1、1富水砂卵石地层盾构施工中的洞内二次注浆技术摘要：本文结合成都地铁羊白盾构掘进中采用的二次注浆技术，详细阐明了以双液前进式注浆技术为主的洞内处理技术在成都砂卵石地层盾构穿越构筑物的成功应用，为今后富水砂卵石地层中的城市盾构隧道的洞内处理提供了很好的参考。 关键词：地铁盾构区间；富水砂卵石层；超方；沉降；滞后沉降；双液浆注浆；二次注浆；前进时注浆 中图分类号：TU74 文献标识码：A 近几年来，随着盾构法在城市轨道交通中的广泛采用，盾构法也成了城市隧道过构筑物的首选方法，如何保证盾构隧道的施工安全，控制地面沉降，也是盾构施工中一直寻求解决的问题，本文结合二次注双液浆在成都富水砂卵石地层的盾构施工
2、中的应用，详细阐明了二次注双液浆在控制地面沉降方面的运用。 一、工程概况 地铁二号线【羊西二环路站白果林站】区间线路出羊西二环站后沿着羊市街西延线东行，过二环路后来到抚琴西路，线路沿抚琴西路敷设，在建设银行处用曲线向西折向金罗路南行，下穿多处民房住宅后到达白果林站区间段内（以下简称羊白区间） ， 羊白区间隧道主要穿越第2四系全新统卵石层和第四系上更新统卵石土夹透镜体砂层、漂石。第四系卵石土夹透镜体砂层局部夹零星漂石，透镜体砂层分布规律性差，卵石土均匀性差，围岩自稳性差，透水性强。 羊白区间沿线受到施工影响的建筑物共计 34 座，楼层高度 7 层（包括 7 层）以下有 33 座，7 层以上的有
3、1 座，多数为砖混结构墙下条形基础，多为 90 年代末建筑物。所以确保地面建筑物的安全及控制地表的沉降是施工的重中之重，我部在盾构掘进过程中洞内采用以水泥、水玻璃双液浆为主要内容的二次注浆技术，取得了很好的效果。 二、盾构施工中的二次注浆技术 盾构施工中的二次注浆是指在盾构施工中，利用二次注双液浆在已拼装管片后 6 环进行前进式注浆，即在 6 环上方 60 度范围以内，利用封顶块吊装孔及预先埋设好的注浆孔在 1 点、11 点、12 点，及时对管片上方进行注浆加固防止建筑物下沉或地面塌陷。 （一）二次注浆的必要性 1、盾构机本身配置的原因 地勘报告显示羊白区间隧道主要穿越第四系全新统卵石层和第四
4、系上更新统卵石土夹透镜体砂层、漂石。在通过卵石含量多且大或砂层时，为了避免盾构掘进过程中卡刀盘，我们优化了盾构机的刀盘配置，增大了盾构刀盘的开口率，这样因大颗粒的进入就会不可避免的引起盾构施工的超挖。 同时同步背后注浆结束后，浆液在凝固的过程中会有 1.4%左右的体3积收缩，还有因浆液发生流失，在管片背面会形成空腔。由于空腔的存在，此处地层易发生坍塌变形，随围岩松动范围扩大，会引起地面沉降。用二次注浆及时填充管片背面的空腔，使地层没有发生变形的空间，有效地控制地面下沉。 2、地层特性的原因 成都地层特点，大的卵石中夹有砂层形成的砂卵石层。大的卵石形成主要的受力骨架，能够提供一定的自稳力，这种自
5、稳力在扰动前相当长的一段时间里能维持其本身及以上地面的稳定。经过盾构通过时的扰动，岩层可能就在盾构影响线范围再固结，而影响线范围外就就会因为固结壳体阻碍，使的同步注浆的浆液到达不了，就会造成在盾构通过一段时间后才会发生地面的沉降。本标段采用的前进式二次注浆，通过深孔和高注浆压力保证了浆液注入的饱满，控制了滞后沉降的发生。 3、防水、堵漏提高隧道抗渗能力 盾构隧道成形之后，由于同步注浆不饱满或因浆液凝固体积收缩，管片背面形成空腔，在富水层里，地下水会在此汇集形成水囊，如果管片止水条松动或止水条处混凝土开裂掉块，形成渗水通道。水囊里的水就会从渗水通道进入隧道，即造成隧道渗水。通过二次注浆，用浆液完
6、全填充空隙，把水囊缩小或消灭，使管片背面的空隙水压减小，可有效控制渗水，达到防水目的。 4、穿越房屋的需要 本盾构区间要穿越 20 世纪八十年代的老房屋，这些房屋基础比较简单、而且还经历了“5.12”大地震后并未进行任何加固处理，盾构通过4时，因扰动和不可避免的超挖现象，都会造成房屋的沉降发生，严重的会造成市民人身财产的安全。因此需要洞内二次注浆，对通过地段的房屋下方的空洞、孔隙、欠密实土体进行填充，控制地面沉降。 （二）盾构洞内二次注浆技术 本标段盾构洞内二次注浆，采用水泥浆和水玻璃水的的混合溶液，通过双液注浆泵，采用前进式注浆技术将浆液注入盾构通过后的松散土体或空洞中，从而有效的控制地面沉
7、降技术。 1、二次注浆采用双液浆的原因 地勘报告显示羊白区间隧道主要穿越第四系全新统卵石层和第四系上更新统卵石土夹透镜体砂层、漂石。在通过卵石含量多且大或砂层时，为了盾构能够顺利掘进，避免不必要的卡刀盘现象，盾构开口率的增大，必然会造成超挖。由于掘进速度和同步注浆固有的缺陷，同步注浆无法将管片上方的间隙填充满，管片上方极易形成通道，浆液胶凝时间越长，越容易发生向土仓泄露和向土体内流失的情况，限定范围的填充越困难，而且在没有初凝前，容易被地下水稀释，产生材料分离，二次注双液浆很好的弥补了这一缺点。 2、二次注双液浆的配比情况 把水泥浆和水玻璃混合，成为胶态溶液，混合液的黏性随时间的增加而增长，随
8、之进入流塑态、可塑态，达到凝固区。水玻璃浓度小于1520 度的条件下，波美度越低，液温越低，这种双液浆的液浆维持流动态和可塑态的物理凝胶时间就越长。水泥浆与水玻璃配比在 2:1 的条件下，浆液凝固时间最短，随着水玻璃水量的增加或减少，水泥浆初凝速5度反而会相应的增加。 本标段的二次注浆采用的双液浆主要采用的瞬凝固结型和可塑型。瞬凝固结型浆液主要用于防水堵漏、阻隔水囊；可塑型浆液用于填充空腔、控制沉降。 3、二次注双液浆的作用机理 (1)由于盾构机本身的同步注浆系统无法将管片背后拱顶部位空隙填充密实,使得该部位成为汇水区和水流通道,二次注双液浆可及时注满管片背后顶部并固结,阻断盾构后方的水流通道
9、,防止掘进中排碴口喷涌。(2)在盾构掘进的过程中,管环在盾尾中的位置由盾构掘进方向而确定,当管环受力推出盾尾而因管背填充不实将引起管环位置改变,下坡掘进使管环上浮,弯道上掘进,造成拐弯处几环管环外移,此时的双液注浆点除选择管背顶部外,还应增加向弯道外侧点的管环背面注入。 (3)二次注双液浆距盾尾越近,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注浆口,破坏盾尾刷密封和阻断同步注浆管道。施工中,受盾构机构造的限制，双液注浆孔位置在推出盾尾 10环后的管片孔中进行。 (4)通过拱顶管片拼装孔和预先埋设的注浆孔向管片背后注入双液浆,并达到在盾构掘进的同时,不仅有效地填充管片背后拱
10、部空隙,使管片与地层尽快紧密结合,还可以防止工后渗漏水和地层沉降。 (5)这里主要利用双液注浆料的快速早凝特点,尽快阻断水流通道以便施工,它的晚期强度低,可利用隧道贯通后,对个别渗漏地段,可再次向6该处补充注入适量双液浆。 （三）二次注双液浆的应用 1、当盾构下穿建（构）筑物出现大的超挖量（特别是穿越砂层或隧道上方有砂层或渣土含砂量较大等自稳性较差的地层）时，二次注双液浆在已拼装管片后 6 环进行前进式注浆，即在 6 环上方 60 度范围以内，利用封顶块的吊装孔及预先埋设好的注浆孔在 1 点、11 点、12 点位，通过不断加深注浆孔，及时对管片上方进行注浆加固防止建筑物下沉或地面塌陷，还可以起
11、封堵作用防止后面的二次注浆浆液挤入盾尾。如若注浆压力过大，浆液初凝时间过长将会影响盾尾同步注浆的质量，为了克服以上原因，在此处注浆采取以下措施：通过调配合比来调初凝时间（10s 内） ，控制注浆压力；在盾构推进时注浆，盾构停止而没达到注浆终止压力时应停止注浆，向孔内注清水待盾构推进时再注浆。 注浆参数：注浆浆液浓度：水泥浆水灰比为 0.8:1，水波璃浓度为 2530 波镁度，水泥浆和水玻璃的体积比为 2:1，初凝时间 40s 内。 注浆终压：0.20.3Mpa（钻孔深度 1.01.5m） 2、当盾构正常掘进，出渣量控制好时，二次注浆在已拼装管片后1214 环进行跟进式注浆，即在 1214 环上
12、方 120 度范围以内，利用管片上方三个吊装孔及预先埋设好的孔位，及时对管片上方进行注浆加固，并且每隔 10 环封闭一圈（实际中由于掘进与空间的限制需 23 环范围内封闭成环） ，阻止盾尾来水。 注浆参数：注浆浆液浓度：水泥浆水灰比为 0.8:1，水波璃浓度为20-25 波美度，水泥浆和水玻璃的体积比为 2:1，初凝时间 40s 左右。 7注浆终压：0.40.6Mpa（钻孔深度 1.01.5m） （如若 6 环处已注浆压力可适当调高 0.1Mpa） 3、在五号台车后搭设平台对建（构）筑物、超挖点及地面跟踪注浆难以到达的地方进行二次补注浆（特别是地面监控量测显示沉降的地方） 。由于之前的同步注浆
13、及跟进的前进式二次注浆，在浆液扩散范围内砂石被胶结，在隧道轮廓线外围形成一层硬壳，经过多次钻孔确定在隧道上方有约 2m 厚的硬壳层，因此二次补注浆应采取深孔注浆。结合地面监控量测如有必要可对沉降点进行前进式注浆，注浆压力可适当增至0.60.8Mpa。 对建（构）筑物进行二次补注浆，应根据地面监测从建（构）筑物沉降量大的一侧向沉降量小的一侧开始注浆，实施过程中因浆液的流动性以及为打孔难度的增大，采用跳环形式，每环施工 1 个孔，选择管片上方 120 度范围以内的孔位进行交叉注浆，随时根据地面监测调整注浆压力与注浆量，防止建（构）筑物因注浆而反弹量过大。 注浆参数：注浆浆液浓度：水泥浆水灰比为 0
14、.8:1，水波璃浓度为1520 波镁度，水泥浆和水玻璃的体积比为 2:14：1 注浆终压：0.61.0Mpa（钻孔深度 2.03.0m） （四）二次注浆工艺流程及注意事项 1、二次注浆工艺流程 钻孔；安装注浆头；配制浆液；注浆作业；取下注浆头，封堵注浆孔；清洗注浆管；转入下一孔位施工。 水泥浆配制中，搅拌好的浆液应通过滤网滤去杂物及没搅拌开的水8泥团后方能放入注浆桶内；水玻璃配制，在拌浆桶中加入浓水玻璃，然后边搅拌边加水，同时用波美计测量其浓度直至稀释至所需浓度为止。 2、二次注浆注意事项 （1）双液注浆一经开始即应连续进行力求避免中断； （2）注浆过程中如需暂停注浆时，必须先将水玻璃吸管拿出
15、放入清水桶中，然后再拿出水泥管，向孔内注清水后再停止注浆，这样清洗了管路，保证下次注浆时管路的畅通。 三、结束语 通过羊白盾构区间掘进，成功正穿和侧穿 28 幢房屋的施工过程看，注浆质量把握较好，地面沉降控制在+10-30 mm 内，未引起建筑物较大沉降、倾斜、开裂，隧道无渗水现象。双液注浆可采用调节浆液配比和注浆压力的办法使注浆范围人为控制，羊白盾构区间不仅及时对管片上方进行注浆加固，防止建筑物下沉或地面塌陷，而且未对盾构掘进造成影响，因二次注浆的多方面的特点，成都地铁羊白盾构区间取得了富水砂卵石地层盾构过房屋的巨大成功，为今后富水砂卵石地层中的盾构过建（构）筑物施工提供了技术支持。 参考文献： 李成学,张志贺,张卫勇.浅论盾构工法中的背后充填注浆技术J.铁道建筑技术, 2004(6). 邹?.盾构隧道同步注浆技术J.施工技术, 2002(9). 王晖,力大勇,夏广红.盾构机盾尾注浆施工中存在的问题及其对策分9析J.苏州科技学院学报(工程技术版),2004(1). 建筑施工手册中国建筑出版社 2002 年 12 月.
