9、盾构注浆施工工艺工法

盾构注浆施工工艺工法1 前言1.1 工艺工法概况盾构注浆通过盾体及管片上的预留注浆孔向有盾体和管片背后注入水泥浆液、化学浆液、混合浆液等，以达到填充空隙、控制地层沉降、堵水或加固地层作用的施工技术，主要包含同步注浆和二次注浆。盾构注浆施工技术是盾构工法中必不可少的关键性辅助工法，是控制地表沉降、确保管线及建构筑物安全的关键，亦是确保隧道防水质量及成型隧道线型质量的关键。1.2 工艺原理盾构注浆施工主要包括同步注浆和二次注浆。1.2.1 同步注浆工艺原理在盾构掘进的同时利用注浆泵，在管片背部和刀盘开挖轮廓面之间形成空隙的同时，用具有长期稳定性及一定流动性、微收缩性，并能保证适当初凝时间的浆液，在盾尾空隙形成的短时间内将其充填密实，从而使围岩土体获得及时支撑，可有效的防治土体坍塌，控制地表沉降，原理如图1所示。图1 同步注浆原理图1.2.2 二次注浆工艺原理以水泥浆液（或水泥浆、水玻璃混合浆液）为介质，通过在管片吊装孔安装注浆管，注浆填充管片背后的孔隙，达到控制地表下沉、阻断隧道漏水通道的目的。2 工艺工法特点2.1 通过注浆压力、注浆量、注浆速度的控制可有效的降低对于地层的扰动，并可以促进管片及隧道的早期稳定，避免了地表沉降破坏、隧道线型超限等。2.2 从材料选择到浆液配比优选、拌浆、运输、注浆全过程，工艺简单、可操作性强，可形成标准化作业，安全、质量受控。3 适用范围本工法适用于土压平衡盾构掘进过程中盾尾同步注浆、盾构隧道的二次注浆施工。4 主要引用标准4.1盾构法隧道施工与验收规范（GB50446）；4.2地下铁道工程施工及验收规范（GB50299）；4.3地下防水工程质量验收规范（GB50208）；4.4通用硅酸盐水泥检测标准（GB175）；4.5用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB1956）；4.6普通混凝土用砂质量标准及检验方法（GJG52）；5 施工方法5.1 同步注浆施工方法同步注浆采用盾尾壁后注浆方式，盾构掘进时，注浆泵将储浆槽中的浆液泵出，经四条独立的输浆管道，通过盾尾壳体内的4根同步注浆管（根据不同的盾构机，同步注浆管布置形式一般分为内嵌式和外置式两种），对管片外表面的环行空隙进行同步注浆。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；且每条注浆管道上设有一个单向调整阀，当压力达到最大时，注浆泵停止；当压力较小时，注浆泵继续注浆。注浆量和注浆压力的大小可实现自动和手动控制，手动控制可实现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。盾尾密封采用三道钢丝刷加注盾尾油脂密封，确保周边地层的砂土和地下水、已注入的同步注浆浆液、开挖面的水和泥土从外壳内表面和管片外周部之间缝隙不会流入盾壳里，保证同步注浆的顺利进行。注浆充填效果如图2所示。图2 浆液填充示意图5.2 二次注浆施工方法二次注浆则是在同步注浆回填不密实引起地表沉降过大、隧道结构渗漏水的情况下进行的水泥浆、水泥砂浆、水泥浆水玻璃混合液补充注浆。在沉降量最大的对应里程位置的隧道上部，击穿管片吊装孔，安装球阀和注浆管，利用注浆机进行注浆（当沉降量较大处距离同步注浆管理较近时，施工中也可采用将同步注浆管路连接管片吊装孔进行二次注浆的方法）。目的是填充注浆后的未充填部分，补充注浆材料收缩体积减小部分，处理渗漏水和处理由于隧道变形引起的管片、注浆材料、地层之间产生剥离状态进行填充注浆使其整体成型，提高止水效果等。6 工艺流程及操作要点6.1 同步注浆施工工艺流程同步注浆施工，从注浆原材料进场、配合比试验，以及浆液拌合、运输、注入设备的准备开始，其中以注浆参数的选择、注浆工况分析为关键环节，施工工艺流程图如图3所示。图3 同步注浆施工工艺流程图6.2 二次注浆施工工艺流程二次注浆施工工艺流程如图4所示。图4 二次注浆施工工艺流程图6.3 同步注浆施工操作要点6.3.1 原材料选择同步注浆材料由水泥、粉煤灰、砂、膨润土、水和外加剂等组成，所有原材料进厂检验合格。6.3.2 同步注浆材料要求配置好的浆液应具备以下性能：1）良好的长期稳定性及流动性，并能保证适当的初凝时间（胶凝时间硬性浆液一般为36h，惰性浆液一般为812h），以适应盾构施工及远距离输送的要求；2）良好的充填性能；3）在满足浆液施工的前提下，尽可能早地获得高于地层的早期强度（1d不小于0.2MPa，28d不小于2.5MPa）；4）浆液在地下水环境中，不易产生稀释现象；5）浆液固结后体积收缩小，泌水率小；6）原材料来源丰富、经济，施工管理方便，并能满足施工自动化技术要求；7）浆液无公害，价格便宜。6.3.3 浆液配合比1硬岩掘进中的同步注浆浆液，应重点考虑增加浆液的流动性。因此浆液配比要在保证砂浆稠度、固结率、强度等指标的基础上延长凝结时间(控制在812h)，以获得更为均匀的填充效果，掺量如表1所示。表1 硬岩中浆液掺量经验表（单位：kg）水泥粉煤灰膨润土砂水1302001208404002较软弱、自稳能力较差的岩层，注浆后应能尽快获得浆液固结体强度。因此，浆液配比要保证砂浆的固结率和强度，并将凝结时间适当缩短为36h，以便在较短的时间内加固地层，增强地层的稳定性，掺量如表2所示。表2 软弱地层浆液掺量经验表（单位：kg）水泥粉煤灰膨润土砂水1603611368264203富水地层要求浆液的保水性要好、不离析，凝结时间在46h。若同步注浆后仍漏水，则需进行补浆即二次注浆。4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能尽早获得浆液固结体强度，保证开挖面安全并防止从洞口处漏浆。因各始发和到达段的地质条件不同，浆液掺量如表3所示。表3 始发到达段同步注浆浆液基准配合比参数（单位：kg）水泥粉煤膨润土砂水25020070840410同步注浆材料受地质条件、地下水状况施工技术等多方面因素的影响，施工应在满足设计要求的前提下，有针对性地进行配比设计，并根据现场实际情况进行调整，确保各项指标满足施工要求，且经济性良好。6.3.4 同步注浆参数1注浆量Q控制同步注浆量经验计算公式为:式中 Q计算注浆量（m3）； L充填长度（m）；D刀盘切削外径（m）； d预制管片外径（m）； 注浆系数，在掘进过程中根据地址情况适当调整，一般取1.31.8，在裂隙比较发育或地下水量大的岩层地段，充填系数一般取1.52.0。注浆量须经计算确定，但由于盾构纠偏、浆液收缩、浆液流入地层裂隙等情况，实际注浆量一般比理论计算量要多，超注量要根据具体地层情况确定。但以下几种情况时，注浆量可不受上述限制：1）松散地层时，注浆压力很小而注浆量却很大时，应考虑增大注浆量，直到注浆压力超过控制压力的下限，此时的空隙因土体坍塌而比往常大；2）管片下部因地基软弱导致部分管片下沉错台时，可从下部注浆（为防止管片整体上浮、下沉及椭变，一般2号、3号注浆孔注浆量是1号、4号注浆孔的一半，如图所示），此时注浆量不受限制，只受压力限制；3）盾构进出洞时，洞门口部位有较大空隙，此时注浆量应根据实际需要量确定，注浆压力应随时根据实际情况调整。注浆孔位置及注浆范围如图5所示。图5 注浆孔位置及注浆范围示意图2注浆压力P控制理论注浆压力（注入口处）应大于地层水、土压力之和，以达到对环向空隙的有效充填。前期注入压力=地层阻力+0.10.2MPa；后期注入压力=地层阻力+0.10.2MPa+0.050.1 MPa；结合施工经验：注浆压力一般控制在0.250.4MPa，但在遇到隧道埋深、地层变化大、水文条件复杂，注浆压力一直不稳定时，应及时调整压力参数或采取有效措施。3注浆速度V及时间t控制管片背部注浆时间一般应在管片脱出盾尾及盾构掘进时同步进行，并在推进一环的时间内完成。同步注浆速度与掘进速度相匹配，按盾构掘进一环的时间内完成当环注浆量来确定其平均注浆速度。做到“掘进与注浆同步，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。4同步注浆结束标准注浆效果检查主要采用分析法，严格按要求实施注浆、检查、记录、分析，并及时作出P（注浆压力）-Q（注浆量）-t（时间）曲线，结合管片、地表及周围建筑物变形量测结果进行综合分析注浆效果；双控标准：注浆压力达到设计压力，注浆量达到计算注浆量的90%以上。6.3.5 洞门注浆盾尾进入洞门密封后约2米时开始注浆，注浆分步进行，压力在0.2MPa内，根据根据现场条件及浆液初凝时间确定注浆每次注浆间歇时间，将管片与土体之间的空隙注满。过程中要密切关注洞门情况，一旦发现漏浆现象立即停止注浆并进行处理。6.4 二次注浆施工操作要点6.4.1 二次注浆材料为水泥浆或水泥浆与水玻璃的混合浆液等，选材及进场检验符合现行标准及规范要求。6.4.2 管片二次注浆孔开孔、球阀安装起始开孔环和结束开孔环距建筑物的位置约为10m左右，每环开两个孔并安装球阀，开孔的位置以管片的左上和右上为佳。管片开孔二次注浆遵循隔环开孔原则，若相邻两环之间连续出现沉降过大，漏水现象，则不必遵循隔环开孔的原则。6.4.3 浆液配合比及注浆压力1水泥浆液（单液浆）：宜用42.5级以上的硅酸盐水泥。水灰比根据漏水、沉降情况而定，一般采用1.5:1、1:1、0.75:1等几种，注浆压力一般控制在0.21.0MPa。注浆过程中，应经常搅拌，为提高浆液的早期强度，可掺入各种早强剂或其他外掺剂。2水泥-水玻璃浆液（双液浆）：即将A液（水泥浆）和B液（水玻璃溶液，其中，水玻璃宜使用模数2.42.8，浓度3045°Be左右）两种浆液分别置拌并通过Y形管混合注入。注浆压力一般视地质情况和覆土深度而定，一般控制在0.20.4MPa，避免对土体产生大的扰动。每0.5m3混合浆液中可掺加约2.5kg膨润土，起润滑作用。6.4.4 技术要点根据二次注浆在盾构注浆施工中的不同用途归纳如表4所示。表4 二次注浆用途及技术要点明细表用 途类 别参数及要求备 注控制地表沉降单液浆双液浆1.在富水地层中控制沉降程序：建立止浆帷幕（注入凝固时间2023s双液浆的，停止10min），充满止浆帷幕中间的空隙（凝固时间在35 min的液浆，注浆压力1.0MPa，接近1.0MPa时停注）封孔（封孔浆液凝固时间约15s）。2.在一般地层，盾构注浆单液浆和双液浆都可选，凝胶时间适当缩短为46h，局部管片出现漏水、沉降过大处需进行二次注浆，压力调整0.61.0MPa，必要时采取地层加固辅助施工措施。结束标准：控制地表沉降在范围+1-3cm内，减少隧道管片工后漏水二次注浆距盾尾越近，则固定管环位置越准确，但是，越近会造成双液浆进入盾尾刷和同步注浆排浆口，破坏盾尾刷密封和阻断同步注浆管道。施工中，双液注浆孔位置宜选择在推出盾尾46环范围内的管片孔中进行控制管片上浮双液浆用二次注可在管片与围岩之间形成结块，在同步注浆的浆液未凝固之前，双液浆凝固的结块镶嵌在管片和围岩之间，这样就基本控制了管片的上浮。一般注浆压力1.0MPa，浆液凝固时间调整在20s左右。结束标准：成型隧道管片监测结果稳定防水堵漏防喷涌单液浆双液浆根据隧道漏水情况，在硬岩段和单个大漏水点处一般选用双液浆，浆液凝固时间控制在60120s；在软土层一般选用单液浆，水灰比11，注浆压力1