盾構機注漿系統分析與應用

張榮毅　王義　王哲　婁偉健

摘? 要：盾構機施工掘進時，開挖隧洞與管片之間會留有開挖縫隙，以及遇到前方地層較差時，都需要及時進行注漿，起到支撐保護作用。注漿系統是盾構機設計的重要組成部分，對注漿系統進行分析與研究，介紹了注漿系統的形式，注漿量的計算，超前注漿方式以及注漿系統的日常維護。

關鍵詞：盾構機;同步注漿;雙液注漿;超前注漿;注漿系統

中圖分類號：U455.43? ? ? ?文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）18-0189-02

Abstract： During the shield machine construction， there will be excavation gaps between the excavation tunnel and the segment， and when the front stratum is poor， grouting needs to be carried out in time to play a supporting and protective role. The grouting system is an important part of the shield machine design. This paper analyzes and studies the grouting system， and introduces the form of the grouting system， the calculation of the grouting volume， the advanced grouting method and the daily maintenance of the grouting system.

Keywords： shield machine; synchronous grouting; double liquid grouting; advanced grouting; grouting system

1 概述

盾構機在施工過程中，利用向前推力及刀盤旋轉，切削前方土體，開挖出大于設備盾體直徑的隧洞。通過盾體掩護，施工人員利用管片拼裝機在盾體尾部進行管片拼接，形成最終所需隧道。隧道外徑小于盾體，更加小于刀盤的開挖直徑，因此，盾構機向前掘進后，開挖隧洞與拼裝好的隧道之間會形成一定的縫隙，該縫隙如果沒有及時進行填充，容易引起地面塌陷、隧道變形、涌水泄露等危害，嚴重時后果無法想象。為了避免此類危害發生，盾構機向前掘進時，必須及時注漿，且在凝結一段時間后，進行二次補漿，方能起到保護作用。

盾構施工經常遇到前方地層不穩、容易涌水的現象，為了保證施工安全，通常會進行超前鉆探及注漿，提前穩定前方地層，減少施工隱患，保證施工質量。

2 注漿分類

盾構機的注漿形式根據注漿時期、注漿方向、漿液種類可以分為以下幾類：

（1）根據注漿的不同時期，注漿形式可以分為超前注漿、一次注漿與二次注漿。超前注漿通常為前期加固地層使用，在遇到條件差的地質時，通過超前注漿管注入漿液以穩定地層。一次注漿是盾構機向前掘進后，填充開挖縫隙的主要注漿形式，也是施工中最重要的注漿環節。二次注漿是在一次注漿凝結一段時間后，彌補一次注漿缺陷的注漿形式。

（2）根據注漿流向相對于管片的方向，注漿形式可以分為水平注漿和垂直注漿兩類。大多數盾構機的注漿形式為水平注漿形式，注漿管延盾構機軸線方向，依附于尾盾，在尾盾后部進行注漿，如圖1所示。垂直注漿的注漿管垂直管片，注漿管相對短些，利于注入初凝時間短的漿液，通常二次補漿或者加固土體時采用該形式，如圖2所示。

（3）根據注漿漿液種類，注漿形式可以分為單液注漿和雙液注漿。單液注漿（俗稱A液）指注入粉煤灰、砂、水泥及水的攪拌液，凝固時間較慢，初凝時間約為12～16h。雙液注漿指注入A液與B液混合物的注漿形式，B液主要成分為水玻璃。雙液注漿通常由一路管路輸送A液，一路管路輸送B液，經過混合，注入開挖縫隙，如圖3所示。雙液注漿可以大大縮短漿液凝固時間，初凝時間約為20～60秒，對易涌水、易塌陷地質的施工特別有利，但是雙液注漿成本較高。現在盾構機設計，通常會配備雙液注漿管路，施工時根據實際需要，選擇單液注漿或雙液注漿。

3 注漿量計算

施工時，必須提供足量的漿液才能保證填充需求。盾尾注漿需求量往往大于刀盤對土體的開挖量，需考慮擴散率。A液注漿量計算如下：

式中：QA-A液注漿量，m3/h;DS-開挖直徑，m;D1-管片外徑，m;V-掘進隧道，m/min;η-擴散率，由經驗通常取1.5～2.5;B液根據與A液的配比不同，流量不同，配比由所需漿液的初凝時間決定，B液流量計算如下：

QB=Qa×α

式中：QB-B液注漿量，m3/h;α-混合比例。

4 超前注漿

現實施工中，經常遇到前方地層不穩定，或者含水量加大，容易發生涌水的情況。為了防止開挖面坍塌造成地表沉陷，引起施工事故，需要在盾構機掘進前，對前方地質鉆探取芯，分析地質成分后，根據實際情況，通過超前注漿管進行注漿加固，提前穩定地層。以某實際項目為例，如圖4所示，根據超前注漿的影響區域，沿中盾盾殼圓周范圍內設計14根外插角為10°的超前注漿管，管頭由球閥封堵。根據前期地質探勘，進入地層不穩定區域前，需要對刀盤前方進行超前鉆探。打開封堵球閥，利用錨桿鉆機，將鉆桿延超前鉆管打入前方地層進行取芯，打入距離根據實際需要及鉆桿確定。若地層較差需要注漿，通過鉆管注入砂漿，注漿區域互相交叉，確保砂漿分布均勻、全面。大多數盾構機在前盾承壓板上也會設置水平超前鉆孔，用于水平超前取芯、注漿。超前注漿是一些盾構施工中的重要環節，是安全施工，保證掘進質量的重要舉措。

5 注漿系統維護

現場施工環境比較惡劣，注漿系統又是施工過程中的重要組成部分，為了保證施工使用需求，避免影響工期，盾構機尾部的注漿管路通常會設計成一備一用形式，但即使這樣，也應加強注漿系統的日常維護。

（1）每次注漿后，應及時將管路清理干凈，防止有殘留漿液在管內凝固，堵塞管路。

（2）定期對砂漿罐及砂漿泵進行清理，防止殘液凝固，影響設備使用。

（3）定期檢查注漿系統的使用情況，注意密封的更換，防止管路泄露與磨損嚴重。

（4）對注漿系統附屬元件進行定期檢查，如傳感器、閥門等，發現功能損害，應及時進行維修及更換。

6 結束語

注漿是盾構機施工的重要環節，根據需要選取合適的注漿系統，提供足夠的漿液，定期對注漿系統進行維護，才能保證施工質量可靠，加快施工進度。

參考文獻：

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