盾构法背后初衬注浆的探讨

摘 要：本文探讨了盾构法施工中背后初衬注浆技术的不同注浆机理，并且根据不同的工程地质情况选择不同的注浆工艺，不同的注浆工艺采用不同的注浆材料类型，不同的注浆材料必须具备那些特性，才能实现盾构法背后初衬注浆目的。

关键词：注浆技术；盾构法；尾隙；渗透系数

中图分类号： U455 文献标识码： A

0 引言

随着全国各城市地铁的建设，盾构施工技术在地铁隧道施工中得到广泛应用。盾构机在地层中施工时，当盾尾脱离初衬管片后，在衬砌管片与天然土层之间会存在空隙，该空隙需要及时采用背后注浆，如不能及时填充，天然土体将处于无侧向支撑状态，从而会产生较大的地面沉降及可能造成地表邻近建筑物的破坏。因此，地铁盾构初衬背后注浆在隧道盾构法施工中的非常重要。本文将对盾构法施工背后注浆技术进行了探讨。

1 盾构背后初衬注浆机理

背后注浆有两种形式，一是采用盾壳外表设置的注浆孔随盾构推进同步注浆，同步注浆时多采用单浆液。同步注浆是在盾构向前推进的同时，不停地向盾尾空隙加压注浆材料的一种施工方法，通过不间断加压，使注浆材料在注入建筑空隙后尚未达到与土体相同强度前，能保持一定的注浆压力和土体压力，从而控制地面沉降在最小的范围内。从同步注浆技术的定义来看，需要控制的主要参数有注浆压力、注浆量和注浆速度等。

二是通过管片上的预留注浆孔进行压浆，通过预留注浆孔进行压浆时多采用双浆液。即采用A、B液背后注浆, A 液为水泥类，B 液一般是水玻璃类的硬化剂，将A、B液混合变成胶态溶液，混合液的黏性会随时间而增大，首先进入流动态固结期，即化学凝胶时间，随后经过可塑态固结期并进入凝固期，即物理凝胶时间。化学凝胶时间越长、水玻璃浓度越低，液温越低，维持流动性的凝固态和可塑态的物理凝胶时间就越长。

2 注浆工艺的选择和控制要求

2.1 注浆工艺的选择

地质情况是确定注浆工艺的先决条件，对易坍塌、均粒系数小的砂质土、含粘性土少的砂、砂砾及软粘土地层，应当采用同步注浆，其它地质可采用预留注浆孔进行压浆。南昌地铁一号线穿越的地层一般为砂性地质，所以南昌地铁一号线地铁盾构初衬背后注浆采用同步注浆法。同步注浆法是在盾构推进的同时进行注入；即时注浆法是在盾构推进后立即注入。当地质条件和施工条件许可时，也可采用后方注浆法即从数环后方的管片上注入浆液和半同步注浆法即注浆孔从尾封层处伸出，在推进的同时进行跟踪注入。

2.2 控制要求

2.2.1注浆压力

注浆压力一般取穿越地层的阻力强度加上0.1～ 0.2MPa，后期注浆压力要比先期注浆压力大0.05～0.1MPa，但注浆压力一般在0.1～0.4Mpa范围之内。注浆压力偏小将达不到注浆目的要求,盾构施工产生的地层空隙不能充分充填,地表可能出现沉陷,影响地表邻近建筑物与地下管线的安全；注浆压力过大时将引起地表有害隆起或破坏管片衬砌,损坏盾尾密封以及可能导致管环的变形破坏。因此,注浆压力最佳值应在综合考虑地质条件、管片强度、设备性能、浆液特性和土仓压力的基础上来确定。根据施工实际,同步注浆压力控制在0.1～0.4MPa，但注浆压力不应大于0.4MPa，注浆时穿越地层的阻力很大时，要加强注浆压力的观察与量测，控制注入压力在安全范围内。

2.2.2 注浆量

注浆量一般根据设计的计算量进行注浆，但由于土质系数、注入损耗率、超挖以及浆液是否为加气类等因素注浆量需要调整，一般主要考虑土质系数和超挖系数。土质系数由地层性质决定，一般取值为1.1～1.5；在完整性好、自稳能力强的硬质地层中，可取较小土质系数甚至不用考虑。但在裂隙发育的岩质地层或以砂、砾石为主的大渗透系数地层应考虑较大的土质系数，可取1.3～1.5。超挖系数是盾尾建筑空隙的修正系数。超挖系数一般在曲线施工中产生，其数值可通过计算得到。所以实际注入量一般为设计注浆量的1.3～1.8倍。

2.2.3 注浆次序

背后注浆浆液要充填盾尾空隙，还要渗透到盾构壳体周围，使之与周围土体紧密粘结。注浆次序应先从隧道两腰开始，再顶部后底部，有条件时，采取多点同时注浆。

2 背后注浆材料要求

注浆材料的要求主要有7个方面：①好的充填性，防止漏失到尾隙以外的其它区域，如开挖面和天然土层中；②好的流动性，长距离泵送无离析，能够满足盾构机械化施工；③在规定时间内能固化，固化时不受地下水稀释影响；④充填后能迅速获得要求的早期强度；⑤硬化后不出现游离水，且具有较低的体积收缩率和渗透系数；⑥浆液性能易于调节，可根据局部土质条件和工况进行变化；⑦无公害材料，价格低来源广泛。最重要的是注浆材料满足限域完全充填，不受地下水稀释，具有适当的流动性。

3 注浆材料的选定

注浆材料主要根据施工地层情况确定，具体情况如下：

(1)坚硬的岩层。具有一定的自稳性，充填此地层要求增强浆液的流动性，在保证其它性能指标情况下凝结时间通常控制在12～30h，以获得较均匀的填充效果。

(2)软弱的岩层。岩层自稳性较差，注浆后要求浆液固结时间短、获得强度快，以便在较短时间内达到加固地层的目的。

(3)富水的地层。要求浆液保水性好、不离析，凝结时间在5～6h。

(4)盾构始发段和到达段。要求浆液凝结时间短，固结体获得强度快，保证开挖面安全、防止洞口处漏浆。

因此，注浆材料跟施工场地地质、地下水和施工技术等因素有关，根据设计要求有针对性地进行配比，并根据现场实际情况进行调整。

4 注浆材料的类型

根据注浆材料成分的不同，主要分为惰性、新型惰性、单液型和双液型，具体如下：

(1)惰性注浆材料由细砂和粉煤灰等惰性材料制备，具有价格低的优点；缺点是固结时间较长，且在固结时有游离水和体积收缩等现象，不能很好地控制地表沉降，隧道出现漂浮不定现象。

(2)新型惰性注浆材料主要是土和砂，土与砂的体积比约为1:1，外掺剂掺量为5％，具有成本低，有一定的早期强度，动态荷载下不液化等特点，但存在浆液易渗漏的缺点。

(3)单液型注浆材料，其主要材料为水泥、粉煤灰、砂、水和少量外加剂。粉煤灰作灌浆材料，浆液具有良好的和易性、触变性和强度活性，不仅节约水泥和降低成本，而且便于储运、泵送和灌注。

(4)双液型注浆材料，由含有稳定剂的水泥或水硬性矿渣、粘土系A液和特殊水玻璃类B 液组成，具有凝胶时间短，不受地下水稀释等特点；其凝胶体在凝胶初期呈塑性状态，在高注浆压力下浆体不会流向开挖面而造成地层的劈裂。

5 结论

1、隧道盾构施工中，了解场地地层地质情况非常重要，地层地质情况决定着盾构背后注浆工艺的选择，注浆材料的要求，注浆压力的控制，注浆量的计算以及注浆的次序。

2、不同的盾构背后注浆工艺所用的注浆材料不同，同步注浆时多采用单浆液，预留注浆孔进行压浆多为双液注浆。

3、盾构背后注浆根据地质的情况选择不同注浆材料，但所有注浆材料一般都要求具有良好的填充性、流动性，离析少，不易受地下水稀释，材料分离少，便于长距离压送，凝结后体积变化小、渗透系数小，浆液性能易于调节，无公害等特点。

4、盾构施工背后注浆能够有效地控制地面变形，保护地面建筑物的安全。背后注浆填充率越高，地表沉降就越小，注浆填充率与注浆压力等注浆参数相关，要根据实际工程来确定注浆压力、注浆量及注浆速度等参数，选择合适的注浆材料。

6 参考文献

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