地鐵盾構(gòu)區(qū)間二次注漿施工技術(shù)

高穎

摘要：二次注漿技術(shù)在穿越江河等地質(zhì)中應(yīng)用極少，文章通過(guò)對(duì)二次注漿技術(shù)漿液材料性質(zhì)、注漿壓力、注漿量等進(jìn)行分析探討，并結(jié)合工程實(shí)踐的運(yùn)用，提出了關(guān)于二次注漿的一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，作為類似工程的參考和借鑒。

Abstract： Secondary grouting technology is rarely used in crossing rivers and other geological， based on the analysis and discussion of slurry material properties， grouting pressure， grouting quantity of secondary grouting technology and combined with the engineering practice， some practical experiences about the secondary grouting are put forward as references for similar projects.

關(guān)鍵詞：隧道工程；地鐵；盾構(gòu)；二次注漿

Key words： tunnel engineering；metro；shield；secondary grouting

中圖分類號(hào)：U455.43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）04-0098-03

0 引言

地鐵盾構(gòu)區(qū)間二次注漿施工技術(shù)，是針對(duì)受不同地層掘進(jìn)參數(shù)、同步注漿裝備及管理等因素影響，造成的盾構(gòu)隧道管片背后充填不密實(shí)，可能誘發(fā)涌砂、管片錯(cuò)臺(tái)、漏水、地面沉降超限等問(wèn)題，通過(guò)隧道內(nèi)對(duì)管片背后空隙進(jìn)行二次補(bǔ)強(qiáng)注漿，形成一道外圍防水層，提高防水效果，有效控制盾構(gòu)通過(guò)后后期沉降，保證盾構(gòu)機(jī)安全、順利、高效掘進(jìn)的施工工藝。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目施工內(nèi)容

武漢市軌道交通8號(hào)線一期土建施工部分BT項(xiàng)目三標(biāo)段施工任務(wù)，主要包含一站一區(qū)間，即徐家棚站、黃浦路站～徐家棚站越江盾構(gòu)區(qū)間。區(qū)間長(zhǎng)度為3185.545m，其中越江隧道長(zhǎng)度為約1750m。盾構(gòu)管片環(huán)外徑Φ12.1m，內(nèi)徑Φ11.1m，管片厚度500mm；管片采用通用楔形環(huán)，每一環(huán)由封頂塊（F）、鄰接塊（L1）、鄰接塊（L2）及標(biāo)準(zhǔn)塊（B1）～（B5）共8塊管片組成；管片環(huán)平均幅寬2.0m，楔形量52mm，采用雙面楔形設(shè)計(jì)。區(qū)間平面圖如圖1。

1.2 水文、地質(zhì)情況

盾構(gòu)從武昌徐家棚站進(jìn)行始發(fā)，過(guò)江進(jìn)入漢口黃浦路站接收。8號(hào)線一期工程在長(zhǎng)江二橋上游約450m處下穿長(zhǎng)江，越江區(qū)間隧道約3185.545m，隧道穿越江面寬度約1500m，隧道外徑12.1m，平面最小曲線半徑700m。越江隧道縱斷面最大縱坡+27.49‰，最大覆土36.5m；江中最大覆土21.2m，最小覆土11.04m，水深最大處可達(dá)31.92m（按長(zhǎng)江武漢段警戒水位27.3m），最深處位于水下59.28m；水土壓力極限值6.74bar。

1.3 盾構(gòu)區(qū)間二次注漿范圍

為確保黃浦路站～徐家棚站越江盾構(gòu)區(qū)間安全質(zhì)量，隧道采用二次注漿施工技術(shù)。區(qū)間隧道注漿長(zhǎng)度約3185.545m。根據(jù)沉降監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，對(duì)盾構(gòu)通過(guò)后4～6環(huán)進(jìn)行二次注漿，漿液采用快硬性水泥-水玻璃雙液漿。

2 施工工藝流程

隧道二次注漿施工工藝流程見(jiàn)圖2。

3 施工準(zhǔn)備

3.1 施工機(jī)具設(shè)備準(zhǔn)備，見(jiàn)表1。

3.2 勞動(dòng)力配置

成立注漿作業(yè)班組負(fù)責(zé)二次注漿工作，其中組長(zhǎng)1人，組員4人，合計(jì)5人。

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 施工總體方案

4.1.1 注入開(kāi)孔

①開(kāi)孔原則：管片二次注漿開(kāi)孔遵循隔環(huán)開(kāi)孔原則，若相鄰兩環(huán)之間連續(xù)出現(xiàn)沉降過(guò)大，漏水現(xiàn)象，則不必遵循隔環(huán)開(kāi)孔的原則。

②開(kāi)孔安閥：根據(jù)地層情況及處理目的不同，開(kāi)孔方式有兩種：一是只打穿吊裝孔，安裝球閥（見(jiàn)圖3），在管片背后注漿；二是打穿吊裝孔后，裝小導(dǎo)管，再安裝球閥，對(duì)較深層土體注漿。

4.1.2 注入材料及漿液配比

二次注漿材料應(yīng)根據(jù)地質(zhì)地層、隧道埋深及地下水情況的不同進(jìn)行選擇，一般為水泥漿液或者水玻璃水泥漿液。

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、0.5：1等幾種。灌注過(guò)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雙液漿（水玻璃水泥漿液）：水玻璃水泥漿液宜使用模數(shù)2.4～2.8，濃度35～40°Be左右的水玻璃。與水泥配合比一般為1：1.15、1：1.5等。將水玻璃徐徐倒入水泥中，攪拌均勻即可。

③拌制后漿液必須滿足工程使用如下要求：

1）注漿作業(yè)的全過(guò)程不易產(chǎn)生離析。

2）具有較好的流動(dòng)性，易于注漿施工。

3）注漿后漿液固化的體積變化小，即凝固收縮率小。

4）有較好的不透水性能。

5）注漿后能很快超過(guò)土層的強(qiáng)度。

4.1.3 注入壓力

注漿壓力一般視地質(zhì)情況和覆土深度而定，壓力一般控制在0.15～0.25MPa，避免對(duì)土體產(chǎn)生大的擾動(dòng)。每0.5m3混合漿液中應(yīng)摻加約2.5kg膨潤(rùn)土，以便達(dá)到潤(rùn)滑作用。

4.1.4 注漿方法和方式

①最好采用同步注漿和二次注漿相結(jié)合的背后注漿方式在硬巖地段盾構(gòu)注漿，制定漿液配比時(shí)應(yīng)充分考慮強(qiáng)度、固結(jié)率、離析率、砂漿稠度等指標(biāo)的影響，其凝膠時(shí)間宜延長(zhǎng)并控制在5～12h，地下水發(fā)育時(shí)，漿液的凝膠時(shí)間宜調(diào)短。

②在自穩(wěn)能力較差的強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化巖地層和黏土層，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4～7h，同步注漿壓力為0.15～0.2MPa，局部管片出現(xiàn)漏水、沉降過(guò)大處需進(jìn)行二次注漿，壓力調(diào)整為0.15～0.25MPa，必要時(shí)采取地層加固輔助施工措施。

③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4～6h。

④在盾構(gòu)始發(fā)和到達(dá)段，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)體強(qiáng)度，保證開(kāi)挖面安全并防止從洞口處漏漿。

⑤二次注漿距盾尾越近，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，雙液注漿孔位置宜在距離盾尾4～6環(huán)范圍內(nèi)的管片中進(jìn)行選擇。

⑥當(dāng)?shù)叵滤貏e豐富時(shí)，需要對(duì)地下水進(jìn)行封堵。這時(shí)需要將注漿液的凝膠時(shí)間調(diào)至4～15min，必要時(shí)采用水泥水玻璃雙液漿。

4.1.5 控制管片上浮

用二次注雙液漿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)塊鑲嵌在管片和圍巖之間，這樣就基本控制了管片的上浮。雙液漿選用水泥漿和水玻璃，壓力≤2.5MPa，漿液凝固時(shí)間調(diào)整在20s左右。

4.1.6 防水堵漏

根據(jù)隧道里漏水情況選擇合適的漿液和注漿壓力很重要，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60～120s；在軟土層選用單液漿，或凝固時(shí)間在5～10min的可塑型漿液，用水灰比1∶1的水泥漿，注漿壓力≤2.5MPa。

4.2 施工控制標(biāo)準(zhǔn)及要點(diǎn)

4.2.1 控制標(biāo)準(zhǔn)

①注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力后，停止注入；注漿壓力未達(dá)到設(shè)計(jì)壓力，但注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量；根據(jù)監(jiān)測(cè)情況判斷是否需要繼續(xù)注漿。

②主要采用分析法，即根據(jù)注漿壓力—注漿量—注漿時(shí)間曲線，結(jié)合監(jiān)測(cè)結(jié)果分析判斷。

③控制地表沉降在范圍+1～-3cm內(nèi)，減少隧道管片背后漏水。

4.2.2 控制要點(diǎn)

①進(jìn)行詳細(xì)的漿材配比試驗(yàn)，選定合適的注漿材料，添加劑及漿液配比，保證所選漿材各物理力學(xué)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)的工程要求；注漿前檢查壓力表完好，不允許超壓注漿。

②制定詳細(xì)的注漿施工設(shè)計(jì)和工藝流程及注漿質(zhì)量控制程序，并嚴(yán)格執(zhí)行。

③根據(jù)洞內(nèi)管片襯砌變形和地面及周圍構(gòu)筑物變形監(jiān)測(cè)結(jié)果，及時(shí)進(jìn)行信息反饋，修正注漿參數(shù)和施工方法，發(fā)現(xiàn)情況及時(shí)解決。

④做好注漿設(shè)備的維修保養(yǎng)、注漿材料供應(yīng)，以保證注漿作業(yè)順利連續(xù)不中斷進(jìn)行。

⑤做好注漿孔的密封，保證其不滲漏水。

⑥嚴(yán)格控制水泥漿的水灰比、注漿壓力、注漿量。注漿壓力的設(shè)定原則一般為地下水靜止水壓力與靜止土壓力之和的1.1～1.2倍；注漿過(guò)程中，應(yīng)注意沖擊數(shù)與壓力值的變化，由此判斷是否堵管或堵管的位置。

4.3 施工中常見(jiàn)的問(wèn)題及對(duì)策

4.3.1 注漿管堵塞預(yù)防措施

在開(kāi)始注漿前，可先注入足量的膨潤(rùn)土漿液，潤(rùn)滑注漿管，以減少砂漿在管內(nèi)的摩檫，防止注漿管堵塞，保證注漿作業(yè)順利連續(xù)不中斷進(jìn)行；每次注完漿后，及時(shí)清洗注漿系統(tǒng)；停機(jī)時(shí)需注入膨潤(rùn)土，防止堵管。

4.3.2 因注漿壓力過(guò)大使地層和管片發(fā)生隆起和變形的預(yù)防措施

在注漿施工控制的三個(gè)參數(shù)中，以注漿壓力為主控項(xiàng)。二次注漿壓力一般比同步注漿壓力高出0.01～0.03MPa，但是還應(yīng)根據(jù)隧道覆土厚度、地下水的壓力及管片的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整?？紤]綜合因素，注漿的速度約為25L/min。分析注漿效果，反饋指導(dǎo)下次注漿。

4.3.3 盾尾漏漿預(yù)防措施

盾尾出現(xiàn)漏漿時(shí)，應(yīng)減小注漿壓力，同時(shí)加強(qiáng)盾尾密封油脂的注入；若還未解決，則停止注漿，待調(diào)整好加大盾尾密封油脂注入量和注入壓力后方可進(jìn)行同步注漿和掘進(jìn)；也可改變注漿孔位置以減少竄漿發(fā)生。

5 結(jié)語(yǔ)

二次注漿是盾構(gòu)施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，控制好盾構(gòu)二次注漿，可以及時(shí)彌補(bǔ)同步注漿的不足，保證工程自身及周邊環(huán)境的穩(wěn)定與安全。在黃浦路站～徐家棚站盾構(gòu)區(qū)間穿越長(zhǎng)江的施工過(guò)程中，通過(guò)對(duì)盾構(gòu)二次注漿時(shí)間、注漿壓力及注漿量的控制，有效減少了地面沉降、管片錯(cuò)臺(tái)及開(kāi)裂、隧道滲漏水現(xiàn)象的產(chǎn)生。黃浦路站～徐家棚站盾構(gòu)區(qū)間在長(zhǎng)江中施做的成功，為今后盾構(gòu)在穿越長(zhǎng)江、河流中的掘進(jìn)工作提供了有力的技術(shù)支持及寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]薛志佳，趙云勝，何華剛.武漢盾構(gòu)施工對(duì)地表及建筑物影響數(shù)值模擬預(yù)測(cè)研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2013（07）.

[2]何齊海.盾構(gòu)法隧道二次注漿施工工藝研究[J].山西建筑， 2012（08）.

[3]安妮.盾構(gòu)施工盾尾空隙二次注漿控制地表沉降研究[D]. 浙江大學(xué)，2013.