地鐵盾構隧道掘進過程注漿技術研究

申子龍

摘要：探究地鐵盾構隧道掘進過程注漿技術對提高隧道工程的質量，減少地下水滲透和土壤變形，降低工程事故風險至關重要。以長春市城市軌道交通7號線會展大街站-自由大路站區間為研究對象，介紹注漿系統和注漿材料分類，探究雙液型漿液注漿技術應用在地鐵盾構隧道掘進過程中，各環管片的實際注漿量及注漿壓力變化規律。研究結果表明，在地鐵盾構隧道掘進過程中，各環管片的實際注漿量和注漿壓力均呈現出上下波動的趨勢，總體上注漿量在5～6m3，注漿壓力在0.3～0.35MPa。

關鍵詞：地鐵；盾構隧道；雙液型漿液；注漿技術

0? ?引言

地鐵盾構隧道是一種先進的地下隧道建設技術，可減少對地表交通的干擾，縮短建設時間，降低對城市環境的破壞[1]。然而，隧道建設過程中常常會面臨地質條件復雜、地下水位高、地下構造復雜等挑戰[2-3]。注漿技術通過注入特定的材料來鞏固地下土壤和防止地下水滲透，可以增強隧道的穩定性，減少沉降風險。然而其在實際應用中，仍然存在一些挑戰和待解決的問題。

目前，已經有多位學者針對地鐵隧道注漿技術開展了相關研究，鞠鳳萍等[4]以北京市某地鐵隧道錯臺變形治理為工程背景，研究了復合式注漿施工技術，并對隧道注漿前和注漿后進行了監控量測。高永[5]指出在南京地鐵中可以成功應用上海地鐵中驗證的微擾動雙液注漿技術，并進行了優化以指導后期施工。賀曉杰[6]在上海軌道交通10號線隧道盾構下穿機場跑道的工程中，成功開發和應用了一種新型單液漿，具有顯著的控制隧道周圍土體變形、防水和穩定效果。

在現有研究中，關于地鐵隧道掘進過程中的注漿技術研究相對較少。鑒于此，本文探究雙液型漿液注漿技術應用在地鐵隧道掘進過程中，環管片的注漿量和注漿壓力變化規律。

1? ?工程概況

長春市城市軌道交通7號線一期工程八工區，包含2個地下車站和2個盾構區間，分別為會展大街站（明挖/213.75m）、自由大路站（明挖/205.4m）、賽德廣場站-會展大街站區間（盾構/左線796.64m/右線847.54m）、會展大街站-自由大路站區間（盾構/左線1746.171m/右線1746.171m）。

會展大街站-自由大路站沿南湖大路向東敷設，區間由自由大路站始發，沿線左側經過中東大市場、東環不夜城、浦東加油站、大眾汽車4s店、側穿東昆加氣站、下穿嘉柏灣小區和徐工集團、長春美國國際學校、經開區稅務局，隨后過到達會展大街站接收。區間沿線地面高程202.41～204.18m，區間線間距為13～14m，區間起點里程為YK36+391.447，終點里程為YK38+137.618，區間總長1746.171m，其中盾構區間長1714.321m，區間風井長31.85m。

盾構段內徑為5500mm，盾構段頂埋深約10.3～24m。區間在YK37+447.164處設置一座區間風井兼做泵站，頂板埋深為3.1m；在YK36+841.789和YK37+841.789處各設置1座聯絡通道，頂板埋深分別為20.3m、18.3m。

2? ?盾構隧道注漿技術概述

2.1? ?注漿的作用

盾構隧道施工會引發地下地層位移、土壓力變化等問題，影響地下結構，若施工場地附近存在地下管道、建筑基礎等，將對其造成不良影響，嚴重威脅施工安全。對地鐵盾構隧道進行注漿，可增強隧道的地下結構穩定性和密封性，增強土壤的抗剪強度、減小土壤的滲透性和改善土壤的承載能力，有效地防止地下水滲透到隧道中。

2.2? ?注漿系統分類及特點

2.2.1? ?按照注漿孔位置分類

注漿系統按照注漿孔位置不同可分為盾尾注漿和管片注漿兩種。盾尾注漿是指掘進盾構機的尾部設計有密封的艙室，用于將注漿材料注入掘進面前方，以鞏固周圍土體和防止地下水滲透，其施工示意圖如圖1所示。這種注漿系統可以增加隧道施工的穩定性，減小地面下沉和地下水涌入的風險，同時也有助于維護工人和機械設備的安全。管片注漿是通過在隧道管片與地層之間的縫隙中注入特定的漿液，以加強管片與周圍地層的密封性和穩定性，如圖2所示。

2.2.2? ?按照注漿時間分類

按照注漿時間不同可分為首次注漿和二次注漿，首次注漿可細分為即時注漿、同步注漿和后方注漿。二次注漿是指在首次注漿后，經過一段時間再次注入注漿材料以強化、修復注漿性能，進一步提高地層的密封性、加強結構的穩定性。

2.2.3? ?依據對土體作用機理分類

依據對土體的作用機理可分為滲透注漿、劈裂注漿、壓密注漿和充填注漿。滲透注漿是指將注漿材料以壓力的方式注入地下結構或地層中；劈裂注漿是通過高壓劈裂土體，并注入漿液以填充和加固裂縫，提高地層的穩定性和強度；壓密注漿是采用惰性漿液，通高壓注入地層中產生壓密效應，以提高地層的密實度和穩定性；充填注漿通過將注漿材料注入到由于施工所產生的空隙中，以填充這些區域，增加地層的密實度，增加土體結構強度，從而提高工程的穩定性和安全性。

2.3? ?注漿材料分類及特點

2.3.1? ?單漿液

單漿液注漿材料是由混合水泥、砂、骨料和化學摻和劑制成的均勻漿液，適用于修復裂縫、充填空隙、強化混凝土結構、抵抗水滲透。其具有高強度、優異的粘結性、自流平性和抗滲透性等優點。

單液型漿液在隧道施工中的主要缺陷是其固化時間難以控制，受溫度、濕度等環境因素影響，導致施工進度受限。此外，其抗滲透性雖然較好，但在極端條件下，如高壓水流作用下，存在滲漏風險。

2.3.2? ?雙液型漿液

雙液型漿液注漿材料是由兩部分液體材料A液和B液混合后形成均勻漿液，包含特殊的膠凝劑和摻和劑。雙液型漿液具有固化時間可控、流失較少、充填性能好、體積收縮量少和前期強度高等優勢，但其造價相對較高。

2.3.3? ?兩種漿液性能對比

不同注漿材料性能如表1所示。

3? ?注漿量和注漿壓力分析

3.1? ?漿液選擇及配置

本研究采用雙液型漿液進行注漿，A液為水泥砂漿，B液為水玻璃，漿液配比如表2和表3所示。

3.2? ?注漿量確定

當管片通過盾構機尾部被推出并進入隧道后，周圍土體受到的約束被解除，土體會因為釋放出原先受到壓縮應力而發生膨脹和松弛，這種變形導致了土體體積增加。而管片是預制的，其尺寸不會改變，在這種情況下會產生施工空隙。該空隙體積可按下式計算：

（1）

式中：lG為單個環管片的寬度，D和d分別表示盾構機和管片的外徑。

當注漿漿液注入施工空隙時，由于土體內部的孔隙結構和顆粒排列等因素，會導致一部分注漿滲入隧道周圍土體中，漿液無法充分填充土體的所有空隙。為確保充分填充土體空隙并有效加固，實際注漿量通常需要超過理論值。實際注漿量按照下式計算：

V0=β·V? ? ? ? ?（2）

式中：V0和V分別為實際注漿量和需注漿空隙體積，β為注漿量調整系數。

依據上述公式及相關規范要求，實際注漿量為空隙體積理論計算值的1.3～2.5倍，其數值為3.08～5.33m3/環。在隧道施工過程中，注漿量應根據施工監測數據實時調整，單個環管片的注漿量維持在4.2～5.8m3，達到施工空隙的1.3～1.8倍。

3.3? ?注漿量分析

圖3是本工程穿越建筑物部分各環管片的實際注漿量。由圖3可知，第860～900、960～1020環管片的實際注漿量變化趨勢較平穩，第900～960環管片的實際注漿量呈現出上下波動的趨勢。其中，在第938環管片注漿量最大為6.42m3。

分析認為，由于地下環境不均勻，土體的密實度、孔隙結構、含水量等在不同位置存在差異，導致注漿漿液在滲透過程中遇到不同的阻力，從而引發波動。注漿速度、管道布置等在不同位置存在微小的變化，對注漿過程的影響也會有所不同。整體上各環管片的注漿量在5～6m3范圍內，滿足實際工程需要。

3.4? ?注漿壓力分析

合理的控制注漿壓力，對確保漿液充分滲入施工空隙減小對隧道周圍土體的擾動至關重要。過高的注漿壓力，將造成土體內部土顆粒過度緊密排列，阻礙注漿漿液滲透，導致泥漿泄漏或其他不穩定現象，還可能引發地下裂隙或地質層次的破壞，增加地下工程的風險，從而降低工程質量。過低的注漿壓力無法確保漿液充分填充土體空隙，導致空隙填充不牢固，可能引發地層塌陷或建筑沉降問題，從而降低了地下工程的承載能力，增加了結構的不穩定性。

隧道盾構施工過程中各環管片注漿壓力變化如圖4所示。由圖4可知，各環管片注漿壓力呈現出上下波動的趨勢，其中第945環管片注漿壓力最小，為0.2MPa，在第994環管片注漿壓力最大，為0.4MPa。

分析認為，這是由于地層條件的異質性，不同地段的滲透性不同，導致注漿時某些區域需要施加更大的注漿壓力才能克服地層阻力，而其他區域需要的壓力較小。總體上各環管片注漿壓力分布在0.3～0.35MPa。

4? ?結束語

本文以會展大街站-自由大路站區間為研究對象，采用雙液型漿液注漿技術對施工過程中產生的施工空隙進行填充，并探究了在此過程中各環管片實際注漿量及注漿壓力變化，得出以下結論：

根據經驗公式、相關規范及施工監測數據，單個環管片的注漿量需維持在4.2～5.8m3，本研究各環管片的注漿量在5～6m3范圍內，滿足實際工程需要。

第860～900、960～1020環管片的實際注漿量變化趨勢較平穩，第900～960環管片的實際注漿量呈現出上下波動的趨勢，第938環管片注漿量最大，為6.42m3。

總體上各環管片注漿壓力在0.3～0.35MPa，各環管片注漿壓力呈現出上下波動的趨勢，其中第945環管片注漿壓力最小，為0.2MPa，第994環管片注漿壓力最大，為0.4MPa。

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