双液浆同步注浆在盾构隧道施工中的应用

【摘要】随着国民经济的快速发展，城市轨道交通地下工程进入了蓬勃发展的阶段，与此相关，也会涌现出大量的岩土工程技术问题需要解决，特别是地铁隧道施工引起沿线及周边地面的变形，造成严重的经济损失和社会影响，地铁盾构隧道施工中采用水泥+水玻璃双液浆同步注浆能够很好的保持地层的稳定性，抑制施工引起的过大变形，确保地面及周边建筑物沉降在安全范围内，在特殊地质和小曲线、大坡度线型盾构段施工具有推广意义。

【关键词】盾构隧道 同步注浆 双液浆注浆 地面沉降

1.1工程概况

郑州市轨道交通2号线某盾构区间下穿城市给水主干管线DN1200自来水管，该区间为富水砂层，在全断面富水砂层中的盾构掘进由于盾构自身施工工艺的原因沉降控制十分困难。往往是在在盾尾通过后的24小时内，95%的地层沉降已经发生，盾构二次补浆能起到的地层补偿作用不明显，甚至有压力过大无法进行二次补浆的现象出现。因此，在本工程地质条件下的盾构掘进地层沉降控制十分困难。盾构施工风险极高，参建各方通过组织专家论证，决定技术措施以洞内措施+地面应急抢险措施为主。洞内措施主要为采用水泥浆+水玻璃双液浆（简称“双液浆”）作为盾构隧道施工同步注浆用浆液。

1.2盾构隧道双液浆同步注浆概述

盾构机的切削刀盘直径D与隧道衬砌管片的外径d有一定的差值，即D = D-d 。由于盾构掘进过程中的蛇形运动，会产生超挖和理论间隙，管片与地层间存在一环形建筑空间，目前常用的盾构机均通过同步注浆系统向刚脱出盾尾的管片背后的空隙中注入浆液，以达到将管片和开挖地层间空隙填充密实，以此保证盾构隧道上方土体不发生较大沉降，确保施工安全。

水泥浆+水玻璃双液浆同步注浆胶凝时间短，且可在几秒钟到几十分钟内准确控制，而常规的盾构隧道施工同步注浆采用惰性缓凝浆液（水泥浆）凝固时间较长（初凝时间6～10 h），盾构施工采用双液浆进行同步注浆的优点主要有：①可以尽早填充地层，减少地层沉陷量，保证周围环境的安全。②确保管片衬砌的早期稳定性和间隙的密实性。③作为衬砌防水的第一道防线，提供长期、均质、稳定的防水功能。④作为隧道衬砌结构的加强层，使其具有耐久性和一定的强度。而对于盾构下穿重要管线、建（构）筑物，惰性缓凝浆液容易流失造成底层沉降过大，往往造成不良后果。因此该工程采用水泥浆+水玻璃双液浆能够确保短时间内填充管片背后空隙，以到达控制地层沉降目的。

2、双液浆同步注浆施工工艺

2.1 双液浆同步注浆设备

盾构机双液浆同步注浆装置由注浆泵、清洗泵、储浆槽、管路、阀件等组成，安装在后配套台车上。在盾尾设置了4处共8根同步注浆管（4根A液，4根B液浆管）注双液浆，当盾构掘进时，A、B两个注浆泵分别将储浆槽中的水泥浆液和水玻璃泵出，通过各自输浆管道，通到盾尾壳体内的同步注浆管，两种浆液出注浆管后混合填充管片外表面的环形空隙。

2.2 双液浆配合比

盾构同步注浆双液浆浆液参考以往施工经验并经实验室试配确定，根据本工程情况同步注浆配合比为：

双液浆配比：水泥550kg，粉煤灰350kg，水900kg，水玻璃（26波美度，水玻璃：水泥浆=1：15），初凝时间15分钟。

2.3 双液浆注浆参数设定

（1）注浆压力：注浆压力略大于该地层位置的静止水土压力，同时避免浆液进入盾构机的土仓中。最初的注浆压力是根据理论的静止水土压力确定的，在实际掘进中将不断优化。如果注浆压力过大，会导致地面隆起和管片变形，还易漏浆。如果注浆压力过小，则浆液填充速度赶不上空隙形成速度，又会引起地面沉陷。一般而言，注浆压力取1.1～1.2倍的静止水土压力，最大不超过3.0～4.0bar。

（2）注浆量：根据刀盘开挖直径和管片外径，可以按下式计算出一环管片的注浆量。

每环注浆量为理论值的1.5～2倍，即每环的注浆量为3.87～5.16 m3

水玻璃注入量根据实验配比进行注入，注入比例为：水玻璃：水泥浆=1：15。

（3）注浆时间和速度：在不同的地层中根据需不同凝结时间的浆液及掘进速度来具体控制注浆时间的长短。做到“掘进、注浆同步，不注浆、不掘进”，通过控制同步注浆压力和注浆量双重标准来确定注浆时间。注浆量和注浆压力达到设定值后才停止注浆，否则仍需补浆。

（4）注浆结束标准及注浆效果检查

采用注浆压力和注浆量双指标控制标准，即当注浆压力达到设定值，注浆量达到设计值的85%以上时，即可认为达到了质量要求。

注浆效果检查主要采用分析法，即根据压力-注浆量-时间曲线，结合管片、地表及周围建筑物量测结果进行综合评价。

3、双液浆同步注浆的优点

3.1 能够快速控制地层早期变形

采用水泥浆+水玻璃双液浆进行盾构同步注浆，浆液能够在顿时间内凝结并产生较大强度及早填充了管片周边的空隙，稳固了地层，减少了地层扰动和初期沉降值，能够保证周围环境的安全。施工单位通过盾构试验段对盾构掘进参数和双液浆同步注浆参数的进行了总结和调整，最终摸索出了比较合理的掘进参数。盾构隧道施工于2014年4月21日开始进行下穿进入施工影响范围区域（2倍隧道埋深范围内），到2014年4月29日盾构机盾尾脱出施工影响范围区域。通过对施工进度、监测数据综合分析可知，在刀盘达到前，测点累计沉降约1mm左右，盾体通过时沉降2mm～3mm，盾尾脱出时沉降在6mm～7mm左右。总体来说，地表沉降能控制在12mm以内，管线沉降能控制在10mm内（设计单位提供的控制值为10mm）。

3.2 能够控制管片拼装质量和变形

盾构隧道管片质量控制主要为管片位移和管片错台及破损。盾构隧道采用双液浆进行同步注浆能够快速有效的充填管片背后间隙，快速凝结的浆液有利于管片的早期稳定，对控制管片上浮有明显的效果。经过对该区间管片姿态日常量测分析，管片中线最大偏移量在50mm～60mm，管片高程最大偏移量在40～50mm（规范要求±100mm）。管片收敛收敛最大值+2.29mm（规范要求±20mm）。

3.3 有利于盾构机姿态控制

同步注浆采用双液浆能及时有效的对盾尾建筑空隙进行填充，并且凝固时间较短，对约束管片在轴线及高程上的变化起到很好的作用。在管片变形得到良好的控制后，盾构机后端姿态控制较为稳定，并可以随着前端姿态纠偏而做出迅速反应，进而使盾构机姿态能快速有效的达到操作者的意图，有利于姿态的稳定控制。

4、结束语

水泥水玻璃双液浆保水性能好，不易离析，凝结时间较短并可调节，能达到较短时间内固结和堵水的目的，盾构同步注浆采用双液浆注浆能及时有效的填充盾构建筑间隙、能够有效地保持地层的稳定性，抑制施工引起的过大变形，进而起到控制地表沉降的作用，同时同步注双液浆能起到很好的堵水效果，防止盾尾漏水、漏浆、有效的控制了管片变形，保证了隧道的成形质量。在特殊地质和小曲线、盾构隧道下穿重要管线及建筑物段盾构采用双液浆同步注浆能够起到良好的控制沉降的作用，保证了盾构施工和周边环境的安全，值得推广。

参考文献：

[1] 张海涛;盾构同步注浆材料试验及隧道上浮控制技术[D];同济大学;2007年