地铁隧道同步注浆施工控制技术

摘要：随着社会经济的不断快速发展，城市现代化进程也加快了不少，作为衡量城市现代化程度的标准，地铁也在我国进入了飞速修建时期。盾构作为城市地铁最为有效的施工手段，在施工掘进参数设置合理的情况下，其关键技术之一是掘进过程中的同步注浆，通过设置合理的同步注浆参数，可以有效降低对地表周边环境的影响。

关键词：地铁隧道；同步注浆；施工控制

中图分类号：U45文献标识码： A

引言

目前，越来越多的城市正在进行轨道交通建设，而盾构法作为一种先进的施工方法由于施工速度快、安全程度高、对地面扰动小等优点也越来越被广泛的应用同时，由于盾构的施工大部分位于城市主干道或人员的密集区，施工过程中同步注浆的不到位，将造成地面沉降超标、塌陷等恶性事件，会给社会带来极大的不良影响；针对地铁本身来讲同步注浆的不到位，造成隧道漏水，给运营留下了极大的安全隐患。

一、衬砌背后注浆的方式和定义

1、同步注浆与即时注浆

同步注浆是通过同步注浆系统及盾尾的注浆管，在盾构向前推进盾尾空隙形成的同时进行。浆液在盾尾空隙形成的瞬间及时起到充填作用，从而使周围岩体获得及时的支撑，可有效地防止岩体的坍陷，控制地表的沉降。在地层稳定性差，采用EPB模式掘进时，同步注浆的重要意义更为明显[1]。

即时注浆是通过管片上注浆孔将浆液注入管片背后的方法。其浆液充填时间滞后于掘进一定的时间。一般运用于自稳能力较强的地层。

2、二次补强注浆

为提高背衬注浆层的防水性及密实度，考虑前期注浆效果不佳以及浆液固结率的影响，必要时在同步注浆结束后进行补强注浆。补强注浆一般在管片与岩壁间的空隙充填密实性差，致使地表沉降得不到有效控制的情况下才实施。根据地表沉降监测的反馈信息，结合洞内超声波探测所得的背衬后空洞情况，综合判断是否需要进行补强注浆[2]。

管片衬砌背后同步注浆工艺流程及管理程序

二、同步注浆施工技术原理

壁后注浆装置由注浆泵、清洗泵、储浆槽、管路、阀件等组成，安装在第一节台车上。当盾构掘进时，注浆泵将储浆槽中的浆液泵出，通过四条独立的输浆管道，通到盾尾壳体内的4根同步注浆管，对管片外表面的环行空隙中进行同步注浆，见“图 1同步注浆示意图”，在每条输浆管道上都有一个压力传感器，在每个注浆点都有监控设备监视每环的注浆量和注浆压力；而且每条注浆管道上设有两个调整阀，当压力达到最大时，其中一个阀就会使注浆泵关闭，而当压力达到最小时，另外一个阀就会使注浆泵打开，继续注浆。盾尾密封采用三道钢丝刷加注盾尾油脂密封，确保周边地基的土砂和地下水、衬背注浆材料、开挖面的水和泥土从外壳内表面和管片外周部之间缝隙不会流入盾构里，确保壁后注浆的顺利进行。

三、同步注浆参数设定

1、地铁盾构隧道施工同步注浆参数控制

根据需要依托实例进行解释。依托洪浪区间工程盾构刀盘直径为6250mm，管片外径为6000 mm，某标段穿越土层主要为粘性土，盾构埋深约12.5m。

1、同步注浆注浆量设定

影响盾构同步注浆的注浆量因素很多，在实际施工过程中注浆量按下式估算:

Q=π(D2－ d2)L/4(1)

式中:Q―――单环管片注浆量，m3；D―――盾构刀盘直径，m；d―――预制管片外径，m；L―――管片衬砌每环长度，取 2 m。根据（1）计算可得该标段单环管片注浆量为4.8m3。

Vc= πξD/4(2)

ξ=（√ＲＣ２＋Ｃ２）－ＲＣ(3)

式中:Vc―――盾构超挖附加注浆量，m3；Ｒc―――盾构曲线转弯半径，取 800 m；C―――盾构机自刀盘到盾尾的长度，取9.76m；D―――盾构机外径，m。

根据式(2)和式(3)计算可得该标段超挖区附加注浆量为0.29m3。

2、同步注浆量施工损耗系数

在盾尾同步注浆施工中，注浆多采用直接压送方式，即注浆管多是从设置在盾构始发工作井附近的注浆泵开始，随着盾构机的推进，不断接长注浆管，一直延续到接收井。浆液被压送到注浆孔的过程中，浆液的损耗是不可避免的。随着盾构隧道长度的增加，残留在注浆管道内的浆液量逐渐增多，施工过程中砂浆的损耗必须考虑，以确保盾尾注浆的注浆量[2]。按照常规施工经验，需要考虑1.1-1.2的损耗系数。一般施工中采用1.2的损耗系数，计算可得该标段单环管片实际注浆量为6.108m3。

2、同步注浆注浆压力设定

施工过程中注浆压力控制标准常常以注浆孔的浆液压力为准，而非浆液系统的输出压力，通常在盾构机上设置土压力传感器，等效监测注浆压力的大小。注浆过程中必须克服管道压力损失和地下水土压力，施工过程中应尽可能增加注浆压力，从而减小衬砌与地层之间的空隙，有效控制地层压力损失，控制地表沉降和建筑物倾斜等[3]。

1、同步注浆压力下限

根据静力学分析，假定粘土层摩擦角近似为零，则同步注浆压力下限值为:

P下限= (γ － 2cu/D)h (4)

式中:P下限―――注浆压力下限值，MPa；γ―――土的容重，取 18 kN/m3；cu―――粘聚力，取 24 kPa。计算可得该标段注浆压力下限值为 0.125MPa。

2、同步注浆压力上限

实际施工过程中，同步注浆压力常常遵循舍小取大的原则，尽可能将注浆压力设置足够大，有条件的区段在地表设置沉降测点，以地表隆起为临界点，这种方法在控制地表沉降和建筑物隆起方面非常有效，同时可以大大缩短同步注浆时间。注浆压力也不能设置过大，避免土层发生劈裂破坏，从而造成大范围地表沉降;注浆压力过大也可能导致盾尾刷损坏、管片接头破损等工程事故。因而注浆压力必须设定在最小注浆压力与劈裂注浆压力之间对注浆压力分析时可采用真三轴周应力模型，各参数意义如图 所示，其中 Pf为注浆压力上限值，利用图所示的应力叠加原理，可以确定孔周任意点的应力状态，在 r = a 处有:

σr=Pf；σθ=σ1〔1 －2cos(2θ)〕+σ3〔1 +2cos(2θ)〕－Pf；τrθ=0（5）

应力叠加原理图

同步注浆的压力上限对应土体的拉裂破坏，则注浆压力上限值为:

Pf= 3σ3－ σ1+ σt (6)

计算可得该标段注浆压力上限值为 0. 316MPa。由前面计算可知注浆压力下限值为 0. 125MPa，按照同步注浆压力尽可能大的原则，取该标段同步注浆压力为 0. 3 MPa[3]。

四、同步注浆的注意事项

1、在开工前制定详细的注浆作业指导书，并进行详细的浆材配比试验，选定合适的注浆材料及浆液配比。制订详细的注浆施工设计和工艺流程及注浆质量控制程序，严格按要求实施注浆、检查、记录、分析，及时做出P（注浆压力）－Q（注浆量）－t（时间）曲线，分析注浆速度与掘进速度的关系，评价注浆效果，反馈指导下次注浆。

2、成立专业注浆作业组，由富有经验的注浆工程师负责现场注浆技术和管理工作。根据洞内管片衬砌变形和地面及周围建筑物变形监测结果，及时进行信息反馈，修正注浆参数和施工工艺，发现情况及时解决。做好注浆设备的维修保养，注浆材料供应，定时对注浆管路及设备进行清洗，保证注浆作业顺利连续不中断进行。

3、环形间隙充填不够、结构与地层变形不能得到有效控制或变形危及地面建筑物安全时、或存在地下水渗漏区段，在必要时通过吊装孔对管片背后进行二次补强注浆。当盾构隧道埋深较浅地质较差，在同步注浆时严格控制注浆压力，防止冒顶现象发生。

结束语

同步注浆的同步性是保证同步注浆效果的关键，操作人员在上岗之前一定要掌握每一步的施工要领，注意掌握同步注浆输送泵的泵送流量，甚至输送泵活塞单次泵送的体积，同时注浆司机要与盾构主司机及时沟通与联系，随时掌握盾构的掘进速度并随之调整同步注浆的流量，掌握好同步注浆速度与掘进速度的匹配，确保注浆与掘进的同步进行，否则，无法保证同步注浆的效果，地表沉降超标难以避免。

参考文献

[1]. 崔天麟,赵运臣.盾构隧道掘进过程中同步注浆技术的应用[J].探矿工程(岩土钻掘工程).2003(04)：112-113.

[2]. 邹.盾构隧道同步注浆技术[J].西部探矿工程.2003(04)：78.

[3]. 张士屹.盾构法施工同步注浆施工工艺[J].西部探矿工程.2009(04)：99-100.