雙液漿同步注漿在盾構(gòu)隧道施工中的應(yīng)用

白耀平

摘 要：我國(guó)在“十三五”期間，城市軌道交通建設(shè)對(duì)盾構(gòu)機(jī)的需求量將翻番，城市軌道交通工程進(jìn)入蓬勃發(fā)展階段。由此，相關(guān)專業(yè)也將會(huì)涌現(xiàn)出大量的工程施工技術(shù)問題需要解決，特別是地鐵盾構(gòu)區(qū)間在施工和運(yùn)營(yíng)過程中沿線及周邊地面的變形，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響，地鐵隧道盾構(gòu)區(qū)間施工中采用水泥+水玻璃雙液漿同步注漿能夠較好地保持地層的穩(wěn)定性，抑制施工過程中和運(yùn)營(yíng)期間引起的過大變形，確保地面及周邊建筑物沉降在安全范圍內(nèi)，在特殊地質(zhì)和小曲線、下穿結(jié)構(gòu)及建筑物盾構(gòu)區(qū)間施工中具有推廣意義。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)區(qū)間隧道；同步注漿；雙液漿；地面沉降

中圖分類號(hào)：U455.43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）19-0124-03

Application of Synchronous Grouting of Two Slurry in

Shield Tunnel Construction

BAI Yaoping

（No.2 Engineering Corporation Limited of CR20G，Beijing 100042）

Abstract： In the period of "13th Five-Year"， the demand of urban rail transit for the construction of urban rail transit will double， and the urban rail transit project has entered a stage of vigorous development. A large number of engineering construction technical problems will be solved， especially the process of construction and operation of the subway shield. The deformation of the ground along the line and the surrounding ground causes serious economic loss and social influence. The use of cement + glass double liquid slurry synchronous grouting in the tunnel shield tunnel construction can maintain the stability of the formation well， restrain the excessive deformation during the construction process and during the operation， and ensure the settlement of the ground and surrounding buildings. Within the scope of safety， the construction of special geological and small curve， through structures and shield tunnels is of great significance.

Keywords： shield tunnel； synchronous grouting；double slurry； land subsidence

1 工程概況

鄭州市軌道交通城郊鐵路二期土建施工某合同段某盾構(gòu)區(qū)間下穿南水北調(diào)中線總干渠和姬莊南溝排水倒虹吸，穿位置處南水北調(diào)干渠頂寬為103.04m（保護(hù)圍欄之間距離），干渠底寬約21m，干渠底標(biāo)高為115.12m，深約8.9m，邊坡為1∶2.5。該區(qū)間為富水粉質(zhì)黏土層，在全斷面富水粉質(zhì)黏土層中的盾構(gòu)掘進(jìn)由于盾構(gòu)自身施工工藝沉降控制十分困難，往往是在盾尾通過后的24h內(nèi)，95%的地層將發(fā)生沉降，盾構(gòu)二次補(bǔ)漿對(duì)地層的加強(qiáng)作用不明顯，甚至由于壓力過大而無法進(jìn)行二次注漿。因此，在本工程地質(zhì)條件下，盾構(gòu)掘進(jìn)地層沉降控制十分困難，盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)極高。參建各方通過組織專家論證，并根據(jù)專家意見，進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)，主要包括注漿料的比對(duì)、方法的比對(duì)、加固效果的比對(duì)，決定技術(shù)措施以洞內(nèi)措施+地面應(yīng)急搶險(xiǎn)措施為主，洞內(nèi)措施主要為采用水泥漿+水玻璃雙液漿（簡(jiǎn)稱“雙液漿”）作為盾構(gòu)隧道施工同步注漿用漿液。

2 盾構(gòu)隧道同步注漿概述

2.1 注漿作用

盾構(gòu)機(jī)的切削刀盤直徑6.28m與隧道襯砌管片的外徑6.0m有一定的差值，即[ΔD]=6.28-6.0=0.28m[1-3]。另外，由于盾構(gòu)掘進(jìn)過程中的蛇形運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生難以預(yù)控的超挖和理論間隙，管片與地層間存在一環(huán)形建筑空間。目前，常用的盾構(gòu)機(jī)均通過同步注漿系統(tǒng)向剛脫出盾尾的管片背后的空隙中注入漿液，以將管片和開挖地層間空隙填充密實(shí)，保證盾構(gòu)隧道上方土體不發(fā)生較大沉降，確保施工安全。

2.2 注漿材料的選用

目前，盾構(gòu)施工選用的注漿主要有兩類，分別為傳統(tǒng)砂漿和可硬性漿液。傳統(tǒng)砂漿由粉煤灰、中細(xì)砂和水等組成，外加劑為膨潤(rùn)土；可硬性漿液是在傳統(tǒng)漿液基礎(chǔ)上添加水泥。

根據(jù)本文提出的項(xiàng)目的施工特點(diǎn)及下穿南水北調(diào)中線總干渠的設(shè)計(jì)要求，選擇的注漿漿液必須具有良好的和易性、填充性、早期強(qiáng)度上升快的性能。通過充分考慮這些因素，有針對(duì)性地對(duì)同步注漿材料進(jìn)行選擇和對(duì)比，決定采用雙液漿。

水泥漿+水玻璃雙液漿同步注漿膠凝時(shí)間短，且在幾秒鐘到幾十分鐘內(nèi)準(zhǔn)確控制；而常規(guī)的盾構(gòu)隧道施工同步注漿采用惰性緩凝漿液（水泥砂漿），凝固時(shí)間較長(zhǎng)（初凝時(shí)間6～10h）[4-6]。盾構(gòu)施工采用雙液漿進(jìn)行同步注漿的優(yōu)點(diǎn)主要有：①可以盡早填充地層，減少地層沉陷量，保證周圍環(huán)境的安全；②確保管片襯砌的早期穩(wěn)定性和其背后間隙的密實(shí)性；③作為管片襯砌防水的第一道防線，提供終身、均質(zhì)、穩(wěn)定的防水功能；④作為隧道襯砌結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)層，使其具有耐久性和一定的強(qiáng)度。而對(duì)于盾構(gòu)下穿重要管線、建（構(gòu)）筑物，惰性緩凝漿液容易流失造成底層沉降過大。因此，該工程采用水泥漿+水玻璃雙液漿能確保短時(shí)間內(nèi)填充管片背后空隙，以達(dá)到控制地層沉降的目的。

3 雙液漿同步注漿施工工藝

3.1 雙液漿同步注漿設(shè)備

盾構(gòu)機(jī)雙液漿同步注漿設(shè)備由注漿泵、清洗泵、儲(chǔ)漿灌、管道和閥件等組成，安裝在后配套臺(tái)車上。在盾尾設(shè)置了4處共8根同步注漿管（4根A液和4根B液注漿管）注雙液漿，當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，A、B兩個(gè)注漿泵分別將儲(chǔ)漿灌中的水泥漿液和水玻璃泵出，通過各自輸漿管道，進(jìn)入盾尾殼體內(nèi)的同步注漿管，兩種漿液出注漿管后混合填充管片外表面的環(huán)形空隙。

3.2 雙液漿配合比

盾構(gòu)同步注漿雙液漿漿液參考以往施工經(jīng)驗(yàn)并經(jīng)實(shí)驗(yàn)室試配確定。根據(jù)本工程情況，同步注漿配合比如下。雙液漿配比（質(zhì)量比），水泥∶水=1.2∶1，水玻璃∶水泥漿=1∶7，初凝時(shí)間23s[7-9]。漿液性能指標(biāo)見表1。

3.3 雙液漿注漿參數(shù)設(shè)定

3.3.1 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(shí)避免漿液進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)的土倉(cāng)中。最初的注漿壓力是根據(jù)理論的靜止水土壓力確定的，在實(shí)際掘進(jìn)過程中將不斷優(yōu)化。注漿壓力過大，會(huì)導(dǎo)致地面隆起和管片變形，且易漏漿；若注漿壓力過小，則漿液填充速度趕不上空隙形成速度，又會(huì)引起地面沉降。根據(jù)工程總結(jié)，注漿壓力取0.03～0.06MPa。

3.3.2 注漿量。每環(huán)管片的注漿量為理論值的1.5～2倍，即每環(huán)的注漿量為3.2～3.5m3。水玻璃注入量根據(jù)實(shí)驗(yàn)配比進(jìn)行注入，注入比例為：水玻璃∶水泥漿=1∶7。

3.3.3 注漿時(shí)間和速度。在不同的地層中，根據(jù)不同凝結(jié)時(shí)間的漿液及掘進(jìn)速度來具體控制注漿時(shí)間的長(zhǎng)短。做到“掘進(jìn)、同步注漿，不掘進(jìn)、不注漿”，通過控制同步注漿壓力和注漿量雙重標(biāo)準(zhǔn)來確定注漿時(shí)間。注漿量和注漿壓力達(dá)到設(shè)定值后方可停止注漿，否則仍需補(bǔ)漿。

3.3.4 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)及注漿效果檢查。采用注漿壓力和注漿量雙指標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)，即當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)定值，注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)值的85%以上時(shí)，即可認(rèn)為達(dá)到了注漿效果。

注漿效果檢查主要采用分析法，即根據(jù)注漿壓力-注漿量-時(shí)間曲線，結(jié)合管片、地表及周圍建筑物量測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

4 雙液漿同步注漿的特點(diǎn)

4.1 能快速控制地層早期變形

采用水泥漿+水玻璃雙液漿進(jìn)行盾構(gòu)同步注漿，漿液能在短時(shí)間內(nèi)凝結(jié)并產(chǎn)生較大強(qiáng)度，及早填充管片周邊的空隙，穩(wěn)固了地層，減少了地層擾動(dòng)和初期沉降值，能保證周圍環(huán)境的安全。施工單位通過盾構(gòu)試驗(yàn)段對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)和雙液漿同步注漿參數(shù)進(jìn)行總結(jié)和調(diào)整，最終確定較為合理的掘進(jìn)參數(shù)。盾構(gòu)隧道施工于2014年4月21日開始進(jìn)行下穿進(jìn)入施工影響范圍區(qū)域（2倍隧道埋深范圍內(nèi)），到2014年4月29日盾構(gòu)機(jī)盾尾脫出施工影響范圍區(qū)域。通過對(duì)施工進(jìn)度、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析可知，在刀盤到達(dá)前，測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降約1mm，盾體通過時(shí)沉降2～3mm，盾尾脫出時(shí)沉降為6～7mm。總體來說，地表沉降能控制在12mm以內(nèi)，管線沉降能控制在10mm內(nèi)（設(shè)計(jì)單位提供的控制值為10mm）。

4.2 能控制管片拼裝質(zhì)量和變形

盾構(gòu)隧道管片質(zhì)量控制主要為管片位移和管片錯(cuò)臺(tái)及破損。盾構(gòu)隧道采用雙液漿進(jìn)行同步注漿能快速有效地充填管片背后間隙，快速凝結(jié)的漿液有利于管片的早期穩(wěn)定，對(duì)控制管片上浮有明顯的效果。通過對(duì)該區(qū)間管片姿態(tài)日常量測(cè)分析，管片中線最大偏移量為50～60mm，管片高程最大偏移量為40～50mm（規(guī)范要求±100mm）。管片收斂收斂最大值為+2.29mm（規(guī)范要求±20mm）。

4.3 有利于盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制

同步注漿采用雙液漿能及時(shí)有效地對(duì)盾尾建筑空隙進(jìn)行填充，并且凝固時(shí)間較短，對(duì)約束管片在軸線及高程上的變化起到很好的作用。在管片變形得到良好的控制后，盾構(gòu)機(jī)后端姿態(tài)控制較為穩(wěn)定，并且可以隨著前端姿態(tài)糾偏而做出迅速反應(yīng)，進(jìn)而使盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)能快速有效地達(dá)到操作者的意圖，有利于姿態(tài)的穩(wěn)定控制。

5 結(jié)語(yǔ)

水泥+水玻璃雙液漿止水性能好，不易離析，凝結(jié)時(shí)間較短且可調(diào)節(jié)，能達(dá)到較短時(shí)間內(nèi)固結(jié)和止水的目的。盾構(gòu)同步注漿采用雙液漿注漿能及時(shí)有效地填充盾構(gòu)建筑間隙，能夠有效保持地層的穩(wěn)定性，抑制施工引起的過大變形，進(jìn)而起到控制地表沉降的作用。同時(shí)，同步注雙液漿能起到很好的堵水效果，防止盾尾漏水、漏漿，有效控制了管片變形，保證隧道的成形質(zhì)量。在特殊地質(zhì)和小曲線、盾構(gòu)隧道下穿重要管線及建筑物段，盾構(gòu)采用雙液漿同步注漿能夠起到良好的控制沉降的作用，保證盾構(gòu)施工和周邊環(huán)境的安全，值得推廣。

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