軟土地層盾構(gòu)法隧道同步注漿工藝標(biāo)準(zhǔn)化研究

黃 俊（上海隧道工程股份有限公司，上海 200232）

隨著國內(nèi)城市基礎(chǔ)建設(shè)的不斷發(fā)展，地下空間的不斷開拓，盾構(gòu)法施工區(qū)域也不斷擴(kuò)展。盾構(gòu)法隧道施工將不可避免的遇到不同地層、不同埋深和不同施工環(huán)境；為適應(yīng)不同各類復(fù)雜多變的工況，控制盾構(gòu)法隧道施工對周邊環(huán)境的影響，需現(xiàn)場技術(shù)人員針對現(xiàn)狀及時作出合理的施工參數(shù)，如根據(jù)不同地層情況，調(diào)整合適的注漿位置、注漿量和相應(yīng)的注漿壓力等，因此，對某一關(guān)鍵施工工藝進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化研究十分有必要。

1 盾構(gòu)法隧道同步注漿工藝特點(diǎn)

盾構(gòu)法隧道同步注漿施工是盾構(gòu)工法中必不可少的工序，是控制地面沉降和隧道穩(wěn)定的關(guān)鍵[1]。盾構(gòu)法隧道同步注漿工藝是在盾構(gòu)掘進(jìn)的同時，通過注漿泵的泵壓作用，把具備一定工作性能和強(qiáng)度的漿液注入盾尾管片環(huán)外空隙之中，達(dá)到填充盾尾建筑空隙、減小地面沉降、提高整體隧道穩(wěn)定、輔助隧道防水等目的，盾構(gòu)同步注漿示意圖如圖 1 所示。

圖1 盾構(gòu)法隧道同步注漿示意圖

以軟土地層盾構(gòu)法隧道施工為例，同步注漿工藝標(biāo)準(zhǔn)化關(guān)鍵技術(shù)及難點(diǎn)。

（1）適應(yīng)盾構(gòu)工法的同步注漿工藝；針對不同盾構(gòu)工法（如地鐵單圓盾構(gòu)隧道、雙圓盾構(gòu)隧道、超大直徑盾構(gòu)隧道、矩形盾構(gòu)隧道、地面出入式盾構(gòu)隧道等）選擇與工法相適應(yīng)的同步注漿工藝（可硬性砂漿、抗剪型砂漿、雙液漿等）極其重要。

（2）適應(yīng)同步注漿工藝的標(biāo)準(zhǔn)漿液配合比；針對同步注漿漿液性能指標(biāo)設(shè)計，對同步注漿漿液的配置尤為重要，包括漿液的標(biāo)準(zhǔn)配合比、拌漿原材料的選取標(biāo)準(zhǔn)等。

（3）適應(yīng)漿液材料的配套施工設(shè)備；針對漿液材料的性能特點(diǎn)，選取相應(yīng)的拌漿、輸漿、注漿等配套設(shè)備，對保證漿液質(zhì)量及輸送效率，從而達(dá)到注漿效果意義重大。

（4）適應(yīng)工況條件的注漿參數(shù)控制；針對不同工況條件下的施工控制要求，對注漿量、注漿壓力、注漿空位布置及比例分配等，是確保同步注漿施工效果的最關(guān)鍵因素。

2 適應(yīng)盾構(gòu)工法的同步注漿工藝研究

軟土地層盾構(gòu)法隧道施工，先后經(jīng)歷了惰性漿、可硬性單液砂漿、雙液漿、抗剪型單液漿，惰性漿因其施工控制效果差，已被淘汰，對可硬性單液砂漿、雙液漿、抗剪型單液漿同步注漿工藝適用范圍進(jìn)行比選分析，如表 1 所示。

表1 各同步注漿工藝適用范圍

對不同同步注漿漿液材料進(jìn)行了比選分析，如表 2 所示。

表2 主要漿液類型比選表

對不同同步注漿工藝進(jìn)行了比選分析，如表 3 所示。

表3 主要施工工藝比選表

3 適應(yīng)同步注漿工藝的標(biāo)準(zhǔn)漿液配合比研究

可硬性單液砂漿、雙液漿、抗剪型單液砂漿材料的標(biāo)準(zhǔn)配合比及性能指標(biāo)如表 4、5、6 所示。

表4 盾構(gòu)可硬型砂漿（KY漿）標(biāo)準(zhǔn)配合比及性能指標(biāo)

表5 盾構(gòu)雙液漿標(biāo)準(zhǔn)配合比及性能指標(biāo)

表6 盾構(gòu)抗剪型砂漿標(biāo)準(zhǔn)配合比及性能指標(biāo)單位：kg/m3

抗剪型單液砂漿能夠適應(yīng)不同盾構(gòu)工法，并取得良好施工效果的原因，可從以上漿液材料的配合比及性能指標(biāo)分析如下。

（1）較低的稠度；不同于以往惰性漿及可硬性砂漿，抗剪型砂漿采用與混凝土標(biāo)準(zhǔn)相同的“坍落度”作為性能控制指標(biāo)，能顯著降低漿液注入量，降低對周圍水土的擾動；

（2）較大的密度；由于漿液配比中含砂量高，避免了漿液注入地層后受地下水的稀釋而導(dǎo)致漿液流失；

（3）較高的抗剪強(qiáng)度；依靠其早期抗剪強(qiáng)度，能夠快速達(dá)到控制周圍土體變形與隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用，相比較可硬性砂漿，同步注漿工藝對漿液的要求，更需要體現(xiàn)“及時、充分”，若漿液在早期無法具備抵御周圍土體變形的能力，后期無論漿液固結(jié)體強(qiáng)度再高，周圍土體及隧道結(jié)構(gòu)已然發(fā)生變形，則無法達(dá)到同步注漿最佳效果[2]。

4 適應(yīng)漿液材料的配套施工設(shè)備研究

盾構(gòu)法隧道施工是一項(xiàng)機(jī)械化程度較高的工法，同步注漿工藝施工過程中配套設(shè)備的選型對于漿液施工質(zhì)量、施工效率至關(guān)重要，通過以往施工案例總結(jié)分析，同步注漿施工質(zhì)量控制差的原因，往往是因配套設(shè)備選型不當(dāng)，導(dǎo)致漿液性能指標(biāo)無法保障，嚴(yán)重影響了施工質(zhì)量，對漿液拌制、輸送、注漿三個工序過程的配套設(shè)備配置標(biāo)準(zhǔn)如下。

（1）漿液拌制。采用抗剪型砂漿同步注漿工藝，施工現(xiàn)場或?qū)I(yè)攪拌站的拌漿系統(tǒng)均應(yīng)采用自動化砂漿攪拌樓系統(tǒng)，拌漿系統(tǒng)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)如表 7所示。

表7 拌漿系統(tǒng)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)

（2）漿液輸送。同步注漿輸漿與存儲系統(tǒng)應(yīng)滿足以下基本要求：①各輸漿管路直徑應(yīng)滿足漿液輸送要求，≥120 mm；②輸漿泵應(yīng)適應(yīng)施工漿液的輸送，流量須＞20 m3/h；③盾構(gòu)儲漿槽容量應(yīng)大于盾構(gòu)每環(huán)掘進(jìn)最低注漿量；④各儲漿槽必須具備攪拌功能，宜采用橫軸滾輪式攪拌。輸漿系統(tǒng)設(shè)備如圖 2 所示。

圖2 輸漿系統(tǒng)示意圖

（3）注漿施工。盾構(gòu)注漿系統(tǒng)應(yīng)滿足以下基本要求：①最大理論輸出 ≥12 m3/h；②各注漿管路注漿壓力與注漿量可獨(dú)立調(diào)節(jié)控制；③注漿壓力與注漿量能正確顯示且數(shù)據(jù)可儲存、讀取；④在設(shè)定注漿壓力要求范圍內(nèi)，可自動開啟或停止注漿泵。

5 適應(yīng)工況條件的注漿參數(shù)控制研究

盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，應(yīng)采用同步、多點(diǎn)、均勻注漿，注入流量應(yīng)同掘進(jìn)速度相適應(yīng)，使之既能達(dá)到有效填充建筑空隙，又不會對管片成環(huán)質(zhì)量產(chǎn)生影響，盾構(gòu)注漿系統(tǒng)通過多個（4～6 點(diǎn)）注漿點(diǎn)對盾尾管片外部建筑空隙實(shí)施同步注漿。

以軟土地層地鐵隧道施工為例，不同地層參數(shù)條件下的同步注漿施工注漿率參數(shù)可參照表 8。

表8 不同地層參數(shù)條件下的注漿率參數(shù)對應(yīng)表

以軟土地層地鐵隧道施工為例，特殊工況條件下的同步注漿施工注漿率參數(shù)可參照表 9。

表9 特殊工況條件下的注漿率參數(shù)對應(yīng)表

6 結(jié) 語

本文對盾構(gòu)法隧道同步注漿標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行了比選分析與研究，主要結(jié)論如下。

（1）漿液材料標(biāo)準(zhǔn)化；抗剪型單液砂漿經(jīng)過應(yīng)用實(shí)踐，已廣泛應(yīng)用于地鐵盾構(gòu)隧道、超大直徑盾構(gòu)隧道、異形盾構(gòu)隧道等同步注漿工藝中，取得了良好施工控制效果，其取材廣泛、經(jīng)濟(jì)性好，施工配置簡易，施工可操作性高，目前已基本取代惰性漿、可硬性單液砂漿、雙液漿；在施工標(biāo)準(zhǔn)化中需重點(diǎn)控制配合比及性能指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化，以性能指標(biāo)質(zhì)量控制為核心，根據(jù)原材料特性可通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對配合比進(jìn)行調(diào)整。

（2）配套設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化；配套設(shè)備的選型需嚴(yán)格依照漿液性能指標(biāo)，在施工標(biāo)準(zhǔn)化中根據(jù)漿液材料和易性、初凝時間、泌水率等指標(biāo)，選取適應(yīng)漿液材料及施工效率的配套設(shè)備。

（3）施工參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化；在控制漿液性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上，施工參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的重點(diǎn)，是要根據(jù)土層物理力學(xué)性能、盾構(gòu)線性、軸線等工況條件，對注漿率、注漿量等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行針對性調(diào)整。