盾構(gòu)注漿施工工藝工法

1、盾構(gòu)注漿施工工藝工法1 前言1.1 工藝工法概況盾構(gòu)注漿通過盾體及管片上的預(yù)留注漿孔向有盾體和管片背后注入水泥漿液、化學(xué)漿液、混合漿液等，以達(dá)到填充空隙、控制地層沉降、堵水或加固地層作用的施工技術(shù)，主要包含同步注漿和二次注漿。盾構(gòu)注漿施工技術(shù)是盾構(gòu)工法中必不可少的關(guān)鍵性輔助工法，是控制地表沉降、確保管線及建構(gòu)筑物安全的關(guān)鍵，亦是確保隧道防水質(zhì)量及成型隧道線型質(zhì)量的關(guān)鍵。1.2 工藝原理盾構(gòu)注漿施工主要包括同步注漿和二次注漿。1.2.1 同步注漿工藝原理在盾構(gòu)掘進(jìn)的同時(shí)利用注漿泵，在管片背部和刀盤開挖輪廓面之間形成空隙的同時(shí)，用具有長期穩(wěn)定性及一定流動(dòng)性、微收縮性，并能保證適當(dāng)初凝時(shí)間的漿液，在

2、盾尾空隙形成的短時(shí)間內(nèi)將其充填密實(shí)，從而使圍巖土體獲得及時(shí)支撐，可有效的防治土體坍塌，控制地表沉降，原理如圖1所示。圖1 同步注漿原理圖1.2.2 二次注漿工藝原理以水泥漿液（或水泥漿、水玻璃混合漿液）為介質(zhì)，通過在管片吊裝孔安裝注漿管，注漿填充管片背后的孔隙，達(dá)到控制地表下沉、阻斷隧道漏水通道的目的。2 工藝工法特點(diǎn)2.1 通過注漿壓力、注漿量、注漿速度的控制可有效的降低對(duì)于地層的擾動(dòng)，并可以促進(jìn)管片及隧道的早期穩(wěn)定，避免了地表沉降破壞、隧道線型超限等。2.2 從材料選擇到漿液配比優(yōu)選、拌漿、運(yùn)輸、注漿全過程，工藝簡單、可操作性強(qiáng)，可形成標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，安全、質(zhì)量受控。3 適用范圍本工法適用于土

3、壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)過程中盾尾同步注漿、盾構(gòu)隧道的二次注漿施工。4 主要引用標(biāo)準(zhǔn)4.1盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范（GB50446）；4.2地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（GB50299）；4.3地下防水工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范（GB50208）；4.4通用硅酸鹽水泥檢測標(biāo)準(zhǔn)（GB175）；4.5用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB1956）；4.6普通混凝土用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法（GJG52）；5 施工方法5.1 同步注漿施工方法同步注漿采用盾尾壁后注漿方式，盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，注漿泵將儲(chǔ)漿槽中的漿液泵出，經(jīng)四條獨(dú)立的輸漿管道，通過盾尾殼體內(nèi)的4根同步注漿管（根據(jù)不同的盾構(gòu)機(jī)，同步注漿管布置形式一般分為內(nèi)嵌式和外置式兩種），

4、對(duì)管片外表面的環(huán)行空隙進(jìn)行同步注漿。在每條輸漿管道上都有一個(gè)壓力傳感器，在每個(gè)注漿點(diǎn)都有監(jiān)控設(shè)備監(jiān)視每環(huán)的注漿量和注漿壓力；且每條注漿管道上設(shè)有一個(gè)單向調(diào)整閥，當(dāng)壓力達(dá)到最大時(shí)，注漿泵停止；當(dāng)壓力較小時(shí)，注漿泵繼續(xù)注漿。注漿量和注漿壓力的大小可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)控制，手動(dòng)控制可實(shí)現(xiàn)對(duì)每一條管道進(jìn)行單個(gè)控制，而自動(dòng)控制可實(shí)現(xiàn)對(duì)所有管道的同時(shí)控制。盾尾密封采用三道鋼絲刷加注盾尾油脂密封，確保周邊地層的砂土和地下水、已注入的同步注漿漿液、開挖面的水和泥土從外殼內(nèi)表面和管片外周部之間縫隙不會(huì)流入盾殼里，保證同步注漿的順利進(jìn)行。注漿充填效果如圖2所示。圖2 漿液填充示意圖5.2 二次注漿施工方法二次注漿則是

5、在同步注漿回填不密實(shí)引起地表沉降過大、隧道結(jié)構(gòu)滲漏水的情況下進(jìn)行的水泥漿、水泥砂漿、水泥漿水玻璃混合液補(bǔ)充注漿。在沉降量最大的對(duì)應(yīng)里程位置的隧道上部，擊穿管片吊裝孔，安裝球閥和注漿管，利用注漿機(jī)進(jìn)行注漿（當(dāng)沉降量較大處距離同步注漿管理較近時(shí)，施工中也可采用將同步注漿管路連接管片吊裝孔進(jìn)行二次注漿的方法）。目的是填充注漿后的未充填部分，補(bǔ)充注漿材料收縮體積減小部分，處理滲漏水和處理由于隧道變形引起的管片、注漿材料、地層之間產(chǎn)生剝離狀態(tài)進(jìn)行填充注漿使其整體成型，提高止水效果等。6 工藝流程及操作要點(diǎn)6.1 同步注漿施工工藝流程同步注漿施工，從注漿原材料進(jìn)場、配合比試驗(yàn)，以及漿液拌合、運(yùn)輸、注入設(shè)備

6、的準(zhǔn)備開始，其中以注漿參數(shù)的選擇、注漿工況分析為關(guān)鍵環(huán)節(jié)，施工工藝流程圖如圖3所示。圖3 同步注漿施工工藝流程圖6.2 二次注漿施工工藝流程二次注漿施工工藝流程如圖4所示。圖4 二次注漿施工工藝流程圖6.3 同步注漿施工操作要點(diǎn)6.3.1 原材料選擇同步注漿材料由水泥、粉煤灰、砂、膨潤土、水和外加劑等組成，所有原材料進(jìn)廠檢驗(yàn)合格。6.3.2 同步注漿材料要求配置好的漿液應(yīng)具備以下性能：1）良好的長期穩(wěn)定性及流動(dòng)性，并能保證適當(dāng)?shù)某跄龝r(shí)間（膠凝時(shí)間硬性漿液一般為36h，惰性漿液一般為812h），以適應(yīng)盾構(gòu)施工及遠(yuǎn)距離輸送的要求；2）良好的充填性能；3）在滿足漿液施工的前提下，盡可能早地獲得高于地

7、層的早期強(qiáng)度（1d不小于0.2MPa，28d不小于2.5MPa）；4）漿液在地下水環(huán)境中，不易產(chǎn)生稀釋現(xiàn)象；5）漿液固結(jié)后體積收縮小，泌水率??；6）原材料來源豐富、經(jīng)濟(jì)，施工管理方便，并能滿足施工自動(dòng)化技術(shù)要求；7）漿液無公害，價(jià)格便宜。6.3.3 漿液配合比1硬巖掘進(jìn)中的同步注漿漿液，應(yīng)重點(diǎn)考慮增加漿液的流動(dòng)性。因此漿液配比要在保證砂漿稠度、固結(jié)率、強(qiáng)度等指標(biāo)的基礎(chǔ)上延長凝結(jié)時(shí)間(控制在812h)，以獲得更為均勻的填充效果，摻量如表1所示。表1 硬巖中漿液摻量經(jīng)驗(yàn)表（單位：kg）水泥粉煤灰膨潤土砂水1302001208404002較軟弱、自穩(wěn)能力較差的巖層，注漿后應(yīng)能盡快獲得漿液固結(jié)體強(qiáng)度。

8、因此，漿液配比要保證砂漿的固結(jié)率和強(qiáng)度，并將凝結(jié)時(shí)間適當(dāng)縮短為36h，以便在較短的時(shí)間內(nèi)加固地層，增強(qiáng)地層的穩(wěn)定性，摻量如表2所示。表2 軟弱地層漿液摻量經(jīng)驗(yàn)表（單位：kg）水泥粉煤灰膨潤土砂水1603611368264203富水地層要求漿液的保水性要好、不離析，凝結(jié)時(shí)間在46h。若同步注漿后仍漏水，則需進(jìn)行補(bǔ)漿即二次注漿。4在盾構(gòu)始發(fā)和到達(dá)段，總體上要求縮短漿液凝結(jié)時(shí)間，以便在填充地層的同時(shí)能盡早獲得漿液固結(jié)體強(qiáng)度，保證開挖面安全并防止從洞口處漏漿。因各始發(fā)和到達(dá)段的地質(zhì)條件不同，漿液摻量如表3所示。表3 始發(fā)到達(dá)段同步注漿漿液基準(zhǔn)配合比參數(shù)（單位：kg）水泥粉煤膨潤土砂水250200708

9、40410同步注漿材料受地質(zhì)條件、地下水狀況施工技術(shù)等多方面因素的影響，施工應(yīng)在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，有針對(duì)性地進(jìn)行配比設(shè)計(jì)，并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，確保各項(xiàng)指標(biāo)滿足施工要求，且經(jīng)濟(jì)性良好。6.3.4 同步注漿參數(shù)1注漿量Q控制同步注漿量經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式為:式中 Q計(jì)算注漿量（m3）； L充填長度（m）；D刀盤切削外徑（m）； d預(yù)制管片外徑（m）； 注漿系數(shù)，在掘進(jìn)過程中根據(jù)地址情況適當(dāng)調(diào)整，一般取1.31.8，在裂隙比較發(fā)育或地下水量大的巖層地段，充填系數(shù)一般取1.52.0。注漿量須經(jīng)計(jì)算確定，但由于盾構(gòu)糾偏、漿液收縮、漿液流入地層裂隙等情況，實(shí)際注漿量一般比理論計(jì)算量要多，超注量要根據(jù)具

10、體地層情況確定。但以下幾種情況時(shí)，注漿量可不受上述限制：1）松散地層時(shí)，注漿壓力很小而注漿量卻很大時(shí)，應(yīng)考慮增大注漿量，直到注漿壓力超過控制壓力的下限，此時(shí)的空隙因土體坍塌而比往常大；2）管片下部因地基軟弱導(dǎo)致部分管片下沉錯(cuò)臺(tái)時(shí)，可從下部注漿（為防止管片整體上浮、下沉及橢變，一般2號(hào)、3號(hào)注漿孔注漿量是1號(hào)、4號(hào)注漿孔的一半，如圖所示），此時(shí)注漿量不受限制，只受壓力限制；3）盾構(gòu)進(jìn)出洞時(shí)，洞門口部位有較大空隙，此時(shí)注漿量應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要量確定，注漿壓力應(yīng)隨時(shí)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。注漿孔位置及注漿范圍如圖5所示。圖5 注漿孔位置及注漿范圍示意圖2注漿壓力P控制理論注漿壓力（注入口處）應(yīng)大于地層水、土壓

11、力之和，以達(dá)到對(duì)環(huán)向空隙的有效充填。前期注入壓力=地層阻力+0.10.2MPa；后期注入壓力=地層阻力+0.10.2MPa+0.050.1 MPa；結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)：注漿壓力一般控制在0.250.4MPa，但在遇到隧道埋深、地層變化大、水文條件復(fù)雜，注漿壓力一直不穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整壓力參數(shù)或采取有效措施。3注漿速度V及時(shí)間t控制管片背部注漿時(shí)間一般應(yīng)在管片脫出盾尾及盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)同步進(jìn)行，并在推進(jìn)一環(huán)的時(shí)間內(nèi)完成。同步注漿速度與掘進(jìn)速度相匹配，按盾構(gòu)掘進(jìn)一環(huán)的時(shí)間內(nèi)完成當(dāng)環(huán)注漿量來確定其平均注漿速度。做到“掘進(jìn)與注漿同步，不注漿、不掘進(jìn)”，通過控制同步注漿壓力和注漿量雙重標(biāo)準(zhǔn)來確定注漿時(shí)間。4同步注漿

12、結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)注漿效果檢查主要采用分析法，嚴(yán)格按要求實(shí)施注漿、檢查、記錄、分析，并及時(shí)作出P（注漿壓力）-Q（注漿量）-t（時(shí)間）曲線，結(jié)合管片、地表及周圍建筑物變形量測結(jié)果進(jìn)行綜合分析注漿效果；雙控標(biāo)準(zhǔn)：注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力，注漿量達(dá)到計(jì)算注漿量的90%以上。6.3.5 洞門注漿盾尾進(jìn)入洞門密封后約2米時(shí)開始注漿，注漿分步進(jìn)行，壓力在0.2MPa內(nèi)，根據(jù)根據(jù)現(xiàn)場條件及漿液初凝時(shí)間確定注漿每次注漿間歇時(shí)間，將管片與土體之間的空隙注滿。過程中要密切關(guān)注洞門情況，一旦發(fā)現(xiàn)漏漿現(xiàn)象立即停止注漿并進(jìn)行處理。6.4 二次注漿施工操作要點(diǎn)6.4.1 二次注漿材料為水泥漿或水泥漿與水玻璃的混合漿液等，選材及進(jìn)場檢

13、驗(yàn)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范要求。6.4.2 管片二次注漿孔開孔、球閥安裝起始開孔環(huán)和結(jié)束開孔環(huán)距建筑物的位置約為10m左右，每環(huán)開兩個(gè)孔并安裝球閥，開孔的位置以管片的左上和右上為佳。管片開孔二次注漿遵循隔環(huán)開孔原則，若相鄰兩環(huán)之間連續(xù)出現(xiàn)沉降過大，漏水現(xiàn)象，則不必遵循隔環(huán)開孔的原則。6.4.3 漿液配合比及注漿壓力1水泥漿液（單液漿）：宜用42.5級(jí)以上的硅酸鹽水泥。水灰比根據(jù)漏水、沉降情況而定，一般采用1.5:1、1:1、0.75:1等幾種，注漿壓力一般控制在0.21.0MPa。注漿過程中，應(yīng)經(jīng)常攪拌，為提高漿液的早期強(qiáng)度，可摻入各種早強(qiáng)劑或其他外摻劑。2水泥-水玻璃漿液（雙液漿）：即將A液（水泥

14、漿）和B液（水玻璃溶液，其中，水玻璃宜使用模數(shù)2.42.8，濃度3045Be左右）兩種漿液分別置拌并通過Y形管混合注入。注漿壓力一般視地質(zhì)情況和覆土深度而定，一般控制在0.20.4MPa，避免對(duì)土體產(chǎn)生大的擾動(dòng)。每0.5m3混合漿液中可摻加約2.5kg膨潤土，起潤滑作用。6.4.4 技術(shù)要點(diǎn)根據(jù)二次注漿在盾構(gòu)注漿施工中的不同用途歸納如表4所示。表4 二次注漿用途及技術(shù)要點(diǎn)明細(xì)表用 途類 別參數(shù)及要求備 注控制地表沉降單液漿雙液漿1.在富水地層中控制沉降程序：建立止?jié){帷幕（注入凝固時(shí)間2023s雙液漿的，停止10min），充滿止?jié){帷幕中間的空隙（凝固時(shí)間在35 min的液漿，注漿壓力1.0MPa

15、，接近1.0MPa時(shí)停注）封孔（封孔漿液凝固時(shí)間約15s）。2.在一般地層，盾構(gòu)注漿單液漿和雙液漿都可選，凝膠時(shí)間適當(dāng)縮短為46h，局部管片出現(xiàn)漏水、沉降過大處需進(jìn)行二次注漿，壓力調(diào)整0.61.0MPa，必要時(shí)采取地層加固輔助施工措施。結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：控制地表沉降在范圍+1-3cm內(nèi)，減少隧道管片工后漏水二次注漿距盾尾越近，則固定管環(huán)位置越準(zhǔn)確，但是，越近會(huì)造成雙液漿進(jìn)入盾尾刷和同步注漿排漿口，破壞盾尾刷密封和阻斷同步注漿管道。施工中，雙液注漿孔位置宜選擇在推出盾尾46環(huán)范圍內(nèi)的管片孔中進(jìn)行控制管片上浮雙液漿用二次注可在管片與圍巖之間形成結(jié)塊，在同步注漿的漿液未凝固之前，雙液漿凝固的結(jié)塊鑲嵌在管片和

16、圍巖之間，這樣就基本控制了管片的上浮。一般注漿壓力1.0MPa，漿液凝固時(shí)間調(diào)整在20s左右。結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：成型隧道管片監(jiān)測結(jié)果穩(wěn)定防水堵漏防噴涌單液漿雙液漿根據(jù)隧道漏水情況，在硬巖段和單個(gè)大漏水點(diǎn)處一般選用雙液漿，漿液凝固時(shí)間控制在60120s；在軟土層一般選用單液漿，水灰比11，注漿壓力1.0MPa，或采用凝固時(shí)間在510min的可塑型漿液（雙液漿）。在富含水地層中注漿要求能迅速阻水，快速充填。故要求漿液凝固時(shí)間短，黏性大，保水性強(qiáng)，不離析，凝膠時(shí)間宜控制在46 h，必要時(shí)采用水泥水玻璃雙液漿。加固土體(始發(fā)、到達(dá))單液漿雙液漿總體上要求縮短漿液凝膠時(shí)間，以便在填充地層的同時(shí)能盡早獲得漿液固結(jié)

17、體強(qiáng)度，保證開挖面安全并防止從洞口處漏漿糾偏單液漿根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定注漿參數(shù)。注：本文中所給出配合比及注漿參數(shù)僅供參考，具體根據(jù)現(xiàn)場施工情況及試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。7 勞動(dòng)力組織同步注漿全過程主要涉及電氣設(shè)備、機(jī)械設(shè)備操作，因此具有較強(qiáng)的專業(yè)性，所涉專業(yè)較多，現(xiàn)場必須配置土建技術(shù)人員，且與盾構(gòu)施工組織形式相對(duì)應(yīng)。作業(yè)分兩班，12小時(shí)作業(yè)制；二次注漿則根據(jù)具體施工情況及工作量安排勞動(dòng)力，一般安排一組人進(jìn)行。具體崗位安排如表5所示。表5 注漿施工每班次人員配置表類 別人員配置合 計(jì)同步注漿攪拌站電瓶車司機(jī)注漿手班 長技術(shù)員8人3人1人2人1人1人二次注漿拌 漿開孔、管路連接注漿手-技術(shù)員5人2人1人1人

18、-1人8 主要機(jī)具設(shè)備8.1 同步注漿機(jī)具設(shè)備同步注漿機(jī)具設(shè)備主要分為拌漿設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、注漿設(shè)備三部分。攪拌站設(shè)置在盾構(gòu)井附近，攪拌機(jī)配有自動(dòng)上料和電子計(jì)量系統(tǒng)。攪拌時(shí)間約2530秒，每小時(shí)拌漿量25m3，下漿管靠近儲(chǔ)漿罐一側(cè)安裝閥門，運(yùn)漿車（容積約8m3）到盾構(gòu)機(jī)砂漿存儲(chǔ)罐的上漿管采用100mm的軟管。設(shè)備布置如圖6所示：圖6 同步注漿系統(tǒng)與設(shè)備示意圖盾構(gòu)機(jī)自帶注漿系統(tǒng)，使用兩個(gè)注漿泵為全液壓雙缸雙出口活塞注漿泵（海瑞克盾構(gòu)機(jī)），該泵由電動(dòng)液壓泵站提供動(dòng)力（小松、海瑞克同步注漿設(shè)備參數(shù)如表6所示）。表6 小松、海瑞克盾構(gòu)機(jī)同步注漿系統(tǒng)參數(shù)對(duì)照表 編號(hào)項(xiàng) 目小 松海瑞克單 位1泥漿灌注泵數(shù)量

19、12個(gè)2注漿泵功率3030kW3攪拌器功率1111kW4灌漿開口數(shù)量44個(gè)5輸送泵數(shù)量11個(gè)6罐容積5.06.0m7壓力5.56Mpa8.2 二次注漿機(jī)具設(shè)備二次注漿所用操作設(shè)備如表7所示：表7 二次注漿主要設(shè)備表編號(hào)名 稱規(guī) 格數(shù) 量1液壓注漿泵KBY50/10（L/min、Mpa）2臺(tái)（一用一備）2漿液攪拌桶、儲(chǔ)漿筒0.5m3各1個(gè)3沖擊鉆鉆頭251把4注漿管及球閥若干9 質(zhì)量控制9.1 易出現(xiàn)的質(zhì)量問題9.1.1 注漿不飽滿導(dǎo)致地表沉降、隆起、管片滲漏水等。9.1.2 注漿壓力過大導(dǎo)致管片錯(cuò)臺(tái)、開裂、盾尾漏漿。9.1.3 漿液初凝時(shí)間過長，進(jìn)入地層后不能按設(shè)計(jì)要求的時(shí)間凝固，造成隧道線型

20、不受控。9.2 保證措施9.2.1 確保進(jìn)場的原材料合格，包括砂的篩分和抗分散劑的稱量等，并提前檢查調(diào)試攪拌設(shè)備、檢查注漿管路確保管路暢通、檢查壓力顯示系統(tǒng)確保其準(zhǔn)確無誤。9.2.2 拌和槽及計(jì)量器定期清掃，確保漿液配合比準(zhǔn)確并符合地層要求，實(shí)驗(yàn)員要根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)渣土對(duì)地層展開分析，并及時(shí)調(diào)整漿液配合比，保證漿液的和易性、早期強(qiáng)度、充填性、阻水性、黏度等性能指標(biāo)符合要求。9.2.3 漿液在運(yùn)輸過程中，應(yīng)采用漿液罐車運(yùn)輸，縮短泵送距離，避免堵管，并保證漿液在罐車內(nèi)處于連續(xù)攪拌狀態(tài)，防止?jié){液離析；漿液運(yùn)送到后配套臺(tái)車后，應(yīng)及時(shí)泵送到儲(chǔ)漿罐中繼續(xù)攪拌；若漿液出現(xiàn)沉淀、離析，應(yīng)進(jìn)行二次攪拌。9.2.4 按規(guī)定對(duì)設(shè)備進(jìn)行日常維護(hù)保養(yǎng)，使機(jī)具設(shè)備、傳感器、閥組等處于良好的工作狀態(tài)。9.2.5 嚴(yán)格按照技術(shù)部門下發(fā)的技術(shù)交底及掘進(jìn)指令，結(jié)合盾構(gòu)掘進(jìn)情況及根據(jù)繪制的注