海瑞克土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工的二次注漿技術(shù)摘要:在盾構(gòu)施工中，由于刀盤開挖直徑與盾構(gòu)管片外徑間存在空隙，同時(shí)受地質(zhì)條件、地下水、隧道埋深、掘進(jìn)模式等因素的影響，易造成地層變形、管片錯(cuò)臺(tái)、隧道漏水等不良現(xiàn)象，必須對(duì)管片背后的空隙選擇合理的注漿技術(shù)進(jìn)行充填。總結(jié)并分析廣州地鐵三號(hào)線客村-大唐盾構(gòu)區(qū)間的二次注漿技術(shù)。關(guān)鍵詞:盾構(gòu)施工；堵漏；二次注漿1 工程概況 廣州地鐵三號(hào)線客村-大唐（以下簡(jiǎn)稱客-大）區(qū)間采用2條分離式的單線盾構(gòu)隧道，單線長(zhǎng)度1484 m，兩線間距15.2~11.2 m，隧道縱斷面埋深9~37 m。隧道采用混凝土管片襯砌，管片外徑6000 mm，內(nèi)徑5400 mm，厚度300 mm，寬度1500mm，環(huán)間采用錯(cuò)縫拼裝。采用1臺(tái)盾構(gòu)機(jī)施工，盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)8325 mm，刀盤直徑6280 mm，盾尾直徑6230 mm。 客-大區(qū)間隧道主要穿越有強(qiáng)風(fēng)化帶、中風(fēng)化帶、微風(fēng)化帶，巖石全風(fēng)化帶，巖性為泥質(zhì)粉砂巖，局部穿越可塑或稍密狀殘積土。隧道上方主要為中風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化巖層及殘積層。通過地層屬較軟地層，巖質(zhì)較均一，自穩(wěn)能力較好，但節(jié)理裂隙較發(fā)育，局部易碎裂坍塌。 客-大區(qū)間穿過建筑物共150棟，房屋層數(shù)多為2～9層，以天然基礎(chǔ)為主；有少量的高層，樁長(zhǎng)較長(zhǎng)。所以，確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，也是注漿技術(shù)的主要目的。 本標(biāo)段采用1臺(tái)海瑞克土壓平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工。根據(jù)區(qū)間地質(zhì)情況、地面建筑、掘進(jìn)模式，采用同 步注漿為主，二次補(bǔ)漿和地面跟蹤注漿為輔的3種注漿形式。本文是對(duì)客-大盾構(gòu)施工中的二次注漿技術(shù)的總結(jié)。2 盾構(gòu)施工中的二次注漿技術(shù)2.1 二次注漿的目的2.1.1 完全填充管片背面空腔控制地面沉降 同步背后注漿結(jié)束后，漿液在凝固的過程中會(huì)有1.4%左右的體積收縮，還有因漿液發(fā)生流失，在管片背面會(huì)形成空腔。由于空腔的存在，此處地層易發(fā)生坍塌變形，隨圍巖松動(dòng)范圍擴(kuò)大，會(huì)引起地面沉降。用二次注漿及時(shí)填充管片背面的空腔，使地層沒有發(fā)生變形的空間，有效地控制地面下沉。2.1.2 防水、堵漏提高隧道抗?jié)B能力 盾構(gòu)隧道成形之后，由于同步注漿不飽滿或因漿液凝固體積收縮，管片背面形成空腔，在富水層里，地下水會(huì)在此匯集形成水囊，如果管片止水條松動(dòng)或止水條處混凝土開裂掉塊，形成滲水通道。水囊里的水就會(huì)從滲水通道進(jìn)入隧道，即造成隧道滲水。通過二次注漿，用漿液完全填充空隙，把水囊縮小或消滅，使管片背面的空隙水壓減小，可有效控制滲水，達(dá)到防水目的。2.2 二次注漿機(jī)理2.2.1 漿液凝固特性 客-大區(qū)間二次注漿采用水泥單液型漿和水玻璃類雙液型漿液2種形式。單液型漿液凝固特性與同步注漿中的水泥砂漿凝固特性相同。水玻璃類雙液型漿液凝固特性如下： 雙液型漿液通過管路的漿液在空隙中固結(jié)，其凝膠及硬化過程如圖1所示。
把A液（水泥漿）和B液（水玻璃）混合，成為膠態(tài)溶液，混合液的黏性隨時(shí)間的增加而增長(zhǎng)，隨之進(jìn)入流動(dòng)態(tài)和可塑態(tài)，達(dá)到凝固區(qū)。水玻璃濃度越低，液溫越低，這種雙液漿的液漿維持流動(dòng)態(tài)和可塑態(tài)的物理凝膠時(shí)間就越長(zhǎng)。水玻璃加量太多時(shí)，反而會(huì)影響水泥漿初凝速度。2.2.2 二次注漿填充機(jī)理 客-大區(qū)間二次注漿采用的雙液漿一般分瞬凝固結(jié)型和可塑型。瞬凝固結(jié)型漿液主要用于防水堵漏、阻隔水囊；可塑型漿液用于填充空腔、控制沉降。瞬凝固結(jié)型漿液注漿機(jī)理如圖2所示，可塑型漿液注漿機(jī)理如圖3所示。2.2.3 二次注漿系統(tǒng) 客-大區(qū)間采用2臺(tái)雙液注漿泵，型號(hào)分別為KBY-50/70、YZD-50L/D。自制的自動(dòng)攪漿設(shè)備，轉(zhuǎn)速60 r/min，每次攪拌量100 L。2.2.4 二次注漿漿液配比 二次注單液漿的水灰比取1∶1或1∶1.2。二次注雙液漿配比必須適應(yīng)注漿目的和注漿條件，若漿液配比不對(duì)，會(huì)導(dǎo)致注漿失敗，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起工程事故。根據(jù)水泥和水玻璃性能來確定雙液漿配比。在本工程中，二次注漿的A液水泥漿水灰比1∶1或1∶1.2，水玻璃加量60%~100%。水玻璃的用量由注漿中需要漿液初凝的時(shí)間確定，在二次注漿前要現(xiàn)場(chǎng)做試驗(yàn)。近年來對(duì)雙液型漿液的早期強(qiáng)度也有一定的要求，規(guī)定1 h后的單軸抗壓強(qiáng)度為0.1 MPa左右。雙液漿凝固時(shí)間要求見下面二次注漿施工方法。2.3 二次注漿施工方法2.3.1 用二次注漿控制地面沉降施工方法 根據(jù)地層不同，控制地面沉降使用的漿液也不同，在軟弱地層里注單液漿，在硬巖里注雙液漿。雙液漿注漿時(shí)，注漿壓力控制在2.5 MPa以內(nèi)，在硬巖里控制沉降，首先是建立止?jié){帷幕，用水灰比1∶1.2的水泥漿液把雙液漿的凝固時(shí)間調(diào)整到20~23 s，止?jié){帷幕建好后，停止10 min后，開始用凝固時(shí)間比較慢（凝固時(shí)間在3~5 min）的液漿填充滿止?jié){帷幕中間的空隙，注漿壓力控制在2.5 MPa內(nèi)，當(dāng)注漿壓力接近2.5 MPa時(shí)停止注漿。注完漿后要封孔，封孔時(shí)漿液凝固時(shí)間調(diào)整到15s，注完50 kg水泥，關(guān)掉注漿泵。2.3.2 用二次注漿控制管片上浮方法 地層形式和漿液的配比是引起管片上浮的主要因素。管片上浮發(fā)生在硬巖段，采取措施讓管片和頂部的圍巖很快連成一個(gè)整體，利用圍巖的約束力來有效控制管片上浮是解決的有效途徑。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，二次注漿的壓力控制在2.5 MPa內(nèi)，漿液凝固時(shí)間調(diào)整在20 s左右。選用二次注漿來控制管片上浮是最經(jīng)濟(jì)、最合理的處理途徑。2.3.3 用二次注漿防水、堵漏方法 隧道漏水的直接原因是止水條松動(dòng)錯(cuò)位，或止水條處的混凝土開裂，間接原因是管片背面的漿液還未填充密實(shí)，所以二次注漿是堵漏的方法之一。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60~120 s；在軟土層選用單液漿，或凝固時(shí)間在5~10 min的可塑型漿液，用水灰比1∶1的水泥漿，注漿壓力控制在2.5 MPa內(nèi)。3 結(jié)語 （1）在硬巖地段盾構(gòu)注漿宜采用同步注漿和二次注漿相結(jié)合的背后注漿方式，漿液配比要在保證砂漿稠度、離析率、固結(jié)率、強(qiáng)度等指標(biāo)的基礎(chǔ)上確定，其凝膠時(shí)間宜延長(zhǎng)并控制在5~12 h，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0.15~0.2 MPa，必要時(shí)進(jìn)行二次補(bǔ)漿以及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4~6 h。 （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，保證開挖面安全并防止從洞口處漏漿。 從整個(gè)客-大盾構(gòu)工程施工過程看，注漿質(zhì)量把握較好，地面沉降控制在+10~-30 mm內(nèi)，未引起建筑物沉降、傾斜、開裂。本工程不足的地方是，在施工參數(shù)調(diào)整上過于保守，例如，試驗(yàn)段主要地質(zhì)是殘積土、巖石全風(fēng)化帶地層，注入率λ應(yīng)該從1.6調(diào)到1.4時(shí)，卻不敢調(diào)，導(dǎo)致浪費(fèi)。在中風(fēng)化地層中，由于盾尾止?jié){板部分已脫落，注漿壓力不可能達(dá)到1.5 MPa，但施工指令仍然要求達(dá)到1.5 MPa，造成大量的漿液竄入土倉，造成經(jīng)濟(jì)損失。所以，盾構(gòu)注漿施工一定要合理科學(xué)。
把A液（水泥漿）和B液（水玻璃）混合，成為膠態(tài)溶液，混合液的黏性隨時(shí)間的增加而增長(zhǎng)，隨之進(jìn)入流動(dòng)態(tài)和可塑態(tài)，達(dá)到凝固區(qū)。水玻璃濃度越低，液溫越低，這種雙液漿的液漿維持流動(dòng)態(tài)和可塑態(tài)的物理凝膠時(shí)間就越長(zhǎng)。水玻璃加量太多時(shí)，反而會(huì)影響水泥漿初凝速度。2.2.2 二次注漿填充機(jī)理 客-大區(qū)間二次注漿采用的雙液漿一般分瞬凝固結(jié)型和可塑型。瞬凝固結(jié)型漿液主要用于防水堵漏、阻隔水囊；可塑型漿液用于填充空腔、控制沉降。瞬凝固結(jié)型漿液注漿機(jī)理如圖2所示，可塑型漿液注漿機(jī)理如圖3所示。2.2.3 二次注漿系統(tǒng) 客-大區(qū)間采用2臺(tái)雙液注漿泵，型號(hào)分別為KBY-50/70、YZD-50L/D。自制的自動(dòng)攪漿設(shè)備，轉(zhuǎn)速60 r/min，每次攪拌量100 L。2.2.4 二次注漿漿液配比 二次注單液漿的水灰比取1∶1或1∶1.2。二次注雙液漿配比必須適應(yīng)注漿目的和注漿條件，若漿液配比不對(duì)，會(huì)導(dǎo)致注漿失敗，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起工程事故。根據(jù)水泥和水玻璃性能來確定雙液漿配比。在本工程中，二次注漿的A液水泥漿水灰比1∶1或1∶1.2，水玻璃加量60%~100%。水玻璃的用量由注漿中需要漿液初凝的時(shí)間確定，在二次注漿前要現(xiàn)場(chǎng)做試驗(yàn)。近年來對(duì)雙液型漿液的早期強(qiáng)度也有一定的要求，規(guī)定1 h后的單軸抗壓強(qiáng)度為0.1 MPa左右。雙液漿凝固時(shí)間要求見下面二次注漿施工方法。2.3 二次注漿施工方法2.3.1 用二次注漿控制地面沉降施工方法 根據(jù)地層不同，控制地面沉降使用的漿液也不同，在軟弱地層里注單液漿，在硬巖里注雙液漿。雙液漿注漿時(shí)，注漿壓力控制在2.5 MPa以內(nèi)，在硬巖里控制沉降，首先是建立止?jié){帷幕，用水灰比1∶1.2的水泥漿液把雙液漿的凝固時(shí)間調(diào)整到20~23 s，止?jié){帷幕建好后，停止10 min后，開始用凝固時(shí)間比較慢（凝固時(shí)間在3~5 min）的液漿填充滿止?jié){帷幕中間的空隙，注漿壓力控制在2.5 MPa內(nèi)，當(dāng)注漿壓力接近2.5 MPa時(shí)停止注漿。注完漿后要封孔，封孔時(shí)漿液凝固時(shí)間調(diào)整到15s，注完50 kg水泥，關(guān)掉注漿泵。2.3.2 用二次注漿控制管片上浮方法 地層形式和漿液的配比是引起管片上浮的主要因素。管片上浮發(fā)生在硬巖段，采取措施讓管片和頂部的圍巖很快連成一個(gè)整體，利用圍巖的約束力來有效控制管片上浮是解決的有效途徑。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，二次注漿的壓力控制在2.5 MPa內(nèi)，漿液凝固時(shí)間調(diào)整在20 s左右。選用二次注漿來控制管片上浮是最經(jīng)濟(jì)、最合理的處理途徑。2.3.3 用二次注漿防水、堵漏方法 隧道漏水的直接原因是止水條松動(dòng)錯(cuò)位，或止水條處的混凝土開裂，間接原因是管片背面的漿液還未填充密實(shí)，所以二次注漿是堵漏的方法之一。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60~120 s；在軟土層選用單液漿，或凝固時(shí)間在5~10 min的可塑型漿液，用水灰比1∶1的水泥漿，注漿壓力控制在2.5 MPa內(nèi)。3 結(jié)語 （1）在硬巖地段盾構(gòu)注漿宜采用同步注漿和二次注漿相結(jié)合的背后注漿方式，漿液配比要在保證砂漿稠度、離析率、固結(jié)率、強(qiáng)度等指標(biāo)的基礎(chǔ)上確定，其凝膠時(shí)間宜延長(zhǎng)并控制在5~12 h，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0.15~0.2 MPa，必要時(shí)進(jìn)行二次補(bǔ)漿以及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4~6 h。 （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，保證開挖面安全并防止從洞口處漏漿。 從整個(gè)客-大盾構(gòu)工程施工過程看，注漿質(zhì)量把握較好，地面沉降控制在+10~-30 mm內(nèi)，未引起建筑物沉降、傾斜、開裂。本工程不足的地方是，在施工參數(shù)調(diào)整上過于保守，例如，試驗(yàn)段主要地質(zhì)是殘積土、巖石全風(fēng)化帶地層，注入率λ應(yīng)該從1.6調(diào)到1.4時(shí)，卻不敢調(diào)，導(dǎo)致浪費(fèi)。在中風(fēng)化地層中，由于盾尾止?jié){板部分已脫落，注漿壓力不可能達(dá)到1.5 MPa，但施工指令仍然要求達(dá)到1.5 MPa，造成大量的漿液竄入土倉，造成經(jīng)濟(jì)損失。所以，盾構(gòu)注漿施工一定要合理科學(xué)。
