主城中心區交通擁堵、改善居民的出行。而盾構法施工具有施工速度快、洞體質量比較穩定、對周圍建筑物影響較小等特點，在近年來地鐵工程施工中得到廣泛應用。

［1］陸云涌.地鐵工程施工技術綜述[J].山西建筑，2009，10（28）.

［2］向昌平.盾構法施工技術在地鐵建設運用中的技術問題分析[J].中國高新技術企業，2008(08).