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摘要：盾构隧道施工的注浆控制是降低盾构隧道沿线和在拥挤的城市地区的现有隧道的沉降的最重要的意义。为了控制地层变形，通过向盾尾的建筑空隙注入注浆材料，以此达到控制地层沉降和应力释放的目的。针对注浆系统、注浆材料的分类和各种材料类型的性能特点以及所适应的工程情况进行了全面的概括和总结, 对影响注浆施工的注浆参数进行了理论方面的介绍。
关键词：注浆技术, 盾构法, 盾尾注浆,注浆材料
盾构施工技术在我国重大地下工程中的应用越来越广泛，已经成为越江隧道和地下铁道建设的主要方法。盾构法是利用盾构机在地面以下暗挖隧道的一种施工方法,其施工的主要方法是先在隧道的两个端头修建基坑或竖井，以供盾构机安装就位，盾构从始发井开始掘进，沿隧道设计轴线往前推进，最后到达接收井。
1盾构施工的特点
盾构法与其它暗挖法相比的优点:1)土体的开挖和管片衬砌是在盾壳的保护下进行的，可以实现安全开挖和衬砌，掘进速度快；2)施工全过程可实现自动化作业，施工劳动强度低；3)除基坑、竖井施工外，其余的施工作业均在地下进行，所以对地面建筑物、道路、地下结构物及地下管线设施影响很小；4)盾构在穿越河流时不影响河流的航运功能，且施工不受季节、风雨等气候条件影响，施工扰动很小；5)盾构法在松软含水地层中修建埋深较大的长大隧道往往具有技术和经济方面的优越性。
盾构法施工虽然优点突出，但当盾尾脱出管片脱出后，在施工断面和管片外壁之间的空隙内产生的软弱土体会瞬间失去支撑，形成地层松动、超孔隙水压力降低和邻近管片区域土体强度下降等现象，工程实践中常常危害地表、地下建构筑物的安全[1]。
2注浆的目的
为了避免产生地层损失势而导致地层变形和隧道结构位移，进而对邻近建构筑物的安全产生危害，必须对这一空隙进行注浆。同时也应注意，如果注浆压力过大，注浆量偏多，也会引起土体挤压扰动。
在盾构机脱出后，采用壁后注浆技术的目的主要有:1)及时充填空隙，抑制天然土体变形，控制地面沉降；2)增强隧道的防水能力；3)平衡外力作用，有稳定管片衬砌位置；4）作为隧道衬砌结构的加强层，提高其耐久性；5）在采用泥水平衡盾构时，能够减少和抵制泥水回窜至盾尾及已建成的隧道外，从而控制隧道的上浮量，使隧道尽快达到稳定。
通过盾构同步注浆技术对盾尾空隙进行及时有效的充填，进而减小盾构施工对地层位移的影响。对于控制地表沉降，减少对周边地下结构物的扰动，维持盾构隧道施工的稳定起着核心作用。
3盾构尾部注浆系统的分类
根据盾尾注浆与盾构掘进的时间顺序可以将盾尾注浆分为以下4类[1]:
(1)事后注浆。盾构注浆在施工时放在盾尾后面5-10环时环开始注浆；
(2)同步注浆。管片衬砌脱出的同时,立即向盾尾空隙压注浆液的方式,同步注浆所采用的工艺与浆材的选择,对工程质量、安全有着重要作用。盾构盾尾注浆技术的注浆方式的确定、注浆材料的选取、注浆位置的设计以及注浆量和注浆压力的设定都是非常重要的,不同的地质条件以及埋深和施工条件等也都影响着注浆方案的制订；
(3)及时注浆。在管片衬砌脱出一环或数环后,才对盾尾空隙压注浆液。由于不能迅速的充填盾尾空隙以支撑周围土体,导致周围土体较大的位移,增加了土体的扰动,不利于地面沉降和地下管线变形的控制，该方法仅在地质条件较好且对地层位移要求不高的情况下才能使用；
(4)二次注浆。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆一般在隧道发生偏移、地表沉降异常时或在一些特殊地段,首次注浆不理想，需要通过二次注浆进行补充。在隧道出现渗漏水的情况下也需要二次注浆,以堵住渗漏途径,满足隧道的安全和使用要求。
4注浆浆液的要求
随着盾构盾尾注浆工艺越来越受到工程界的重视，注浆的浆液材料的研究也得到快速的发展。为实现壁后注浆的目的和施工的要求，注入浆液必须迅速、充分的充填盾尾空隙，为此注浆浆液必须满足下列要求:
(1)充填性良好，能充分充填空隙且不逸散到空隙以外的区域；
(2)具有良好的和易性且离析少，能长距离注送；
(3)浆液的固化时效性易于控制，既不致太快造成注浆管堵塞，反之也不致无法约束管片的位移，并产生隧道在浆液中溢流的现象；
(4)有一定的早期强度，便于同原状土相结合；
(5)固化过程中不泌水，硬化后的体积收缩率小，渗透系数小；
(6)绿色环保，价格便宜。
满足壁后注浆目的的关键在于浆液的充填性、和易性及不向盾尾空隙以外的区域流失的特性。因为同步注浆浆液的选择受土质条件、盾构的种类、施工种类、施工条件、价格等条件的支配，在掌握浆液特性的基础上，按实际条件选用最适合的浆液。
5模型分析
壁后注浆在填充建筑间隙、加固土体的同时，对管片也产生了一定压力，该压力达到一定程度时，可能引起管片局部或整体上浮、错台、开裂、压碎或其他形式的破坏。注浆压力必须克服地下水压力、土压力及管道的摩阻力才能将浆液压注到盾尾空隙中，一般来说压力越大，衬砌与地层之间的空隙充填越密，四周地层越稳定。
针对盾构隧道盾尾间隙和壁后注浆的研究方法主要有：理论分析、现场实测、模型试验及数值计算等。Yukinori[2]等通过大量盾构隧道壁后注浆的物理模型试验表明，土的密实度和注浆压力能够显著影响土压力的分布和大小；Ezzeldine[3]用有限元程序PISA模拟了盾构推进、拼装衬砌及壁后注浆对地基变形的影响；国际隧道协会工作报告[4]中推荐的在管片结构计算时考虑的注浆压力分布模式为三角形分布；张云[5]在分析盾构法隧道引起地表变形原因的基础上，将盾尾间隙的大小、注浆充填程度、隧道壁面土体受扰动的程度和范围等因素，概化为一均质、等厚的等代层，进而分析了地表变形对等代层参数的敏感性；黄宏伟[5]等利用探地雷达方法，对上海某盾构隧道盾尾壁后注浆分布进行探测分析，对隧道壁后浆液分布情况进行了诊断尝试；Bezuijen[7]等通过对一个9.5m直径的盾构隧道的两环进行了现场壁后注浆的测试研究表明，注浆过程中，注浆压力起主导作用，当开挖停止时，注浆浆液的浮力开始产生影响；邓宗伟[8]等运用FLAC3D2.0，对盾构隧道壁后注浆的作用机制进行了研究，探讨了壁后注浆对支护结构和围岩的受力、变形影响的规律。
6结论
盾构隧道施工过程中由于地层损失引发地层位移和地表沉降是现阶段盾构施工控制的重点，盾尾建筑空隙是引起地层损失的主要原因之一，而盾尾注浆正是充填空隙，减少地层位移的盾构关键工序。本文系统的介绍了盾尾注浆的分类、性质及多位专家学者对于壁后注浆压力的研究，主要得出以下结论：
(1)事后注浆和及时注浆由于不能快速充填盾尾空隙，不利于地面沉降和地下管线变形的控制，也不利于隧道结构的稳定，现在己经较少使用。研制具有充填性好、和易性好、固化时间可控、早期强度高等特点的同步注浆单液惰性浆液是具有较高实用价值的。
(2)注浆种类和注浆压力的选择极为重要,理论上得到的注浆压力和注浆种类在实际施工过程中因地质条件和施工速度等的不同而有所变化,注浆压力和注浆种类的确定大部分依靠实际的工程经验,并根据信息化施工的信息反馈逐步调整完善。
参考文献
[1]赵天石.泥水盾构同步注浆浆液试验及应用技术研究[D].同济大学,2008.
[2]张云,殷宗泽,徐永福.盾构法隧道引起的地表变形分析[J].岩石力学与工程学报,2002,21(3):388－392.
[3]黄宏伟,刘遹剑,谢雄耀.盾构隧道壁后注浆效果的雷达探测研究[J].岩土力学,2003,14(增刊):353－356.
论文作者:杨雪
论文发表刊物:《防护工程》2018年第7期
论文发表时间:2018/8/9
标签：盾构论文; 注浆论文; 隧道论文; 浆液论文; 管片论文; 空隙论文; 地层论文; 《防护工程》2018年第7期论文;