探究盾构盾构施工同步注浆技术

论文导读：
摘 要: 主要介绍了土压平衡盾构法施工中同步注浆原理、工艺、注浆参数、同步注浆中遇到的问题及其解决方法,以及同步注浆中应注意的事项。
关键词: 同步注浆、管片、沉降、防水
1.概况
在盾构法施工过程中，引起隧道变形的因素很多, 但主要是由于开挖引起土层损失从而导致地面沉降。及时充分地进行衬砌背后注浆 , 可有效地减少这种土层损失，提高隧道在盾构施工过程中的稳定性。
在能自稳的地层中 , 注浆方式对填充率影响不大 , 但在不能自稳的地层中 , 必须采用同步注浆才能保证注浆量 , 填充建筑间隙 , 防止地层向隧道方向移动 , 减小地层损失 , 控制地表沉降。在稳定性差的地层 , 采用土压平衡模式掘进时 , 同步注浆的重要性较为明显。以沈阳地铁一号线第五合同段重工街到保工街，土压平衡盾构机为例浅谈同步注浆技术。
2 同步注浆目的和原理

2.1同步注浆目的

盾构的刀盘开挖直径为 6250mm，管片外径为6000mm，当管片在盾尾处安装完成后盾构向前推进管片与土层之间形成建筑间隙，快速采用浆液材料填充环形间隙的工艺即为同步注浆工艺。其目的在于 ：
（1）防止和减少地层沉陷，保证环境安全 ；
（2）保证地层压力较为均匀地径向作用于管片，限制管片位移和变形，提高结构的稳定性 ；
（3）作为隧道第一防水层，加强隧道防水。

2.2同步注浆的原理

同步注浆的基本原理是将具有长期稳定性及流动性并能保证适当初凝时间的浆液, 通过压力泵注入管片背后的建筑空隙，浆液在压力和自重作用向空隙各个部位并在一定时间内凝固，从而达到充填空隙、阻止土体塌落的目的。

3.同步注浆工艺

3.1注浆压力

注浆要求充分填充盾构施工产生的地层空隙避免由此引起的地表沉陷，避免过大的注浆压力起地表有害隆起或破坏管片衬砌，影响地表建筑物与地下管线的安全，防止注浆损坏盾尾密封。因此，注浆压力最佳值应在综合考虑地基条件、管片强度、设备性能、浆液特性和土仓压力的基础上来确定。

3.2注浆量

盾构在推进过程中，除了排出洞身断面上的土体外，还存在着其它方面的土体损失，这些土体损失主要来源于以下几个方面 ：
一是盾尾管片安装后形成的空隙 ；二是曲线地段推进超挖引起的土体损失 ；三是盾构纠偏产生的土体损失 ；四是盾构蛇形运动产生的土体损失
这些额外部分的土体损失是通过同步注浆来获得补偿平衡的，同步注浆的注浆量由理论计算而得，即盾壳的建筑空隙体积乘以

1.5 ～ 2.0 的系数。每环同步注浆量Q=Kπ（D2-d2）L/4

D是指盾构切削外径。d是指预制管片外径，L是指预制管片每环的长度。
但有几种特殊情况。
1) 在松散地层时, 注浆压力很小而注浆流量却很大时, 应考虑增大注浆量, 直到注浆压力超过控制压力的下限, 此时的空隙因士体坍塌而比往常要大。
2) 管片下部因地基软弱导致部分管片下沉错台时,可从下部注浆, 此时注浆量不受限制, 只受压力限制。
( 3) 盾构出洞和进洞时, 洞口部位有较大的空隙, 此时的注浆量应根据实际需要量确定。

3.3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。
同步注浆速度与掘进速度匹配，按盾构完成一环掘进的时间内完成当环注浆量来确定其平均注浆速度。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。对拱顶部分采用超声波探测法通过频谱分析进行检查，对未满足要求的部位，进行补充注浆。

3.4注浆材料

采用水泥砂浆作为同步注浆材料，具有结石率高、结石体强度高、耐久性好和能防止地下水浸析的特点。其中，砂作为填充料，水泥作为提供浆液固结强度和调节浆液凝结时间的材料，粉煤灰可以改善浆液的和易性，膨润土用以减缓浆液的材料分离 , 降低泌水率，减水剂作为水泥的润滑剂。

3.5注浆的主要物理力学指标

同步注浆浆液的主要物理力学性能应满足下列指标
1）胶凝时间 ：一般为 3 ～ 8h，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，从而缩短胶凝时间。
（2）固结体强度 ：1 天不小于 0.2MPa，28 天不小于

2.5MPa。

（3）浆液结石率 >95%，即固结收缩率 <5%。
（4）浆液稠度 ：8 ～ 12cm。
（5）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%。

3.6浆液配比

为保证浆液质量，施工中应根据始发时地层的实际情况选择浆液配合比，特别是和易性适宜的浆液，达到易于压送、不离析、不沉淀、不堵管。在施工中根据地层条件、地下水情况及周边条件等，通过现场试验优化确定。
摘自：本科毕业论文结论www.7ctime.com

3.7注浆效果的检查

（1）注浆效果检查主要采用分析法，即根据 P（注浆压力）Q（注浆量）t（时间）曲线，结合掘进速度及衬砌、地表与周围建筑物变形量测结果进行综合分析判断。
（2）必要时采用无损探测法进行效果检查。

4.同步注浆的注意事项

4.1 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。
4.2． 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。
4.3.注浆过程中要密切关注管片的变形情况, 若发现管片有破损、错 台、上浮等现象应立即停止注浆。
4.4.当注浆量突然增大时要检查是否发生了泄漏或注入掌子面, 若发生这些现象则立即停止注浆, 妥善处理后再继续注入。

4.5.注浆过程中若发生管路堵塞, 应立即处理以防止管中浆液凝结。

4.6. 不得随意往砂浆罐中加水, 冲洗罐车的水应排干, 方可接砂浆。

4.7. 随时检查砂浆储料罐中的砂浆是否正常, 以及管路和注浆泵内砂浆是否有离折、凝固、脱水, 如有异常即停机处理。
4.8. 若遇特殊情况, 浆 液在泵、注浆管 路中停滞>2h, 就必须进行处理或用膨润土充满管路。
4.9. 注浆过程中要做好注浆记录, 包括注浆时间、注浆压力( 变化) 、注浆量、注浆过程中出现的问题及解决方法等。

4.10. 注浆结束后要对注浆设备和注浆管路进行彻底的清洗。

4.11.对于制浆材料要把好原材料质量关, 选用供货质量稳定的供货商; 水泥、粉煤灰、膨润土不能有结块现象; 砂料粒径符合要求, 含泥量不能超过标准; 不得混有杂物和大粒径石子。

5.漏浆堵管现象的处理

5.1漏浆现象

( 1) 盾尾漏浆: 一般采取堵漏的方法, 用棉纱进行封堵
( 2) 掌子论文导读：
面漏浆: 由于土体稳定性等原因, 造成盾壳与土体面间空隙过大, 注浆时浆液沿着盾壳外壁漏进掌子面, 遇这种情况须利用泡沫注人系统, 向盾壳与土体壁间注人膨润土, 防止浆液流入掌子面。

5.2堵管现象的处理

（1）调整浆液配比, 选择合适的胶凝时间 8~ 10h
（2）安装管片或出碴过程中预留部分砂浆, 间断泵入以保持管路畅通。
（3）长时间停机清洗管路

6. 同步注浆质量保证措施

( 1) 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。
( 2) 注浆同时, 要观测盾尾密封效果, 不能使浆液通过盾构机与管片之间渗漏。
( 3) 掘进过程坚决执行掘进与注浆同步, 不注浆不掘进0的原则。
7.结束语
同步注浆技术是盾构法施工中必不可少的关键性辅助工法 , 也是控制地面沉降的关键。在掘进过程中，如果建立的土压力不合理、注入率偏差大，会引起较大地表沉降或隆起。根据地层情况和实际地层损失调整注浆填充率，可以较好填充地层 , 有效控制地表沉降。随着盾构工程的日渐增多，同步注浆技术也将日益完善。
参考文献
陈馈洪开荣 吴学松 《盾构施工技术》 人民交通出版社
张风祥盾构隧道 人民交通出版社
周文波盾构法隧道施工技术及应用中国建筑工业出版社