淺談盾構施工中同步注漿

高建森

摘 要：文章對于盾構施工中同步注漿施工工序進行了探討，通過對檢索文獻中相關經(jīng)驗的總結，并結合工程實踐，對注漿工藝、注漿量的計算提出了經(jīng)驗性成果和方法。

關鍵詞：同步注漿盾構施工;注漿壓力

一、同步注漿的目的

盾構同步注漿就是在隧道內將具有適當?shù)脑缙诩白罱K強度的材料，按規(guī)定的注漿配比、注漿壓力和注漿量在盾構掘進的同時填入盾尾空隙內。其目的是：

（一）盡早填充地層，減少地基沉降量，保證周圍環(huán)境的安全性。

（二）確保管片襯砌的早期穩(wěn)定性和間隙的密實性。

（三）作為襯砌防水的第一道防線，提供長期、均質、穩(wěn)定的防水功能。

（四）作為隧道襯砌結構的加強層，使其具有耐久性和一定的強度。

同步注漿是通過同步注漿系統(tǒng)及盾尾的注漿管，在盾構向前推進、盾尾空隙形成的同時進行，漿液在盾尾空隙形成的瞬間及時填充，從而使周圍巖體及時獲得支撐，可有效地防止巖體的坍塌，控制地表的沉降。同步注漿的基本原則是要保證有足夠的漿液能很好的填充管片與地層之間的空隙。

二、注漿材料與配比

（一）漿液的基本要求

1、漿液特性

盾尾注漿所要用的漿液與地基加固注漿漿液不同，普通地基加固漿液最主要的是漿液的滲透性，即灌注時要求漿液浸入地基巖土起固結巖土作用，而管片外部充填材料最基本的特性是填充性及其緊密相關的流動性和流失性，同時要求漿液硬化后具有很好的固結性。

注漿材料分惰性材料和膠結性材料。惰性漿液流動性好，不易產(chǎn)生堵管，但注入后長時間不凝固，難以起到防水層的作用，同時對已拼裝管片的約束小，盾構推進過程易導致管片位移、變形;而膠結性漿液（砂漿）凝固后能在管片外形成一個保護層，加強防水效果，但易產(chǎn)生堵管。顯然，采用膠結性漿液更有利于提高工程質量。

（二）漿液的基本要求

1、為了順利地進行盾尾注漿，要求漿液滿足：

1.1漿液流動性好，易泵送，漿液稠度控制在7～9cm范圍;

1.2漿液注入空隙后盡快固結硬化，其早期強度應約等于原狀土，28d長期強度：土層約1.0～2.0MPa，巖石約3.0～4.0 MPa;沙層約2.0MPa。在滿足注漿施工的前提下，盡可能早地獲得高于地層的早期強度。

1.3漿液固結后要有一定的動強度，能滿足地震基本烈度7度條件下不液化的要求;

1.4漿液固結后的體積收縮率和滲透率小;

1.5漿液穩(wěn)定性好，不離析，不易受地下水稀釋;

1.6注漿結束后殘留在注漿管內的漿液易于清洗;

1.7漿液無毒無害無刺激性氣味，原料來源廣，價格低廉。

2、為了保證壁后注漿的填充效果，施工中結合現(xiàn)場條件和盾構機自身注漿系統(tǒng)的配置，選取了兩種單液漿組成以便進行對比優(yōu)選：

2.1.以水泥、粉煤灰為主劑的常規(guī)單液漿a

成分：水泥、粉煤灰、細砂、膨潤土和水;

同步注漿材料為水泥砂漿，由水泥、砂、膨潤土、粉煤灰和水組成，并根據(jù)凝結時間要求添加外加劑，材料要求：

砂要求采用細度模量1.6～2.3的細砂，不允許夾雜有5mm以上的豆石或雜物，需要時需對砂子進行過篩處理;

水泥、膨潤土不能有結塊現(xiàn)象

砂漿凝結時間控制在5-8h。通過試驗，同步注漿漿液采用如下配比效果較好：

備注：①表中C表示水泥，F(xiàn)表示粉煤灰，S表示砂，B表示膨潤土，W表示水;

②外加劑為RH1100CA引氣劑（兼有緩凝作用）。

2.2以生石灰（增加漿液的粘度，并有一定的固結作用）、粉煤灰為主劑的惰性漿液b

成分：生石灰、粉煤灰、細砂、膨潤土和水。

漿液組成a以水泥作為提供漿液固結強度和調節(jié)漿液凝聚時間的材料，漿液組成b以粉煤灰作為提供漿液固結強度和調節(jié)漿液凝聚時間的材料。其中漿液組成b中使用的粉煤灰可以改善漿液的和易性（流動性），生石灰能增加漿液的粘度，并有一定的固結作用，膨潤土用以減緩漿液的材料分離，降低泌水率，還具有一定的防滲作用。引氣劑通過物理作用在干粉砂漿引入穩(wěn)定的微氣泡。這使?jié)裆皾{的密度降低，施工性更好，并且提高了濕砂漿的產(chǎn)量。引氣劑的摻量隨干粉砂漿種類和引氣劑種類的不同而不同，但引氣劑的摻量通常很低，一般只有水泥質量的0.002%-0.01%，不超過水泥質量的0.05%。砂在兩種漿液中都作為填充料。

與水泥漿液相比，以生石灰、粉煤灰為主劑的漿液的凝聚時間較長，在10～12小時左右。考慮到盾構掘進過程中一些不可避免的停機，若漿液的初凝時間較短，則增加了停機期間發(fā)生堵管的可能性，增加額外的清洗工作，并影響盾構的繼續(xù)掘進。水泥漿液的流動性略優(yōu)于惰性漿液。但兩類漿液隨時間的變化趨勢略有不同，水泥漿液的流動性隨時間推移下降幅度較大，而惰性漿液的流動性保持平穩(wěn)。

3、砂漿的拌制

砂漿拌制采用全自動攪拌系統(tǒng)，根據(jù)砂漿設計配比計算出每方砂漿中各種材料含量，將數(shù)值輸入攪拌站控制面板后，攪拌系統(tǒng)即可自動稱量各種材料。每次只能稱量一方砂漿，若要拌制多方砂漿，需多次稱量，稱量完后再進行攪拌。

制漿時的注意事項：

3.1對于制漿材料要把好質量關，選用供貨質量穩(wěn)定的供貨商。拌制漿液時，不能投入固結的生石灰和膨潤土，砂料應是粒徑2～4mm的細砂（為達到要求粒徑，砂漿攪拌站上料口鋪一層篩網(wǎng)，篩網(wǎng)規(guī)格為0.4cm×0.4cm），如果砂料粒徑控制不到位，粒徑過大，將會將注入泵堵塞;含泥量不能超過標準，不得混有雜物和大粒徑石子，粒徑過大會導致同步注漿泵的堵塞，會耽擱寶貴的盾構工期;

3.2漿液攪拌要充分，拌和要連續(xù)，不能間斷，如果攪拌不充分或者攪拌過程中間斷過長的時間，會導致砂漿的離析或者沉淀，在泵送過程中導致泵的補漿泵的堵塞，嚴重時可能導致電機車上砂漿灌攪拌葉片電機燒掉;

3.3定期檢查計量系統(tǒng)，保證按配比生產(chǎn)漿液;

3.4根據(jù)拌制的第一罐漿液的性能指標，合理調整各骨料和水的加量，保證漿液的性能最終滿足要求;

3.5按規(guī)定對設備進行日常維護保養(yǎng)，使設備經(jīng)常處于良好的工作狀態(tài)。冬季施工，要對漿液攪拌站的關鍵部位做好保溫工作。

3.6縮短供貨周期，盡量縮短原料在施工現(xiàn)場的存放時間，減少材料的板結現(xiàn)象。如用含水量較大的細砂，應相應地調節(jié)水的加量。

四、漿液運輸

（一）若漿液運輸距離較長，直接泵送至盾構機漿液罐內容易發(fā)生堵管現(xiàn)象，應采用漿液罐車運輸，縮短泵送距離，減少堵管現(xiàn)象的發(fā)生;

（二）在漿液站向罐車內泵送漿液的過程中，應保證罐車在連續(xù)攪拌，防止?jié){液離析;漿液運送到后配臺車后，應及時泵入到儲漿罐中，由儲漿罐繼續(xù)進行攪拌;

（三）罐車泵送完漿液后，及時進行清洗;

（四）檢查從注入孔到泵的輸漿管接頭的好壞;

（五）定期清理注漿管及注漿孔。

五、同步注漿系統(tǒng)

盾尾同步注漿系統(tǒng)，包括儲漿罐、注漿泵和控制面板三部分。儲漿罐容積為6m3，可容納盾構掘進1環(huán)注漿所需的漿液。漿罐帶有攪拌軸和葉片，注漿過程中可以對漿液不停的攪拌，保證漿液的流動性，減少材料分離現(xiàn)象。配套設置的2臺注漿泵，可以同時對4個加注口實施同步注漿，2臺注漿泵每個沖程大約打出0.041方漿液，3.1方砂漿大約要76次打完，按每分鐘3次計算大于需要25分鐘.注漿系統(tǒng)具有手工、自動兩種操作方式，自動模式即預先設定注漿壓力，由控制程序自動調整注漿速度，當注漿壓力達到設定值時，自行停止注漿。手動控制方式則由人工根據(jù)掘進情況隨時調整注漿流量、速度、壓力。漿液在攪拌站配置好以后，由砂漿運輸車運注漿站，通過軟管抽送至砂漿存儲罐內，至連接好注漿管路，并在設定壓力、流量后進注漿。

六、注漿壓力

根據(jù)注漿的目的和要求（充分填充盾構施工產(chǎn)生的地層空隙，避免由此引起的地表沉降影響地表建筑物與地下管線的安全;避免過大的注漿壓力引起地表有害隆起或破壞管片襯砌，防止注漿損壞盾尾密封），同步注漿時要求在地層中的漿液壓力大于該點的靜止水壓力及土壓力之和，做到盡量填補同時又不產(chǎn)生劈裂。在綜合考慮地質條件、隧道埋深、管片強度、設備性能、漿液特性和土艙壓力的基礎上注漿壓力確定為2～3bar。隧道底部注漿管注漿壓力取3bar左右，隧道上部注漿管注漿壓力取2bar左右。注漿壓力過大，管片周圍土層將會被漿液擾動而造成后期地層沉降及隧道本身的沉降，并易造成跑漿;而注漿壓力過小，漿液填充速度過慢，填充不充足，會使地表變形增大。

注漿量

注漿量的確定是以盾尾建筑空隙量為基礎并結合地層、線路及掘進方式等考慮適當?shù)娘枬M系數(shù)，以保證達到充填密實的目的。根據(jù)施工實際，在以粘土、粉砂、中粗砂為主的軟弱地層中，注漿量飽滿系數(shù)為1.3～1.8。本標段盾構區(qū)間地質主要為細、中砂，取飽滿系數(shù)1.5。

同步注漿量經(jīng)驗計算公式：

Q=V*λ

V=理論充填體積

λ─飽滿系數(shù)，λ=1.5

V=π（D2-d2）L/4

D─盾構開挖外徑（m），取6.18m;

d─管片外徑（m），取6m;

L─管片環(huán)寬（1.2m）。

計算得出每環(huán)注漿量為：Q=3.1m3

在曲線段時，為滿足轉彎要求，盾構開挖有一定的超挖量，因此在曲線段注漿量需適當提高。在沒有特殊情況下注漿量盡量維持在3.1方，避免注漿量出現(xiàn)較大的波動，造成管片錯臺的出現(xiàn)。施工中假如發(fā)現(xiàn)注入量持續(xù)增多時，必須檢查超挖、漏失等因素。而注入量低于預定注入量時，可以考慮是注入漿液的配比、注入時期、盾構推進速度過快、管路堵塞或機械出現(xiàn)故障所致，必須認真檢查采取相應的措施，一般可采取加大注漿壓力或在盾構掘進后進行二次補漿。

七、注漿速度

注漿速度由注漿泵的性能，單環(huán)注漿量確定，注漿應與掘進速度相適應。如注漿過快易造成盾尾漏漿，如注漿過慢則注漿充填效果不易達到。盾構機推進開始注漿，推進完畢注漿結束。注漿盡量均勻按每環(huán)4.5方的注漿量算，注漿手還要根據(jù)注漿壓力適時調整注漿速度即壓力的小時加快速度增大注漿量。

八、注漿順序

同步注漿通過盾尾預留注漿孔在盾構機推進的同時壓注，在每個注漿孔出口（我們盾構機測得的注漿壓力實在機內操作平臺左側壓力表測得）設置壓力傳感器，以便對各注漿孔的注漿壓力和注漿量進行檢測與控制，從而實現(xiàn)對管片背后的對稱均勻壓注。為防止注漿使管片受力不均產(chǎn)生偏壓導致管片錯位造成錯臺及坡?lián)p，同步注漿時必須對稱均勻的注入。補強注漿應先壓注可能存在較大空隙的一側。

（一）注漿施工工藝

注漿工藝是實現(xiàn)注漿目的、保證地面建筑物、地下管線、盾尾密封及襯砌管片安全的重要一環(huán)，因此必須嚴格控制，并依據(jù)地層特點及監(jiān)控量測結果及時調整各種參數(shù)，確保注漿質量和安全。

（二）同步注漿施工工藝

為了使環(huán)形間隙能較均勻地充填，并防止襯砌承受不均勻偏壓，同時對盾尾預置的4個注漿孔進行壓注，在每個注漿孔出口設置分壓器，以便對各注漿孔的注漿壓力和注漿量進行檢測與控制，從而獲得對管片背后的對稱均勻壓漿。同步注漿施工藝流程見圖1。

（三）注漿結束標準

同步注漿結束標準為注漿壓力達到設計壓力，注漿量達到設計注漿量的80%以上。壁后注漿的效果好壞，關鍵在于漿液在管片與地層間的間隙是否完全充滿及漿液填充后地層沉降是否得到有效控制。對注漿不足或注漿效果不好的地方進行二次補強注漿，以增加注漿層密實性，提高防水效果。

（四）注漿效果檢查

1、注漿效果檢查主要采用分析法：即根據(jù)P（注漿壓力）-Q（注漿量）-t（注漿時間）曲線，并結合掘進速度及襯砌、地表與周圍建筑物變形量測結果進行綜合分析判斷。

2、必要時采用無損探測法進行效果檢查：打開管片吊裝進行探測，察看管片背后的注漿厚度和注漿凝固的強度。

3、在砂土地層，注漿壓力很小而注漿量較大時，增加注漿量直至注漿壓力達到注漿壓力的下限。九、質量保證措施

1、按照《質量計劃》要求，注漿是按特殊過程控制程序進行控制：人員須培訓后上崗;所用設備、計量器具等需經(jīng)過鑒定;所用各種原材料的檢驗執(zhí)行《采購產(chǎn)品的檢驗和試驗控制程序》;施工過程施行連續(xù)監(jiān)控，并形成記錄。

2、注漿前進行詳細的漿液配比試驗，選定合適的注漿材料及漿液配比，保證所選漿液配比、強度、耐久性等物理力學指標符合設計施工要求。

3、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并進行檢查、記錄和分析，及時作出P（注漿壓力）-Q（注漿量）-T（時間）曲線，分析注漿效果，反饋指導下次注漿。

4、同步注漿必須嚴格做到與掘進速度同步，注漿不得過快或過慢。

5、根據(jù)洞內管片襯砌變形和地面及周圍建筑物變形監(jiān)測結果，及時進行信息反饋，修正注漿參數(shù)及設計和施工方法，發(fā)現(xiàn)情況及時解決。

6、及時補充盾尾密封油脂，保證盾尾漿液不漏失。

7、若發(fā)生沉淀、離析現(xiàn)象，應進行二次攪拌;

8、砂漿在運輸與貯存過程中不得隨意加水。

9、作好注漿孔的密封，保證其不滲漏水。

10、注漿過程中若發(fā)生管路堵塞，應立即處理以防止管中漿液凝結。

11、注漿過程中要密切關注管片的變形情況，若發(fā)現(xiàn)管片有破損、錯臺、上浮等現(xiàn)象應立即停止注漿。

12、雙液漿施工過程避免堵塞，造成清理困難，使得施工斷斷續(xù)續(xù)。

13、做好補漿施工施工紀錄，注漿量、注漿壓力、配合比和注漿效果等，為以后的補漿施工提供參考。

14、作業(yè)完畢后，攪拌機、運輸罐、泵、注漿管路一定要及時清理干凈，原則每一工作班清理一次。

15、作好注漿設備維修保養(yǎng)及注漿材料供應，保證注漿作業(yè)順利連續(xù)不間斷地進行。

十、安全文明施工

（一）砂漿嚴格按設計配比拌制，砂漿放到運輸砂漿灌時必須將軟管綁扎牢固，以防砂漿噴濺出運漿灌。

（二）若盾構設備出現(xiàn)故障，停機時間較長，砂漿在凝結前無法使用，須將砂漿放入渣土池中，以免砂漿凝結后堵塞儲漿灌、運漿灌或注漿管路。

（三）砂漿運輸車的配電箱、電纜防護必須達到要求，以防電箱受潮發(fā)生漏電。

（四）抽漿前砂漿運輸車電纜接頭必須用氣吹干，以防漏電或損壞電纜及接頭。

（五）注漿施工過程中若有砂漿或水泥漿液漏入隧道，要及時清理，以免漿液凝結后很難清理。

（六）注漿完成后，及時清洗管路及注漿施工現(xiàn)場，并將注漿設備整理、放置歸類，防止出現(xiàn)堵管、設備丟失等現(xiàn)象。

參考文獻：

[1]陳饋、洪開榮、吳學松 盾構施工技2009

[2]蔣洪勝.侯學淵 盾構施工對軟土地層的影響 2002。

[3]杜守峰軟土地層土壓平衡盾構洞門密封探討 -建筑機械化2009，30（10）。

[4]宋天田 砂卵石地層土壓平衡盾構的適應性研究 2008。