吕建林
广东华隧建设集团股份有限公司 510330
摘要：在盾构隧道施工过程中，对管片背后的空隙及时、足量地注入合理浆液，是抑制地面沉降、防止管片上浮、避免隧道管片出现渗漏水、开裂、错台等质量缺陷的最根本和最有效的措施。本文结合珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段二期工程土建二标段的工程实践，分类介绍注浆工艺的不同方式，以及在工程应用中取得的效果。
关键词：盾构隧道；注浆；地面沉降；管片上浮
1工程概况
珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段二期工程土建二标段，包含一站一区间，其中隧道采用盾构法施工，盾构区间单线隧道长为1196.5米，采用两台海瑞克土压平衡盾构机掘进施工。隧道穿越地层主要为软土、砂层及岩石风化带，尤其是<6>强风化带泥岩占大部分，局部地段穿越<2-4>粉质粘土层。
2管片背后注浆工艺概述
2.1管片背后注浆的目的
盾构法隧道在施工过程中，当管片脱出盾尾后，在土体与管片之间将形成一定宽度的空隙，需进行管片背后注浆回填。注浆的主要目的主要体现在以下几个方面：
1、盾构注浆时能够及时对盾构的盾尾空隙进行有效填充，以有效防止土体出现变形的现象，还能够有效的控制地面沉降的发生，使环境的安全得以保障。
2、使隧道的防水能力得以加强，并能作为衬砌防水的首要防线，实现稳定、均匀的防水功能。
3、能够使隧道的外力作用不断变得均匀，还能对三维位置的稳定状况进行维持。
4、盾构作为隧道衬砌结构的加强层，能够使隧道的耐久性得以增强。
5、在应用泥水平衡盾构过程中，能够有效的减少泥水的回窜，能够有效控制隧道的上浮量，从而使隧达到相对的稳定状态。
2.2管片背后注浆的方式
管片背后注浆方式，根据其实施时期可进行如下分类：
（1）同步注浆
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形成空隙的同时，采用注浆管同时注浆。
（2）及时注浆
及时注浆是在挖掘了一环或者数环以后，盾尾出现很多的空隙空间，再对尾盾的间隙进行注浆的方式，应用这种注浆因为不能立即对盾尾间隙进行填充，使土层的扰动性得以增大，对地面的沉降控制非常不利，因为早期的管片脱出盾尾后会一直处于悬空的状态，隧道的受力状态也不会达到规定的限度，因此极易出现错台的现象。所以，这种注浆的方式一般都应用在地质状况较好、对地面沉降的要求较低的隧道地段。这种注浆方式很少用到，此文就不作赘述。
（3）补充注浆
根据工程实际情况（如管片渗漏、隧道沉降等），可采取在盾尾数环后的管片注浆孔进行二次（或多次）背填注浆，控制滞后沉降，减轻隧道防水压力。
3同步注浆
盾构施工同步注浆是减小盾构施工对周围地层影响的关键手段，在管片拼装完成并脱出盾尾后，及时将适量的具有一定的早期强度的浆液注入盾尾空隙内，利用其固结硬化后的强度填充管片壁后空隙，为管片提供一定的支撑反力。
3.1注浆设备
以海瑞克土压平衡盾构机为例，在盾构向前推进盾尾空隙形成的同时进行注浆，采用四泵四管路（四注入点）对称同时注浆。见下图。
盾尾内侧沿周围布置了4条内置式注浆管（另外4条为备用管）。每条管上设有压力表和阀门，该管通过软管与四台砂浆泵分别相连。砂浆泵上方设置了一个带搅拌器的砂浆罐（容积为7m3）。
3.2注浆量
以海瑞克土压平衡盾构机为例，注浆量一般基本上是采用几何学上规定的尾部空隙量的观点，但由于注浆材料与围岩的渗透性、加压导致向围岩内的压入、排水固结、超挖等原因，注浆量往往达到理论计算空隙量（从盾构外径面积扣除管片外径面积计算的量）的130～180%。
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。
V=π/4×K×L×（D12-D22）
式中：V —一环注浆量（m3）；L —管片环宽（m）；D1— 开挖直径（m）；D2— 管片外径（m）；K— 扩大系数取1.3～1.8。
代入相关数据，可得：
V=π/4×（1.3～1.8）×1.5×（6.282-62）
=5.26～7.29m3/环
3.3注浆压力
注浆压力是由地质条件、水泥强度及盾构形式和使用材料特性综合决定的。注浆压力应略大于各注浆点位置的静止水土压力，并避免浆液进入盾构机的土仓中。注浆压力一般控制在1~4bar。
在实际掘进中注浆压力应不断地根据不同情况进行调整完善。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。
3.4砂浆配合比
本标段同步注浆采用的砂浆配合比如下表所示：
砂浆配合比所配出的浆液应具备以下性能：
（1）、有良好的长期稳定性及流动性，根据施工中盾尾同步注浆的工序安排以及砂浆拌制完成后从地面运输到盾构机台车砂浆罐所需的时间，确定砂浆初凝时间目标值为6～10小时。
（2）、良好的填充性能，尽可能早的获得高于地层早期强度。
（3）、浆液在地下水环境中，不易产生稀释现象，凝固后收缩体积小，泌水率小。
（4）、原材料来源丰富、经济、施工管理方便，浆液无公害，价格便宜。
砂浆配合比的确定在不同的工程中都存在一个探索的过程，因为在实际施工中总是需要根据地质的特点和注浆的效果进行相应的调式。通过多次试验及施工实践，最终确定以上配合比是较符合本标段实际的配合比。以上配合比初凝时间约7小时，在实际施工中也取得了很好的注浆效果。
3.5同步注浆堵管问题
盾构施工过程中，同步注浆管路堵塞不可避免，但是经常性堵管却是不正常的。导致注浆管堵塞主要有以下几个原因：
（1）砂浆存放的时间过长，浆液开始凝结而继续使用；
（2）砂浆离析，砂子沉淀；
（3）盾尾注浆管球阀未打开就进行注浆；
（4）停机时间较长，盾尾注浆管球阀未关造成浆液回流；
（5）台车砂浆斗砂浆结硬块掉落造成堵管；
（6）用自来水清洗管路，管路中的砂子沉淀未冲洗干净。
浆液的拌制效果和注浆手的技能水平是解决堵管问题的关键。好的浆液应该是相对较稠的，接近糊状的，但太稠的浆液也不行，这样浆液容易凝结，也容易使注浆压力变大造成堵管；浆液太稀砂子容易离析，注浆过程中砂子容易沉淀堵塞注浆泵及注浆管。
技能水平高的注浆手能很好的避免注浆管堵塞问题的发生。盾构施工初始阶段经常发生堵管问题，很大原因是因为隧道掘进班组人员良莠不齐，相当一部分人属于“洗脚上田”，第一次做盾构施工，新手上路，因而导致堵管问题频发。合格的注浆手能按照盾构机的掘进速度控制注浆速度（注浆量），注浆过快可能会漏浆，过慢不能及时填充开挖间隙可能造成后期地面沉降；同时也能及时发现注浆管堵塞与否，快速判断问题所在，节约清理管路的时间。
4补充注浆
4.1二次补注单液浆
盾构机通过后地面发生沉降，则需从相应位置的管片吊装孔进行二次补充注浆。注浆前需在吊装孔内装入单向逆止阀并凿穿，将注浆管直接改接到吊装孔注浆头（装有压力表），即可实施管片注浆。本标段左线在掘进80～110环时，由于隧道洞身顶部存在砂层地层，加上同步注浆没有注够注好，导致发生地面沉降，最大值达到104mm。针对地面沉降，项目部采取二次补注单液砂浆的措施进行补救，二次补注单液浆采用同步注浆一样配合比的砂浆，通过在管片上3、9点位（5、7点）打孔注浆，相邻环每环注两个点位。通过二次补注单液砂浆，地面沉降得到有效的控制。见下图。
4.2二次补注双液浆
二次补注双液浆主要是利用双液注浆料的快速早凝特点尽快阻断水流通道以便施工，在富水地层中采取双液浆注浆做止水环具有很好的效果；同时双液浆对控制管片上浮也起到积极的作用。本标段右线在332～339环及349～357环发生了管片上浮现象，且上浮超限，最大达到110mm。对此，项目部采取二次补注双液浆的方法来控制管片上浮，每隔5环在1点或11点打孔注双液浆。双液浆水泥浆的配合比为600kg水泥+50kg膨润土+400kg水，水泥浆：水玻璃=10：1，水玻璃：水=2：1，双液浆的初凝时间约为15S。通过补注双液浆前后的比较，管片上浮超限的环数都得到较好的控制，最大为95mm，满足设计要求。
5结语
同步注浆是盾构施工中不可或缺的组成部分，补充注浆是在特殊地层或发生异常情况所采取的补救措施。本文对注浆工艺的不同方式进行详细的介绍，并结合工程实践进行阐述，表现了要想提高盾构隧道的施工水平就要不断的对各项工艺方法进行实践和改进，并要对全过程进行严格的监督。只有这样才能保证最终成型隧道的质量。
参考文献：
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[2]江英超,何川,胡雄玉等.砂土地层盾构隧道施工对地层扰动的室内掘进试验研究[J].岩石力学与工程学报,2013,32(12).
[3]刘遹剑.软土盾构隧道壁后注浆无损探测及其分析[D].同济大学,2003.
论文作者:吕建林
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/6
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