用于有效控制地面沉降盾構新型注漿技術研究

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中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司

1 前言

盾構掘進過程中產生的地表沉降主要是由于施工引起地層損失，為控制地層損失，盾構機設置有同步注漿系統，通過在盾尾后方及時注入同步漿液填充管片外空隙以彌補地層損失；同時，對尚未填充密實的地方，通過二次注漿進行填充，這一系列方法，對地面沉降控制起到了重要的作用，但該方法不可避免地存在一個問題，即盾構機掘進時，因開挖刀盤開挖斷面略大于盾體外徑，更大于管片外徑，而盾體外面的空隙在掘進過程中無法及時填充，若地質條件差，因盾體外的空隙無法及時填充會出現地面沉降，當刀盤上方出現地層塌空時，需及時對塌空的地方進行填充并形成有效支撐，但盾尾的注漿對此已達不到效果，即當盾構機掘進至盾尾到達塌空處需要再推進5～6 環左右，而此時塌空往往已向上傳遞了較大范圍甚至已到達地面，故：當地質條件差或通過重要建構筑物時，傳統注漿方法已難以實現對沉降的有效控制。

2 工程概況

本標段區間起點為機場北站，終點為吊出井，起點里程為YDK41 + 437.900，終 點 里 程 為YDK42 + 343.576（ZDK42 +335.972），區間長度905.676m（左線898.072m），線路埋深在19m～27m 之間，最小線間距12.05m，區間線路自機場站端以24‰、28‰及4‰坡度向下直至吊出井。盾構先后下穿既有運營的11號線右線、11號線入場線、11號線出場線及11號線左線。

3 工程難點

機重區間下穿地鐵11 號線機福區間隧道群，最小凈距僅2.4m，而穿越長度達117m，且機重區間左右線需連續8次下穿地鐵11 號線，對11 號線擾動將產生累加效應，沉降控制難度進一步增大。施工過程中需嚴格控制其對既有11號線的影響，否則將直接危及既有軌道交通線的運營安全、也會對新建盾構隧道工程的施工安全、工期和工程造價帶來不良后果。同時，已有地鐵運營隧道均為重要的交通走廊，是大多數市民出行最重要的交通工具之一，在城市公共中正發揮著骨干作用。新建隧道的施工全過程不能影響深圳地鐵11號線的正常運營，這對新建盾構隧道施工提出了更高的工程控制要求，亟須研究有效、適用、系統的控制既有線變形的整套成熟技術，以指導在已建線路附近進行新建盾構隧道施工。

4 同步注漿新型漿液配置技術

新型漿液原材料由石灰、粉煤灰、細砂、膨潤土、水泥組成（新型漿液重量配比見表1所示），配合比設計過程中，以漿液的坍落度和漿液凝結時間控制為核心，經現場試拌調整后得出生產配合比，另外，漿液在制拌過程中采用通用拌合設備，且在攪拌過程中要確保漿液放漿管道順直。漿液拌制以及新型漿液坍落度試驗分別如圖1和圖2所示。

表1 新型漿液重量配比（kg/m3）

圖1 漿液制拌

圖2 新型漿液坍落度試驗

其中粉煤灰、膨潤土采用散裝粉煤灰，將上述材料采用經改造的拌合設備進行攪拌，拌合時注意嚴控粉煤灰、沙子的質量，以保證漿液的流動性。

5 新型注漿系統及組合注漿技術

5.1 注漿系統的構造

注漿系統包括漿液攪拌裝置、漿液輸送裝置、盾尾同步注砂漿系統和新型漿液同步注漿系統。漿液攪拌裝置包括儲料罐、骨料倉和與儲料罐的進料口連通的攪拌站，儲料罐和骨料倉為一體式或分開式，兩者為分開狀態時，在儲料罐的出料口設有第一渣漿泵，并通過料液輸送管與骨料倉的進料口連通；在骨料倉的底部分別設有帶控制閥的砂漿輸送口和厚漿輸送口，并在砂漿輸送口通過漿料管連接有第二渣漿，在厚漿輸送口處通過漿料管連接有第一擠壓泵；在骨料倉的出料漏斗上設有振動泵，在進行新型漿液攪拌時，需要開啟振動泵加快新型漿液的出料速度，并避免新型漿液黏附在骨料倉的倉壁上。

漿液輸送裝置包括砂漿罐、厚漿罐、砂漿車和厚漿車，在砂漿罐和厚漿罐的出料口均設有第二擠壓泵，砂漿罐的進料口通過砂漿輸送管與第二渣漿泵連通，出料口通過第二擠壓泵直接與盾尾同步注漿系統連通，厚漿罐的進料口通過砂漿輸送管與第一擠壓泵連通。若輸送路線太長，砂漿罐為一個或多個串聯連接的砂漿罐，在每個砂漿罐的出料口均設有第二擠壓泵，厚漿罐與第一擠壓泵之間的厚漿輸送管上設有地泵。注漿系統的整體結構示意圖如圖3所示。

圖3 注漿系統整體結構示意圖

5.2 漿液運輸

（1）將配制的新型漿液通過攪拌裝置骨料倉的厚漿輸送口的第一擠壓泵輸送至厚漿罐內，再通過厚漿罐出料口的第二擠壓泵輸送到厚漿車內，厚漿車通過隧道軌道運送至第一節臺車，新型漿液通過厚漿車出料口的第三擠壓泵輸送到輸送至新型漿液罐內準備進行盾體同步注漿。

（2）在攪拌裝置內配制常規盾構同步注漿的砂漿漿液，并將配制的砂漿通過攪拌裝置骨料倉砂的砂漿輸送口第二渣漿泵送至砂漿罐，然后通過砂漿罐出料口的第二擠壓泵輸送到盾尾砂漿同步注漿的砂漿車儲料罐內準備進行盾尾砂漿同步注漿。

5.3 組合注漿施工技術

在掘進過程中，每掘進一環，通過盾尾砂漿注漿系統的砂漿注漿泵進行常規的盾尾砂漿同步注漿，同時通過新型漿液注漿泵將新型漿液罐內的新型漿液從盾體的最臨近12點位的兩個徑向直孔進行盾體注漿，填充盾體與土體之間的間隙，其每推進一環管片新型漿液的注漿量為一環管片寬度的盾體與土體之間間隙的體積。

當出現地面沉降增大時或超方現象時，即判斷刀盤或盾體上方出現空洞，通過盾體徑向直孔（最臨近12 點位的兩個徑向孔）進一步補充注入新型漿液，通過擠壓作用可快速地實現塌方區的充填，防止沉降進一步擴大，并使已產生沉降減小，對沉降控制的效果非常理想；注漿量不小于超方量，注漿壓力控制值為土倉上部的控制壓力，同時監測沉降值，當沉降值不再增大并出現略減小是，停止應急填充注漿。

在盾構通過重要建構筑時，通過自動監測提供沉降數據，同時，并做好渣土出土時的行程管理（即每斗渣土對應的掘進管理行程），在出現沉降數據增大或超方情況時，進行應急填充注漿，并在應急填充注漿過程中同時監測沉降值，當沉降值不再增大并出現減小時，停止應急填充注漿；應急填充注漿是通過新型漿液注漿泵將臺車儲漿罐內的新型漿液也通過盾體刀盤最臨近12點位的兩個徑向直孔進行盾體注漿，其注漿壓力控制值為土倉上部的控制壓力；注漿量按超方量進行控制，超方量為實際出渣方量減按盾構機實際管理行程計算出的理論出渣方量。

5.4 注漿注意事項

每次盾體注漿地從盾體最臨近12點位的兩個徑向直孔注入新型漿液，每環注漿量為一環盾體與土體之間的間隙的體積，而且當監控發現沉降增大或統計發現渣土超方（實際出土量大于實際管理行程對應的渣土方量）時，可以在通過盾體徑向直孔（最臨近12點位的兩個徑向孔）進一步補充注入新型漿液，通過擠壓作用可快速地實現塌方區的充填，防止沉降進一步擴大，并使已產生沉降減小，對沉降控制的效果非常理想。注漿量不小于超方量，且壓力按土倉上部壓力控制。

在盾構掘進過程中，可以同時采用進行盾尾同步注入水泥砂漿，還可以采用新型漿液進行盾體徑向補充注漿，新型漿液具備一定的自立性能，坍落度190～210，是針對能實現有效填充注漿設計，漿液初凝時間超過24h，且固結強度極低，包裹在盾體外不會造成脫困問題，避免了因盾體外的空隙無法及時填充會出現地面沉降。

6 結論

通過實際應用可知，利用該新型組合注漿技術能有效實現重復充填，管片的壁后注漿均勻密實，注漿飽滿，成功克服了盾構施工難題，全過程未發生一次險情，地面沉降控制未出現超限現象，盾構掘進完成后，隧道滲漏點極少，也大大降低了后期堵漏修補的工作量，目前，該技術已成功推廣應用到類似地層施工中，且應用效果良好。