盾构同步注浆

1.1.盾构同步注浆

当盾片脱离盾尾后,在土体与管片之间会形成一道宽度为140mm左右的环行空隙。同步注浆的目的是为了尽快填充环形间隙使管片尽早支撑地层，防止地面变形过大而危及周围环境安全，同时作为管片外防水和结构加强层。 1.1.1.注浆材料

采用水泥砂浆作为同步注浆材料，该浆材具有结石率高、结石体强度高、耐久性好和能防止地下水浸析的特点。水泥采用普通硅酸盐水泥，以提高注浆结石体的耐腐蚀性，使管片处在耐腐蚀注浆结石体的包裹内，减弱地下水对管片混凝土的腐蚀。

根据盾构施工经验，同步注浆拟采用下表所示的配比。在施工中，根据地层条件、地下水情况及周边条件等，通过现场试验优化确定。

同步注浆浆液的主要物理力学性能应满足下列指标，见表7-6：

表7-6 同步注浆材料配比和性能指标表

水泥（kg） 粉煤灰（kg） 膨润土（kg） 80～130 381～241 60～50 砂（kg） 710～934 水（kg） 460～470 外加剂 按需要根据试验加入 ⑴胶凝时间：一般为3～10h，根据地层条件和掘进速度，通过现场试验加入促凝剂及变更配比来调整胶凝时间。对于强透水地层和需要注浆提供较高的早期强度的地段，可通过现场试验进一步调整配比和加入早强剂，进一步缩短胶凝时间；

⑵固结体强度:一天不小于0.2MPa，28天不小于2.5MPa； ⑶浆液结石率:>95%，即固结收缩率<5%； ⑷浆液稠度:8～12cm；

⑸浆液稳定性:倾析率（静置沉淀后上浮水体积与总体积之比）小于5%。

1.1.2.同步注浆主要技术参数 1.1.2.1.注浆压力

注浆压力略大于该地层位置的静止水土压力，同时避免浆液进入盾构机的土仓中。

最初的注浆压力是根据理论的静止水土压力确定的，在实际掘进

中将不断优化。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。一般而言，注浆压力取1.1～1.2倍的静止水土压力，最大不超过3.0～4.0bar。

由于从盾尾圆周上的四个点同时注浆，考虑到水土压力的差别和防止管片大幅度下沉和浮起的需要，各点的注浆压力将不同，并保持合适的压差，以达到最佳效果。在最初的压力设定时，下部每孔的压力比上部每孔的压力略大0.5～1.0bar。 1.1.2.2.注浆量

盾构掘进注浆采用盾尾同步注浆，随着盾构推进，脱出盾尾的管片与土体间出现“建筑空隙”，该空隙用浆液通过设在盾尾的压浆管予以充填。由于压入衬砌背面的浆液会发生失水收缩固结、部分浆液会劈裂到周围地层中，还有曲线推进、纠偏或盾构机抬头等原因，使得实际注浆量要超过理论建筑空隙体积。

每推进一环的建筑空隙为：π（6.482—6.22）×1/4×1.2=3.35m3 开挖直径：Φ6.48m；管片外径：Φ6.2m

考虑到地层扩散系数，每环的压浆量一般为建筑空隙的150%～200%，即每推进一环同步注浆量为5.019 m3～6.692 m3，按地层的不同注浆量也要因地制宜，应以注浆压力与数量进行双控来评价注浆最终量。

1.1.2.3.注浆时间和速度

在不同的地层中根据需不同凝结时间的浆液及掘进速度来具体控制注浆时间的长短。做到“掘进、注浆同步，不注浆、不掘进”，通过控制同步注浆压力和注浆量双重标准来确定注浆时间。

注浆量和注浆压力均达到设定值后才停止注浆，否则仍需补浆。 同步注浆速度与掘进速度匹配，按盾构完成一环掘进的时间内即完成当环注浆量来确定其平均注浆速度。 1.1.2.4.注浆结束标准及浆效果检查

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。

注浆效果检查主要采用分析法，即根据压力-注浆量-时间曲线，结合管片、地表及周围建筑物量测结果进行综合评价。 1.1.3.同步注浆施工工艺

壁后注浆装置由注浆泵、清洗泵、储浆槽、管路、阀件等组成，安装在第一节台车上。当盾构掘进时，注浆泵将储浆槽中的浆液泵出，通过四条独立的输浆管道，通到盾尾壳体内的4根同步注浆管，对管片外表面的环形空隙中进行同步注浆，见图7-30。

图7-30 同步注浆示意图

在每条输浆管道上都有一个压力传感器，在每个注浆点都有监控设备监视每环的注浆量和注浆压力。另外，盾尾密封采用三道钢丝刷加注盾尾油脂密封，确保周边地基的土砂和地下水、衬背注浆材料、开挖面的水和泥土不会从外壳内表面和管片外周部之间缝隙流入盾构里，确保壁后注浆的顺利进行。注浆量和注浆压力的大小可以实现自动控制和手动控制，手动控制可对每一条管道进行单个控制，而自动控制可实现对所有管道的同时控制。注浆工艺流程及管理程序见图7-31。

注 浆 注浆工况分析 浆液运输 异常 调整控制方 式及参数 继续注浆 注浆完毕 注浆效果检查 信息反馈 综合评价 下环注浆 不合要采取补充 注浆措施 清洗设备及管路

图7-31 管片衬砌背后同步注浆工艺管理流程

1.1.4.对管片上浮的预防控制

⑴严格控制推进千斤顶油缸的压力控制，确保各千斤顶对管片均匀受压；

⑵定期对管片衬背进行二次补充注浆，形成止水分区的作用，确保同步注浆的效果；

⑶严格控制盾构机掘进姿态，尽量减少盾构机蛇形超挖量； ⑷科学管片选型，必须严格结合实际情况及盾构机姿态对管片进行选型；

⑸保证同步注浆量，确保管片衬背填充密实度。 1.1.5.同步注浆的注意事项

⑴在开工前制定详细的注浆作业指导书，并进行详细的浆材配比试验，选定合适的注浆材料及浆液配比。

⑵制订详细的注浆施工设计和工艺流程及注浆质量控制程序，严格按要求实施注浆、检查、记录、分析，及时做出P（注浆压力）－Q（注浆量）－t（时间）曲线，分析注浆速度与掘进速度的关系，评价注浆效果，反馈指导下次注浆。

⑶成立专业注浆作业组，由富有经验的注浆工程师负责现场注浆技术和管理工作。

⑷根据洞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工艺，发现情况及时解决。

⑸做好注浆设备的维修保养，注浆材料供应，定时对注浆管路及设备进行清洗,保证注浆作业顺利连续不中断进行。

⑹每环掘进之前，都要确认注浆系统的工作状态处于正常，并且浆液储量足够，掘进中一旦注浆系统出现故障，立即停止掘进进行检查和修理。 1.1.6.二次注浆

盾构机穿越后考虑到环境保护和隧道稳定因素，如发现同步注浆有不足的地方，通过管片中部的注浆孔进行二次补注浆，补充一次注浆未填充部分和体积减少部分，从而减少盾构机通过后土体的后期沉降，减轻隧道的防水压力，提高止水效果。

二次注浆使用专用的双液浆注浆泵，注浆前凿穿管片吊装孔外侧保护层，安装专用的注浆接头。

二次注浆采用水泥浆-水玻璃双液浆，注浆压力一般为0.2～0.4MPa。