地鐵盾構(gòu)隧道同步注漿工藝原理及流程研究

周大為

（杭州市地鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310016）

1 工程概況

南星橋站—江南大道站區(qū)間中兩座聯(lián)絡(luò)通道分別與泵房和風(fēng)井合建。聯(lián)絡(luò)通道中心里程分別為1#聯(lián)絡(luò)通道右DK33+936.000、左DK33+935.129；2#聯(lián)絡(luò)通道兼泵房右DK34+536.000、左DK34+535.129；3#聯(lián)絡(luò)通道兼風(fēng)井右DK35+066.443、左DK35+066.960；4#聯(lián)絡(luò)通道右DK34+470.000、左DK35+471.885。南星橋站距錢塘江北岸約360m，江中段長度約1200m，錢塘江南岸距中間風(fēng)井約120m，中間風(fēng)井距江南大道站距離約840m。該區(qū)間最大水壓0.36MPa。區(qū)間隧道最小掘進(jìn)半徑為R＝600m，最大縱坡為28‰，區(qū)間埋深為11～37m；管片外徑6.2m，管片厚度350mm；管片類型分為直線、左曲、右曲3種型式；每環(huán)管片分為6塊，即3塊標(biāo)準(zhǔn)塊、2塊鄰接塊和1塊封頂塊；環(huán)寬1200mm。

2 盾構(gòu)掘進(jìn)原理

本工程選擇運(yùn)用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，且聯(lián)系隧道的特征與周圍建筑物、環(huán)境等。開挖過程中，棄土經(jīng)由刀盤開口位置轉(zhuǎn)移至土倉，并且由螺旋輸送機(jī)將其清除，之后借助皮帶輸送機(jī)及平板車配土箱進(jìn)行轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移到地面。土倉內(nèi)有非常多的天然水、渣土、土體改良添加劑等，借助刀盤梁、攪拌棒針對這些物質(zhì)進(jìn)行攪拌。開挖期間，調(diào)控螺旋輸送機(jī)運(yùn)行速度，使得進(jìn)渣和排渣量能夠處于相對平衡的狀態(tài)，而土倉內(nèi)的物質(zhì)也能因此保持較為合適的土壓力[1]。螺旋輸送機(jī)運(yùn)行的速度會因為土壓傳感器所傳達(dá)指示的不用，而采取適當(dāng)?shù)恼{(diào)控措施。若是推力、注入量等改變，螺旋輸送機(jī)運(yùn)行的速度也會被調(diào)控，因此務(wù)必有效控制壓力值。

3 同步注漿施工藝原理

盾構(gòu)法在地鐵隧道的施工過程中被廣泛使用，其需要盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行輔助實(shí)施，盾構(gòu)機(jī)在向前挖掘的時候，會造成拼接成功的管片出現(xiàn)滑落并逐步掉至盾構(gòu)機(jī)尾部，進(jìn)而在盾構(gòu)機(jī)尾部形成一個環(huán)形空隙，環(huán)形空隙會造成土體出現(xiàn)臨空面，最終發(fā)生變形。為了避免出現(xiàn)地面變形，需要借助同步注漿技術(shù)來進(jìn)行縫隙填充，漿液不但會自動固定成型填充到盾構(gòu)機(jī)尾部空隙處，而且能增強(qiáng)地層壓力，抑制地層變形[2]。需要注意的是，以下兩部分內(nèi)容會對同步注漿施工技術(shù)造成干擾：（1）盾構(gòu)管片的盾殼掉落之后，管片周圍出現(xiàn)空隙，就會造成管片周圍的土體不穩(wěn)，同時伴隨著地應(yīng)力的產(chǎn)生，最終造成土體卸荷現(xiàn)象；（2）在進(jìn)行同步注漿操作時，漿液會對盾尾周圍的泥土產(chǎn)生壓迫，造成土體變形移動，促使注漿的擾動。

4 同步注漿和二次補(bǔ)壓漿施工工藝

4.1 漿液比選

本區(qū)間隧道將穿越很長一段的砂性土層，若是不被外界因素所影響，那么結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性就會相對較高；若是盾構(gòu)機(jī)穿越，或是盾構(gòu)機(jī)及管片空隙的支護(hù)效果欠佳，那么該地層穩(wěn)定性就會受到極大影響，提升超沉現(xiàn)象出現(xiàn)的概率。所以，注漿過程中，為避免出現(xiàn)土層塌陷的現(xiàn)象，應(yīng)做到以下七點(diǎn)：（1）提升稠度，使周邊地層具備良好的支護(hù)作用；（2）注漿材料能夠在盾尾中得到有效填充；（3）硬化操作結(jié)束之后，體積的止水性與縮小量明顯較優(yōu)；（4）因為地下水而導(dǎo)致的稀釋量明顯較小；（5）可以達(dá)到長距離壓送的目的；（6）環(huán)保型漿液，注漿后不會對周邊土體造成污染；（7）施工管控工作更加便捷[3]。

對比分析單液漿、雙液漿，運(yùn)用最合適的單液漿，1m3漿液配比如表1所示。

表1 漿液配比表

此配比漿液與以往地鐵隧道使用漿液相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）原材料來源廣、無污染，經(jīng)濟(jì)性好；（2）泵送性好，泵送過程中基本無泌水，不堵管，泵送出的漿液具有良好的流動性和填充性；（3）漿液具有良好的抵抗隧道上浮的能力；（4）采用膨潤土與外摻劑相結(jié)合的方式，既減少了漿液的需水量，又使得漿液在20h內(nèi)均具有好的泵送性；（5）漿液可以避免出現(xiàn)泥水后竄的現(xiàn)象，并且有效保護(hù)盾尾，不會因為地下水的影響而出現(xiàn)稀釋或沖散的現(xiàn)象。

4.2 壓漿點(diǎn)

借助注漿泵針對4個注漿位置進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)同步注漿。

4.3 注漿壓力

設(shè)定值超過外界水壓0.05～0.1MPa時，由于本項目中隧道覆土變化程度明顯較大，故一定要基于施工現(xiàn)場的實(shí)際情況來調(diào)控注漿壓力。

4.4 注漿量

每推進(jìn)一環(huán)的建筑空隙V=1.2×π×（6.512-6.22）/4=3.71m3；刀盤外徑Φ1為6.41m；管片外徑Φ2為6.2m；實(shí)際的注漿量為理論建筑空隙的150%～250%，初定每環(huán)注漿量為5.56～9.28m3。穿越重要構(gòu)建筑物、地下管線、防汛墻等重要設(shè)施時，每環(huán)的注漿量應(yīng)適當(dāng)增加。實(shí)際壓漿量與壓漿位置都要根據(jù)壓漿過程中的壓力值與地層變形測定結(jié)果進(jìn)行調(diào)整及完善，每環(huán)注漿量應(yīng)大于等于建筑空隙的2倍。

4.5 注漿施工技術(shù)

注漿能夠依照實(shí)際需求選擇自動控制方法或手動控制方法。自動控制方法是預(yù)先進(jìn)行注漿壓力的設(shè)定，并且借助控制程序進(jìn)行注漿速率的自動調(diào)控，若是注漿壓力為設(shè)定值，系統(tǒng)就會自動發(fā)出停止指令。手動控制方法是人工依照掘進(jìn)程度進(jìn)行注漿流量、壓力、速率等相關(guān)參數(shù)的控制。注漿技術(shù)流程與管理流程如圖1所示。

圖1 注漿工藝流程圖

4.6 設(shè)備配置

同步注漿系統(tǒng)：雙活塞注漿泵、獨(dú)立壓力出口分別為2個和4個，壓力出口與注漿管相接，并且借助壓力傳感器完成監(jiān)測工作。

運(yùn)輸系統(tǒng)：自制砂漿罐車，其具備良好的自攪拌作用，具備砂漿輸送泵。

4.7 管路清洗

漿液輸送管的清潔頻次是1次/d，進(jìn)而使管路的通暢性得到有效保證，壓注操作結(jié)束后要開展工作面及壓注管路的清潔工作。

4.8 同步注漿質(zhì)量保證措施

（1）施工前，預(yù)先編制完善的注漿施工指導(dǎo)書，開展?jié){材配比測驗，以最佳的注漿材料與漿液完成配比工作。

（2）編制完善的注漿作業(yè)組織與技術(shù)程序、注漿質(zhì)量控制流程，結(jié)合施工現(xiàn)場的實(shí)際要求完成注漿、分析、檢測以及記錄工作，并且繪制P-Q-t曲線，對注漿、掘進(jìn)速率之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行分析，并且對注漿成效進(jìn)行有效評估，為后續(xù)注漿工作提供有效指導(dǎo)。

（3）建立注漿施工組，由專項技術(shù)人員管理并且負(fù)責(zé)施工現(xiàn)場的技術(shù)工作。

（4）基于隧道內(nèi)管片襯砌變形與四周建筑物變形的實(shí)際情況，開展信息反饋工作，并對注漿施工的相關(guān)參數(shù)與作業(yè)技術(shù)進(jìn)行改善及優(yōu)化，進(jìn)而暴露出相關(guān)問題，并提出有效的處理方式。

（5）落實(shí)注漿器具的保養(yǎng)、維修工作，并且保障注漿原料的有效供應(yīng)，徹底清潔注漿管路與相關(guān)器具，使注漿施工的順暢性得到有效保證。

（6）若地下水存在滲漏現(xiàn)象，環(huán)形間隙充填效果欠佳，結(jié)構(gòu)和地層變形問題并未得到改善，或是地面建筑物的安全性不能得到有效保證，則應(yīng)選擇單液漿的方式，經(jīng)由吊裝孔完成管片背后的注漿施工。

4.9 注漿效果檢查

運(yùn)用分析法來評估注漿質(zhì)量，即基于P-Q-t曲線，聯(lián)系掘進(jìn)速率與襯砌、地表、四周建筑物變形量，有效評估最終的施工水平[4]。

4.10 二次補(bǔ)壓漿

基于沉降程度，運(yùn)用二次補(bǔ)壓漿技術(shù)進(jìn)行土體的加固處理，使穩(wěn)定性得到顯著提升。根據(jù)實(shí)際情況從襯砌管片預(yù)留孔中進(jìn)行壓降，壓漿過程中令專人負(fù)責(zé)此項工作，并且據(jù)實(shí)記錄壓入點(diǎn)、壓入量、壓力值等，依照地層變形監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化及改善，使壓漿質(zhì)量得到有效保證。補(bǔ)壓漿漿液采用單液漿或雙液漿，雙液漿重量比水泥∶水=1∶1，水玻璃摻入量為20%～30%。施工過程中根據(jù)注漿效果進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

5 結(jié)束語

綜上所述，在快節(jié)奏社會的影響下，地鐵成為居民出行的主流方式，所以對地鐵建設(shè)和優(yōu)化變得更加緊迫，建筑企業(yè)要仔細(xì)鉆研地鐵盾構(gòu)機(jī)的施工技術(shù)，提高我國修建地鐵的速度，提升我國地鐵質(zhì)量[5]。除此之外，還要對盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)行機(jī)理進(jìn)行研究，不斷優(yōu)化盾構(gòu)機(jī)的施工技術(shù)，結(jié)合施工場地的實(shí)際情況，修建高性能、高質(zhì)量的新型地鐵，方便居民出行。