摘要：随着城市地下管廊、地下隧道的兴建，盾构施工技术日趋成熟和完善，本文结合工程实际，对盾构施工中的同步注浆技术进行分析和探讨，期望对今后的盾构施工有所帮助和技术发展有所推进。
关键词：盾构；同步注浆；土压平衡；注浆压力
1引言
盾构法隧道具有施工进度快，安全性高，地质适应性强等特点。在适应地质的各种环境下，盾构机的种类也非常繁多，敞开式，半敞开式，土压平衡式，泥水平衡式等各种盾构机类型，又有各种刀盘选型。但不管盾构机的种类多少，地质种类有哪些，所有的盾构施工都是在盾构机在掘进时通过把提前预制好的钢筋砼管片拼装起来形成隧道。盾构机掘进时刀盘对土体的切削形成一个孔洞，而管片在尾盾里拼装起来后，管片的外径比刀盘的外径要小，而这个衬砌的建筑空隙，为防止土层的坍塌势必要填充起来，这就是同步注浆。
图1 同步注浆结构示意图
2同步注浆步骤分析
同步注浆，顾名思义就是掘进的同时进行管片壁后注浆，即时的填充管片环周空隙保证成型隧道特别是覆土地面的安全稳定性。以海瑞克土压平衡式盾构机为例说明同步注浆方法，此盾构机同步注浆系统由四个液压柱塞泵把台车同步注浆浆液罐里的砂浆通过尾盾平均分布的四个管路注入到因推进而形成的盾构环型间隙里。每一个注浆管路各一个压力传感器来监测本管路的注浆压力。
3同步注浆技术参数分析
3.1注浆方量的确定
注浆方量必须根据计算的建筑空隙和地质土层的扩散系数而定了，即：
Q=Vλ
λ-注浆率/地层注浆扩散系数（根据地质不同一般范围为1.3-2）
理论的环型间隙所占方量根据刀盘外径和管片外径、长度即可算出，公式：
V=π（D2-d2）L/4
V-盾构理论空隙（m3）
D-刀盘切削外径m
d-管片外径m
L-管片长度m
在完整性好、自稳定强的硬质地层中，浆液不易渗透到周围的土层里去，可以取较小的扩散系数甚至不用考虑，但在裂隙发育的岩层或者是以砂、砾为主的大渗透地层浆液极易渗透到周围的土层中，这样的地层应考虑较大的渗透系数，可取1.4-1.8。如果这样的地层地下水丰富的话土层的扩散系数还要加大。在以黏土、粉质黏土为主的小渗透系数地层，浆液在有压力的情况下也会对土体产生劈裂渗透，故应考虑扩散系数为1.2-1.5。超挖系数是正常情况下盾尾建筑空隙的修正，一般只在曲线掘进施工中产生（直线段盾构机盾头与隧道轴线有较大夹角时也会产生，一般较小不予考虑），其数值可以通过计算得出。
上述的同步注浆量的确定计算公式虽然结合了地质的扩散系数，但还是不能完全反映实际施工过程中的确定方法。盾构掘进是一个复杂的过程，趋向于设计轴线前进的同时拼装管片完成隧道衬砌，这个过程中同步注浆液会不会不冲击到盾构机前方土仓，刀盘切削土体过程中还有不可预知的土体掉落情况，掘进是否超挖欠挖。这又涉及到盾构机的掘进姿态的好坏和盾构机刀盘、盾体等是否适应完整，止浆板是否作用足够。在分析这些影响因素之后，在实际的盾构生产中同步注浆量再做现场调整。
3.2注浆速度与压力
注浆速度和注浆压力的确定也不能完全依托文献、规范。当然在工程设计中特别是注浆压力肯定有一个安全范围。结合实际，综合考虑覆土深度、地基条件、管片强度、土仓压力、浆液特性和设备性能来确定，避免过大的注浆压力影响地表建筑物、地下管线、损坏盾尾密封、破坏隧道成型的衬砌管片。
4质量控制措施
同步注浆是盾构施工中关键部分，是保证施工质量、施工安全和周边建筑物、地下管线稳定安全的重要的一个环节。因此应严格控制，并依据地层特点及监测量测结果及时调整各种注浆参数，确保盾构质量和安全。在质量控制上，应制定详细的工艺流程和质量控制措施，“狠抓源头、强控过程，重视结果”。
4.1“狠抓源头”
同步注浆材料为水泥砂浆，由水泥、砂、粉煤灰和水，外加剂为膨润土。一是控制材料质量和等级，水泥一般使用P.O42.5普通硅酸盐散装水泥，强度高、水化热大、抗冻性好、干缩小，为砂浆提供可靠的胶凝材料，散装水泥计量精度高，机械自动化程度高，节约成本。砂子一般使用中、细筛分河砂，无大颗粒石子和泥块，悬浊砂浆浆液不易沉淀和石子堆积，避免浆液离析和堵塞注浆管路，为凝固砂浆提供分布均匀的可靠骨架。粉煤灰的使用节约了大量的水泥，改善了砂浆的和易性，增强了砂浆的可泵性，减少水化热，提高抗渗能力。膨润土作为外加剂可提高浆液的粘滞性和润滑性，对控制浆液离析也有积极作用。在原材料量进场时严格把关验收，并采用合适的砂浆配合比，初凝时间一般控制在5-10H，根据地层的不同初凝时间也要调整。较硬岩层有一定的自稳能力在满足设计的情况下延长初凝时间（10-12H），以获得更为均匀的填充效果；较软弱的地层自稳能力较差，这类地层要需要浆液尽早凝固（6-8H），以便在较短的时间内加固地层，增强稳定性；富水地层要求浆液的保水性要好、不离析，尽早凝固（5-6H）；在盾构始发和到达段，总体上要求缩短浆液凝结时间，以便在填充地层的同时尽早获得浆液固结体的强度，保证开挖面的安全和并防止浆液从洞门处泄露。总之，要充分考虑多方面因素的影响，合理配合比设计，并根据现场实际情况优化调整，保证各项指标满足设计要求和施工要求，而且有良好的经济性，利于降低生产成本。
4.2“强控过程，重视结果”
根据现场施工具体情况，制定详细的注浆工艺流程，严格按要求实施注浆、检查、记录。及时分析注浆效果，反馈指导后续注浆。为保证盾构施工质量和工程及影响范围的安全，同步注浆一定做到：掘进-注浆，不注浆-不掘进。根据隧道内管片衬砌变形和地面及周围建筑物变形监测结果及时进行信息反馈，修正注浆参数和施工方法，发现情况及时解决。在打开管片注浆孔检查中如果发现无浆、少浆等注浆效果不好时，及时进行二次补浆，以获得有效的填充效果，保证工程质量。在生产过程中及时维护注浆设备，保证生产连续性。
5实例分析
翻阅资料和文献，当前同步注浆技术相关文章对浆液材料研究较多，注浆参数控制和浆液扩散机制依然停留在理论阶段，而对注浆效果评估的研究依然不多。先就本文结束之前，特别举某市2017年盾构隧道施工技术参数作为典型可供参考和研究。
图5-1地质纵剖图
5.1实例简介
地层主要为粉质黏土，少量底部有细沙和中砂，地下水位低于设计隧道，地面建筑物和地下管线没有明显特别的注意风险，隧道覆土埋深13-17米。隧道长度810米，C55钢筋混凝土管片外径6米，内径5.4米。使用的海瑞克土压平衡盾构机刀盘直径6.28米，尾盾连接为被动铰接油缸连接。
5.2实例工程参数介绍与技术数据分析
此段同步注浆砂浆配合比（m3/Kg）为：
表5-1砂浆配合比
初凝时间为7H，收缩率为4%。根据地层和注浆量的不同，取100环至150环和540环至590环为例说明掘进和注浆参数：
5.2.1 100-150环技术参数分析
100-150环隧道地层为全断面粉质黏土，成型隧道管片衬砌无明显变形，轴线相比设计无超限，管片无错台、无破损、无渗漏。地面监测无异常，建筑物监测无异常。超声波扫描衬砌壁后无空洞，人工打开管片注浆孔检查注浆都很饱满密实，取芯观察土体有轻微劈裂现象。此50环盾构掘进施工参数（统计50环取范围值或平均数）如下：
表5-2 隧道100-150环技术参数
综合大数据参数同步注浆此段注浆量Q平均4.5m3，土层扩散系数λ为1.4。注浆压力0.12-0.24MPa，在推进过程中注浆压力顶部是顶部土仓压力的1.0-1.4倍，底部是底部土仓压力的1.1-1.6倍。此段同步注浆效果可以说是基本上达到了理想效果。
5.2.1 540-590环技术参数分析
540-590环隧道地层为底部细中砂和粗砂占1/7-1/9，大部分仍为粉质黏土。成型隧道管片衬砌无明显变形，轴线相对设计无超限，管片有个别错台（无超限）、有轻微极小破损、无渗漏。地面监测无异常，建筑物监测无异常。超声波扫描衬砌壁后无空洞，人工打开管片注浆孔检查注浆都很饱满密实，取芯观察土体有无明显劈裂现象。此50环盾构掘进施工参数（统计50环取范围值或平均数）如下：
表5-3 隧道540-590环技术参数
综合大数据参数同步注浆此段注浆量Q平均5.3m3，土层扩散系数λ为1.6。注浆压力0.13-0.26MPa，在推进过程中注浆压力顶部是顶部土仓压力的1.0-1.4倍，底部是底部土仓压力的1.1-1.6倍。此段同步注浆效果也可以说是基本上达到了预想效果。
全部隧道成型后无一渗漏水，管片基本无破损，微量错台且在规定之内，同步注浆达到了非常理想的效果，拿这个工程做为实例加以参数分析给以后的盾构施工做一个有力的参考。
6 结语
盾构施工是非常复杂的隧道施工方式，且对地下管线和地面建筑物影响颇大，施工质量控制是保证安全生产的重中之中。同步注浆是盾构施工质量控制的关键，建立合理的同步注浆工艺和与工程情况相匹配的注浆量和注浆压力，在实践中具体调整，为今后的盾构施工更快更好的发展提供宝贵的经验。
参考文献：
[1]程中行 谢益民 《盾构同步注浆系统几个问题的讨论》，铁道工程学报增刊，1998
论文作者:李辉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/22
标签：盾构论文; 注浆论文; 管片论文; 浆液论文; 地层论文; 隧道论文; 压力论文; 《基层建设》2019年第12期论文;