广州市市政集团有限公司城轨交通工程分公司 广东 广州 510000
摘要：论述了盾构法施工过程中同步注浆的机理，结合广州市轨道交通十四号线江街风井~江埔站盾构区间浅埋富水砂层泥水盾构施工中同步注浆技术的应用，对同步注浆工艺、效果进行了研究及总结。通过数学统计分析法研究分析表明同步注浆量与房屋沉降量在一定程度上呈正相关系。
关键词：盾构施工；同步注浆技术；注浆量
1、前言
目前，国内一大批省会城市逐渐将城市轨道交通规划建设列为城市基础建设的重点项目，掀起新的一轮轨道交通建设高潮,各种新工艺、新工法、新设备、新材料层出不穷[1]。而盾构施工法作为一种先进的施工方法，具有施工速度快、对地面影响小、安全程度高等优点，受到行业的青睐，逐渐被广泛应用。同步注浆技术是盾构法施工中必不可少的关键工艺，是确保盾构施工安全、控制地面沉降量、保证隧道成型质量的核心技术之一[2]。本文结合广州市轨道交通十四号线江街风井~江埔站盾构区间浅埋富水砂层泥水盾构施工中同步注浆技术的应用，对同步注浆工艺、效果进行了研究分析及总结。
2、工程概况
广州市轨道交通十四号线江街风井~江埔站盾构区间两条隧道由江街中间风井小里程端始发，终点为江埔车站，全程约1.5公里，隧顶覆土厚度7.3～16.0m。隧道穿越地层主要为<3-2>中粗砂层、<3-3>砾砂层，部分<4N-2>可塑粉质粘土。区间毗邻流溪河，地下水发育丰富，主要有第四系松散孔隙性潜水，水位普遍较浅，埋深为0.40～11.30m，平均埋深为2.44m，标高为-2.30～35.98m，平均标高为31.26m。 盾构区间采用两台海瑞克泥水平衡盾构机施工，盾构机刀盘开挖直径为6280mm，管片设计外径为6000mm。
3、同步注浆技术
3.1同步注浆机理
由于盾构机的开挖直径比管片外径大，当盾构机向前推进，管片脱离盾尾后，管片外壁与土层之间定会形成一个建筑间隙。同步注浆技术是在盾构掘进过程中，管片脱离盾尾的同时，在一定的注浆压力，将适量具有早期强度及最终强度的注浆材料由注浆孔注入盾尾后间隙内，可以及时有效填充管片外壁与土层之间的间隙，对控制地表沉降，减少对周边地下结构物的扰动，提高隧道管片的稳定性、受力均匀性及确保盾构隧道施工的安全性起着核心作用[2,3]。
盾构施工同步注浆系统一般包括制浆设备、盾构机自带的液压注浆泵、浆液存储罐、砂浆罐车、注浆管路及相关PLC控制单元组成。本工程采用的盾构机盾尾内置共有6根注浆，其中2根作为备用，施工过程中，采用双泵四管路（四注入点）对称同时注浆，注浆可根据需要采用自动控制或手动控制方式。
3.2同步注浆施工参数设定
3.2.1注浆压力设定
根据目前国内外研究现状，注浆压力与隧道埋深处的地层应力相当时，对减少地层损失和地表沉降量的效果最为显著。根据实际施工经验，在施工过程可大致选择注浆压力等于地层阻力强度加上0.1-0.2Mpa[3]。由于不用地层条件和切削条件的变化，地层阻力强度通常为0.1-0.3Mpa[3]。本工程根据计算公式[5]计算，并结合类似工程施工经验，注浆压力设定为0.2-0.4 Mpa。
3.2.2注浆量设定
同步注浆量理论上是充填盾尾建筑空隙，但同时要考虑盾构推进过程中的纠偏、浆液渗透（与地质情况有关）及注浆材料固结收缩等影响因素。根据本盾构区间段的地质及线路情况，注浆量取理论注浆量的1.3～1.8倍，每环注浆量为Q=5.2~7.2m3/环，并应通过地面变形观测来调节。注浆量按下式进行计算：
V=π（D2-d2）L/4
式中：Q—注入量（m3）；λ—注浆率；V—盾尾建筑空隙（m3）；D—盾构切削土体直径（即为刀盘直径6.28m）；d—管片外径（6m）；L—管片宽度（1.5m）。
3.2.3注浆速度与结束标准
同步注浆速度应与盾构掘进速度相匹配，按每掘进一环的时间内所完成当环注浆量来求其平均注浆速度。
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，可结束注浆。
3.2.4 浆液配合比
本工程同步注浆浆液采用单液硬（活）性浆，根据以往类似工程施工经验浆液配合比设计为：水泥7%、粉煤灰21%、水27%、砂41%、膨润土4%。在施工中，根据地层条件、地下水情况及周边条件等，进行调整优化。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8～10h；（2）固结体强度：一天不小于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：9～11cm；（5）浆液稳定性：层析率（静置沉淀后上浮水体积与总体积之比）小于5%。
4、实施情况及效果分析
本工程盾构掘进施工过程中同步注浆最小注浆压力0.16Map，最大注浆压力0.43Map，平均注浆压力0.24 Map；最小注浆量5m3，最大注浆量7.2m3，平均注浆量6.2m3。在盾构下穿房屋群掘进过程中，注浆量最少控制在6.5m3以上，注浆压力保持不低于0.3 Map。
盾构下穿本区间第一个房屋群时，房屋群沉降控制稳定，累计最大沉降-10.8mm。隧道管片最大沉降量3.9mm，管片上浮最大值1.2mm，管片错台远小于规范要求，管片无渗水、漏水现象。说明施工过程中，同步注浆控制到位，注入管片外壁土层间隙中的浆液起到了充分填充的作用，同时凝固的浆液在管片外壁形成了较好的隔水层，起到有效防水的作用。此外，注入的浆液对保持隧道管片的稳定性也发挥了作用，有效防止了管片出现较大上浮和沉降的现象。
本文选取了盾构下穿房屋群掘进过程中部分房屋沉降量与同步注浆记录参数进行分析。由表1可见，盾构下穿房屋群掘进期间，房屋最大沉降量为-6.4mm，最小沉降-0.8mm，同步注浆量最大值为7.2m3，最小值为5.8m3。由注浆量和沉降量关系分析表明（如图3所示），同步注浆量与沉降量在一定程度上呈正相关关系，即当注浆量增大时，房屋沉降量减少，当注浆量降低时，房屋沉降量变大。说明注浆量较大时，浆液填充管片外壁与土层间的间隙较为充分，有效减少对土层的扰动，一定程度上降低沉降量。
5、结论与建议
（1）浅埋富水砂层盾构掘进施工时，同步注浆的实施，对控制地表沉降、隧道沉降、管片上浮、管片渗水、漏水起到关键性的作用，应严格控制同步注浆的实施，合理设定注浆参数，并在施工过程根据监测反馈的信息及时进行调整，控制好浆液的各项性能指标。
（2）同步注浆量与房屋沉降量在一定程度上呈正相关关系，控制好同步注浆量一定程度上可以有效控制地表沉降，尤其在盾构下穿房屋掘进施工时，应保持较大的注浆量，使注入的浆液充分填充管片外壁和土层的间隙，一定程度上对控制房屋沉降起到较好的效果。同时应控制适当的注浆压力，防止压力过大，导致浆液穿过盾尾刷造成漏浆或流窜到前端开挖面。
参考文献
[1]陈克济.地铁工程施工技术[M].北京：中国铁道出版社，2014.
[2]肖立，张庆贺、赵天石等.泥水盾构同步注浆材料试验研究[J].地下空间与工程学报,2011,2(1):59-64.
[3]赵天石，泥水盾构同步注浆浆液试验及应用技术研究[D].上海：同济大学，2008.
[4]毛盛，周兆勇.富水砂层泥水盾构同步注浆施工技术[J].西部探矿工程,2014(5)182-184.
[5]张长强，陈明娟、金仲祥等，富水砂卵石地层中大直径泥水盾构同步注浆技术[J].中国工程科学，2010（12）:75-78.
论文作者:温亦品
论文发表刊物:《防护工程》2017年第14期
论文发表时间:2017/11/7
标签：盾构论文; 注浆论文; 管片论文; 浆液论文; 泥水论文; 地层论文; 压力论文; 《防护工程》2017年第14期论文;