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1、 浅析盾构同步注浆施工控制 摘要：本文分析了盾构施工过程中，地表变形产生的特点及采取控制措施，着重从同步注浆浆液的选用、生产、注浆量、注浆压力、压浆点等方面进行分析研究。以工程实例为依托，通过施工过程中的控制，地面变形得到有效控制，保证了隧道管片安装质量及隧道的稳定性。关键词：同步注浆；地表变形；施工控制引言城市地铁近年来迅猛发展，随着城市规模的扩大，越来越多的地铁隧道需要穿越大量建（构）筑物、地下管线。同时隧道穿越的地质条件也越发复杂，盾构施工工法以其对周围环境影响小、成形质量高、安全可靠、施工进度快、造价低等优点，成为城市隧道施工工法的首选。盾构法施工时由于盾构机刀盘开挖直径大于管片外径，
2、管片脱出盾尾后，与土体之间形成环形间隙，该间隙如不能及时得到填充，便会引起地面变形，对地表建（构）筑物造成影响，从而引发安全质量事故1。同步注浆技术是盾构工法中关键性辅助工法，是控制建（构）筑物、地面、管线沉降的关键环节。首先它能够及时填充盾体与管片间形成的间隙，有效预防地层因失土而引起的变形；其次能够提高成型隧道的抗渗性能。一、盾构推进时的地表变形根据盾构施工的特点，地表变形发展曲线可分为以下五个阶段（图1）：（1）早期下陷（或隆起）；（2）开挖下陷（或隆起）；（3）通过时下陷（或隆起）；（4）盾尾间隙处下陷；（5）后续下陷。二、同步注浆对地表变形的影响在盾构施工过程中，应将盾构推进、管片拼
3、装和同步注浆三道工序有机地结合起来。三者之间的关系体现在以下方面2：（一）早期下陷（或隆起）控制主要取决于开挖面的稳定与否，开挖面的稳定控制基于盾构掘进机刀盘的结构形式和推进施工参数的设定，因此在施工中加强对土仓压力设定是本阶段的重中之重。（二）开挖下陷（或隆起）控制盾构在直线段推进时，由此引起的地层损失较小。而盾构在曲线推进、纠偏时，实际开挖面不是圆形而是椭圆形，因此引起地层损失。同时在抬头推进或是磕头推进时，盾构轴线与隧道轴线存在一定偏角，偏角越大，对土体的扰动和超挖程度及其引起的地层损失也就越大。针对盾构姿态变化引起第二阶段地层损失，采取对盾构壳体进行注浆的措施，减小盾构姿态变化对土体扰
4、动的影响，从而达到控制地表变形的目的。（三）通过时下陷（或隆起）及盾尾间隙处下陷控制由于盾构的外径大于管片的直径，随着盾构的推进，在管片与土体之间将产生建筑空隙。为了能及时填充这些空隙，尽可能的减少盾构施工时对地面的影响，采用同步注浆法，即盾构一边向前推进，一边对盾构后面产生的建筑空隙及时进行多点均匀注浆填充。盾构同步注浆采用4点注浆3，对盾尾后管片外部间隙进行同步注浆，同步注浆时采用注浆压力和注浆量的双控指标，使之既能达到均匀有效地填充建筑空隙，又不会对管片的成型质量及盾尾刷产生影响。（四）后续下陷此阶段地表沉降主要由孔隙水、土压力消散和后期土体固结、蠕变产生。三、同步注浆的施工控制以宁波市
5、轨道交通3号线一期工程仇毕站钱湖北路站区间盾构法施工为例，区间全长1256.794m，采用小松6340m土压平衡盾构机进行区间隧道盾构掘进施工。该区间沿线建筑密集，市政管网较多，情况复杂。沿线分布一层无桩基商铺、世纪汽车城2号厂房、多栋小区住宅楼及多座老桥等。线路需下穿环城南路高架桥、杭甬高速公路、前塘河及3座跨越前塘河的桥梁，给水、电力、雨污水等管线需做重点保护。该区间地层主要位于1层粘土。相较于其他土层，1土具有重度高、含水量低，土颗粒比重大，流动差；孔隙比低，渗透性差；压缩模量高，粘塑性强；泊松比较低、静止侧向压力系数低，自稳定性好等特点。但该土层属硬土层，极易出现刀盘扭矩增大，螺旋输送
6、机出土困难，姿态偏移等问题，特别是在纠偏过程中极易造成地面出现大的隆沉，因而同步注浆施工是控制重点，对于保持地层长期稳定性，辅助盾构纠偏都有重要的作用。在本区间盾构推进过程中，同步注浆主要从浆液配比选取、注浆量、注浆压力、注浆点位选择、注浆速度、注浆方式共六方面对地表变形进行控制。（一）浆液配比选用根据盾构机泵送性能及区间土质情况，应选择合适的浆液配合比4。浆液同步注浆采用“厚浆”商品砂浆，该商品砂浆泵送性好，泵送过程中基本无泌水，不堵管，泵送出的浆液具有良好的流动性和填充性5。此外，采用膨润土与外掺剂相结合的方式6，既减少了浆液的需水量，又使得浆液在20h内均具有好的泵送性，同时该浆液能有效
7、地阻止泥水后窜，不破坏盾尾装置，不会被地下水稀释或冲散。通过不断优化调整，确定了“厚浆”配比见表1。（二）注浆量仇毕站钱湖北路站区间使用的小松土压平衡盾构刀盘直径6340mm，管片外径6200mm，计算出的注浆量如下：V盾构施工引起的空隙（m3）V=（D2-d2）L/4（1）D指盾构切削外径（m）（削切外径6.34m）d指预制管片外径（m）（预制管片外径6.20m）L回填注浆段长即预制管片每环长度（预制管片每环宽1.2m）根据公式计算1.2m管片间隙量：V=（6.342-6.22）3.141.2/4=1.65m3根据地层及隧道上方建（构）筑物情况，实际的注浆量选取为理论建筑空隙的200250，
8、即：Q=V*=1.65（200250）=3.34.12m3。（2）穿越重要构建筑物、地下管线、防汛墙等重要设施时，每环的注浆量应适当增加，具体压浆量和压浆点应视压浆时的压力值和监测数据而优化。（三）压浆点同步注浆采用4个点同时注浆的方式7，保证上部两点的注浆孔常开，防止管片的上浮；在直线段施工时，注浆采取左右对称的方式，防止不均匀偏压8；曲线段施工时，则根据注浆压力情况，进行注浆量的合理分配调整，做到对盾构轴线姿态的良好控制。（四）注浆压力注浆压力的确定是根据注浆的目的和要求，既要充分充填建筑空隙，又要避免过大的注浆压力引起管片衬砌破坏，防止注浆损坏盾尾密封。注浆压力最佳值计算公式如下：P注浆
9、孔=（h+h）K0/1000+P管阻（MPa）（3）式中：P注浆孔注浆孔注浆压力（MPa）；h盾构机顶部至地面覆土的厚度（m）；h注浆孔距盾构机顶部高度（m）；K0侧向压力系数；P管阻注浆孔管阻（MPa）。根据本区间工程覆土埋深及始发前泵送试验得出的管阻压力损失（0.5MPa），设定的注浆压力为0.250.5MPa（即注浆压力上限设定0.5MPa，注浆压力下限设定0.25MPa；施工过程注浆压力超过上限设定注浆泵停止工作）9。在实际注浆时，压力基本在0.3mpa0.35mpa之间。（五）注浆速度注浆速度由注浆泵的性能、单环注浆量确定，应与掘进速度相匹配。注浆速度高于推进速度，则会导致局部注浆压
10、力的上升，一旦浆液材料的和易性不佳，很容易造成浆管的堵塞，影响推进过程的注浆质量；注浆速度低于推进速度，则注浆的填充效果不佳，地层的应力损失大，地面沉降控制效果差。为取得较好的注浆效果，指定专人进行操作，根据推进速度确定盾尾空隙量，再调节注浆泵的注浆速度，按200250的注浆填充率进行注浆，确保浆液足量均匀地填充。（六）注浆方式注浆采用自动控制，自动控制方式即预先设定注浆压力，由控制程序自动调整注浆速度，当注浆压力达到设定值时，自行停止注浆。四、同步注浆施工效果仇毕站钱湖北路站盾构区间工程同步注浆通过以上六个方面控制，盾构穿越段地表、管线及房屋等重要构筑物沉降控制较好，取得了较好的施工效果。在
11、按期完成施工进度的同时，地表沉降最大累计值-13.17mm，建筑物最大累计值-7.13mm，管线最大累计沉降-8.62mm。参考文献：1邹翀.盾构隧道同步注浆技术J.现代隧道技术，2003，40（1）：26-30.2付艳斌，赵军，吴祥等.盾构隧道同步注浆壁后压力模式研究J.防灾减灾工程学报，2016，36（1）：107-112.3邱明明，杨果林，姜安龙.盾构隧道同步注浆的压力分布及其影响因素J.深圳大学学报理工版，2015，32（2）：162-171.4徐建平，林文书，许可等.盾构隧道快硬高性能同步注浆材料研究J.隧道建设，2014，34（2）：95-100.5矫伟刚，丁彦杰，张凯等.盾构新型
12、同步注浆浆液性能试验对比研究J.施工技术，2016，45：485-487.6周少东，林文书，王红喜等.高性能同步注浆材料专用外加剂的研制J.隧道建设，2014，34（3）：205-210.7张恒春，张清遐，牛巧云.盾构法施工同步注浆施工工艺分析J.河南科技，2017，617（8）：80-81.8张莎莎，戴志仁，白云.盾构隧道同步注浆浆液压力分布规律模型试验研究J.中国铁道科学，2015，36（5）：43-52.9叶飞，苟长飞，陈治等.盾构隧道同步注浆引起的地表变形分析J.岩土工程学报，2014，36（4）：618-624.钱宏春（1975年2月），男，汉族，浙江省宁波市，高级工程师。 -全文完-
