地铁管片隧道环形间隙同步注浆技术探讨

【摘 要】结合某地铁施工实例，该工程为了控制地层变形，稳定管片结构，控制盾构掘进方向，并且有利于加强管片隧道结构的防水能力，管片背后环向间隙应该采用同步注浆，本文对该注浆技术进行深入探讨，旨在为同类工程借鉴。

【关键词】地铁施工；同步注浆；注浆技术；注浆材料

1 工程概况

某隧道盾构3标段长度为3584.5m，其中左线长为1215.5m，右线长为2369m。结合本隧道所处地区的地质情况以及工程周围环境，经研究决定本工程采取复合型盾构机来进行本隧道的挖掘施工，从而以有效地控制软弱地层的沉降问题。

2 同步注浆方案提出

鉴于考虑到本工程的地质残积土以及混合片麻岩、强风化岩遇水容易软化、崩解，强度低，而且自稳性差，开挖方面需要加强出土控制的同时，同步注浆也将成为另一个重要的控制点。为此，针对本隧道工程采用盾构在挖掘施工中所产生的环形间隙，采取同步注浆技术来解决，以有效地控制软弱地层变形，针对不同地质情况程度而必要时采取二次注浆补强。同时，为了能有效地控制软弱地层变形、稳定管片结构、控制盾构掘进方向，同时有利于加强管片隧道结构的防水能力，管片背后环向间隙应该采用同步注浆。对于所采用的同步注浆的材料、配比、参数以及工艺等可以根据本工程具体地质水文和环境条件，并且参照国内盾构施工同步注浆的成功经验确定。

3 注浆材料及配比控制

3.1 注浆材料

本工程采用水泥砂浆作为主要的同步注浆材料，该浆材具有结石率高、结石体强度高而且耐久性好的特点。为了减少管片安装后的变形或者使注入浆液在较短的时间内起到止水的效果，也使用水泥水玻璃浆液。

3.2 浆液配比及主要物理力学指标

3.2.1 水泥砂浆。本工程同步注浆拟采用表1所示的配比。其胶凝时间一般为8h左右，可根据地层条件和掘进速度，通过现场试验加入促凝剂及变更配比来调整胶凝时间。对于强透水地层和需要注浆提供较高的早期强度的地段，可通过现场试验进一步调整配比和加入早强剂，进一步缩短胶凝时间，获得早期强度，保证良好的注浆效果。在施工过程中，需要根据地层条件、地下水情况及周边条件等，通过现场试验优化确定。同步注浆浆液的主要物理力学性能应该满足下列的指标。固结体强度.一天不小于0.2MPa（相当于软质岩层无侧限抗压强度），28天不小于1.2MPa（略大于强风化岩天然抗压强度）。浆液结石率应大于95%，即固结收缩率应小于5%。浆液稠度控制在8～12cm范围之间； 浆液稳定性：倾析率（静置沉淀后上浮水体积与总体积之比）小于5%。

表1 同步注浆材料配比和性能指标表

水泥(kg) 粉煤灰（kg） 膨润土（kg） 砂（kg） 水（kg） 外加剂

150～200 380～310 60～50 300 360～350 按需要根据试验加入

3.2.2 水泥水玻璃浆液胶凝时间为15～50s；固结体强度其终凝强度不小于0.2MPa（相当于软质岩层无侧限抗压强度），28天不小于1.5MPa（略大于强风化岩天然抗压强度）。浆液结石率大于90%，即固结收缩率小于10%。水玻璃掺入比控制在5～30％范围之间；水泥浆比重控制在1.3～1.5。使用该浆液注浆前，一定要根据实际的需要进行试配，以达到既能顺利注入，又在较短的时间内达到预期的注浆效果。

4 同步注浆施工技术

4.1 同步注浆主要技术参数

4.1.1 注浆压力控制。为了有效地保证达到对环向空隙的有效充填，同时又能确保管片结构不因注浆产生过大的变形和损坏，根据计算和经验，注浆压力取值为0.2～0.5MPa。

4.1.2 注浆量控制。同步注浆量根据盾构施工背衬注浆量经验计算公式：Q＝V・λ；其中：λ--注浆率（一般取大于120%）；V--盾构施工引起的空隙（m3）V=π（D2-d2）L/4；L--回填注浆段长即预制管片每环长度（预制管片每环长1.5m）。将实际数据代入得：Q＝3.14×(6.282－62)×1.5/4×1.2，得出每环注浆量大于4.9m3／环（1.5m），一般情况下为5.0m3左右。在同步注浆不足的情况下，掘进结束后需进行二次注浆，注浆量由现场试验确定（以压力控制为主，依照管片的抗剪切强度和隧道工况、安全度推断，原则上瞬时不超过1.0MPa，）。

4.1.3 注浆速度。同步注浆速度与掘进速度相匹配，即V=10πV0（D2-d2）/4；其中：V0--掘进速度（cm/min）；以次估算，同步注浆的注浆速度为30～200L/min。根据经验二次注浆的注入速度可控制在10～25L/min以内，以获得对岩层较为均匀的渗透。

4.1.4 注浆结束控制。注浆压力达到设计压力，注浆量达到设计注浆量的80%以上。注浆效果检查主要采用分析法，即根据P-Q-t曲线，结合衬砌、地表及周围建筑物变形量测结果进行综合分析判断。在可能或需要的情况下，对拱顶部分采用超声波探测法通过频谱分析进行检查，或根据同步注浆量和管片的变形情况分析，对未满足要求的部位，及时进行二次补充注浆。

4.2 同步注浆方法、工艺与配套设备

4.2.1 同步注浆施工。同步注浆与盾构掘进同时进行，通过同步注浆系统及盾尾的内置注浆管，在盾构向前推进盾尾空隙形成的同时进行，采用双泵四管路（四注入点）对称同时注浆见图1所示。

图1 同步注浆示意图

注浆可根据需要采用自动控制或手动控制方式，自动控制方式即预先设定注浆压力，由控制程序自动调整注浆速度，当注浆压力达到设定值时，自行停止注浆。手动控制方式则由人工根据掘进情况随时调整注浆流量，以防注浆速度过快，而影响注浆效果。

4.2.2 设备配置。同步注浆系统采用配备SWING KSP12液压注浆泵2台，注浆能力2×12 m3/h，4个盾尾注入管口及其配套管路。二次注浆单独的注浆系统，位于3＃台车上。运输系统采用自生产的砂浆罐车（6m3），带有自搅拌功能和砂浆输送泵。随编组列车一起运输。

4.3 注浆效果检查

注浆的效果检查主要采用分析法，也就是根据P-Q-t曲线，结合掘进速度及衬砌、地表与周围建筑物变形的量测结果进行综合分析判断，尤其是实际注入量与理论计算量的比较。必要时采用无损探测法进行效果检查。

4.4 管片壁后同步注浆质量控制技术

4.4.1 在开工前必须制定详细的注浆作业指导书，并且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以及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。

4.4.2 成立专业的注浆作业组，由富有经验的注浆工程师负责现场注浆技术和管理工作。

4.4.3 根据洞内管片衬砌变形以及地面及周围建筑物变形的监测结果，及时进行信息反馈，修正注浆参数设计和施工方法，发现情况及时解决。

4.4.4 做好注浆设备的维修保养，注浆材料的供应，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地进行。

4.4.5 环形间隙充填不够、结构与地层变形不能得到有效的控制或变形危及地面建筑物安全时、或者存在地下水渗漏区段，必需通过吊装孔对管片背后进行补充注浆。

5 结论

文章结合某标段盾构施工实例，针对工程软弱地层、含水软岩以及软硬混合地层的掘进施工，管片背后环向间隙应该采用同步注浆技术，提出了详细的施工流程，工程实践效果显著，值得为同类工程提供参考指导。

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