盾构隧道同步注浆工艺
1前言
盾构机是隧道施工中一种及多种功能于一身的综合性设备，它集合了隧道施工过程中的开挖、出土、支护、注浆，导向等全部功能，已广泛的应用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。
盾构施工过程中难免会对地层产生扰动，且在管片脱离盾尾时会在管片与土层之间形成空隙，若不及时进行注浆填充很容易造成地表沉降，因此同步注浆工艺在控制地表沉降以及成型隧道防水方面起着至关重要的作用。
本文结合长沙地铁二号线二标新河三角洲至开福寺右线区间施工实际，对盾构施工同步注浆技术进行探讨。
2工程简介
XXXX洲站~XX寺路站区间采用盾构法施工，沿规划纵二路行进，在XX路下穿XX二桥东引桥。
区间右线长984.408m，纵断先以1.8‰的坡度下坡，然后再以0.7105‰到达XX二桥东引桥。
区间覆土厚度约为8.6~21.2m。
区间前130环地质为上部圆砾层，下部强风化砂砾岩；130环至650环上部为强风化板岩，下部中风化板岩。
隧道采用砼管片衬砌，管片外径6000mm，内径5400mm，厚度300mm，宽度1500mm，环间采用错缝拼装。
采用一台土压平衡式盾构机施工，盾构机长约85000mm，刀盘直径6280mm，盾尾直径6230mm。
3长沙地铁一号线同步注浆工艺
3.1同步注浆的目的
盾构施工同步注浆就是在盾构掘进的同时通过设备上的注浆泵将具有一定早期及最终强度的浆液经盾尾注入到管片与土层之间的空隙内。
其主要目的有：（1）填充管片与土体之间的空隙，控制地表沉降；
（2）确保管片衬砌的早期稳定性；
（3）作为隧道防水的第一道防线，保证隧道的抗渗性。
3.2同步注浆施工工艺及流程
3.2.1注浆材料
同步注浆液配置的材料为水泥、水、砂、粉煤灰、膨润土。
各原材料配比应根据不同地层情况对应制定。
根据实验申报最终确定本区间的设计配合比见表3-1。
(实际施工中根据实际情况可能会有变动)
表3-1同步注浆材料名称表
材料用量
材料名称
水泥水砂掺合
料1
掺合料
2
外加
剂1
外加剂
2
配合比 1.00 2.78 4.33 2.00------0.33------每方用量
（kg）
180500780360------60------
抗压强度
（MPa）7d 28d 拌合物稠度实测值（s）12拌合物表观密
度（kg/m3）1880
1.8 3.7注：掺合料1---粉煤灰；外加剂1---膨润土
3.2.2注浆工艺及流程
本区间盾构使用的注浆泵为2台施维英KSP12型双柱塞泵，流量能达到2×12m³/h。
配备8路注浆管路（4路备用），均匀地分布在盾尾。
浆液由地面拌合站搅拌好后下放至中板（竖井负一层）中转浆箱储存，浆箱容量为8m³，带有搅拌功能。
然后由中转浆箱经软管输送到电瓶车运浆车，由电瓶车运送到隧道前端并泵送至台车浆箱内进行注浆。
具体的流程见图3-1。
图3-1同步注浆流程图
3.3同步注浆参数的选择
3.3.1同步注浆量的确定
同步注浆量的多少以及质量是直接影响地表沉降的重要因素之一。
同步注浆量主要取决于脱离盾尾管片于土层之间的空隙的大小。
在自稳性比较好的地层（如板岩地质）管片脱离盾尾初期，土体的下沉趋势较小，盾尾空隙相对较大，注浆量就应该适当加大。
而在自稳性较差地层，管片脱离盾尾后，短期内下沉趋势较明显，这就使得盾尾空隙减小，相应的同步注浆量也会减少。
当然注浆量的多少也与地层含水量有着密切的关系，水量丰富的地层，盾尾空隙会被地下水填充一部分，这就使得注浆量会有一定的减少。
根据理论公式结合盾构机参数可以搅拌站注入材料
计量器，搅拌
中转浆箱搅拌
电瓶车运浆车
台车浆罐搅拌
同步注浆盾构掘进
计算出隧道的理论注浆量。
λ
∙=V Q 式中V ------盾尾建筑空隙（3m ）
λ------土质系数（一般取1.3~1.8）
()
4/22L d D V -=πD------盾构刀盘最大开挖直径（m ）d------预制管片外径（m ）L------预制管片长度（m ）
根据此公式计算得出北开区间每环管片的盾尾建筑空隙为
*
4/5.1*)628.6(*14.322-=V =3
05.4m 土质系数按1.3~1.8计算，则每环的注浆量为
3
3.7~3.5m Q =3.3.2同步注浆压力的确定
同步注浆的压力主要取决于地层阻力，也与地质情况、掘进参数设置、浆液稠度等因素有关。
盾尾刷理论上能承受的最大压力为3bar ，因此注浆压力不能过大一般取1~3bar ，长期过大的注浆压力会导致盾尾刷被击穿造成盾尾漏浆。
一旦出现盾尾漏浆就会影响注浆质量，且浆液汇聚在盾尾部位难于清理。
本区间在圆砾层段施工时注浆压力通常为2~3bar ，在板岩段施工时注浆压力通常取1~2bar 。
实际注浆压力必须根据施工情况随时调整，已达到最佳的注浆效果。
3.4同步注浆管道堵塞分析
在盾构施工过程中每一个环节都是紧密相连的，任何一个环节出现问题都会影响到施工进度。
注浆管路的堵塞不但会影响到施工进度，还会因注浆的不均匀或是注浆量的不足引起地面沉降。
3.4.1注浆管路堵塞原因分析
台车浆罐位于一号台车操作室对面，容量为7m ³，下部开设两个直径约120mm 的下浆口，下浆口通过弯管分别于两台双柱塞泵连接。
柱塞泵分出4个出口，通过高压软管与盾尾处浆管连接。
每路管道在盾尾位置都安装有压力传感器，压力值直接显示在注浆操作台上。
4个柱塞泵可以单独控制4路管道的速率、流量和压力。
注浆管路堵塞主要原因有：浆液稠度不合格、浆液水泥含量过高或者粉煤灰含量不足、砂子中夹杂大的石子、浆液中有凝固的水泥块。
3.4.2堵塞位置判断
根据施工经验管路堵塞的几个常见部分是：浆箱下浆口、注浆软管、盾尾浆液通道。
判断方法有以下三种：
（1）注浆过程中压力几乎没有跳动，浆液液面几乎没有下降或者下降度与
注浆速率不匹配，且注浆软管没有明显的震动，则可判断是下浆口堵
塞。
（2）注浆过程中压力不跳动，浆液液面不下降，但是注浆软管震动大，甚至有明显的跳动，则很可能是软管某一部分堵塞。
（3）注浆过程中液面下降较少，压力值显示超过最高值，甚至达到10bar 以上，则很可能是盾尾部位堵塞。
3.4.3预防及处理措施
在实际施工中，若没有筛沙则浆液中可能会含有比较大的石子，这些石子进入管道后容易滞留在浆管内形成抱团造成浆管堵塞。
在北开区间施工过程中使用的砂子必须经过筛网将大块的石子等杂物排除，然后在浆液转运的过程中也会经过滤网过滤。
如中转浆箱及电瓶车运浆车上部都安装有滤网，防止大块杂物进入浆液。
对于浆液稠度以及个材料的含量要严格控制，防止因水泥量过高等原因引起的堵管。
在施工过程中推进速度过慢、浆液存放时间过长或是搅拌不充分等原因可能会引起部分浆液在浆箱壁上凝结形成水泥块，这些水泥块在搅拌的过程中可能会因震动掉落从而引起管路堵塞。
因此在施工中严格控制浆液的存放时间，浆液一般超过5个小时最好就不要再使用。
另外每半个月对中转浆箱、运浆车、台车浆箱、注浆泵等相关设备进行一次清理，防止水泥块的形成。
3.5同步注浆效果判断及参数调整
同步注浆效果最直接的判断标准就是注浆量与注浆压力，每环推进结束时操作手应记录本环的注浆量、注浆压力及注浆起始时间。
另外可能根据地表沉降情况结合每环的出土量等因素对下一环的注浆量及压力及时进行调整以达到最佳的注浆效果。
若注浆量不足还可以及时进行二次注浆进行补注，二次注浆对控制后期地面沉降及防止管片漏水有显著的作用。
4结束语
盾构施工对地面的沉降及管片拼装的质量要求都较高，同步注浆的质量直接影响地面的沉降情况，而且同步注浆是管片防水的第一道防线，因此同步注浆在盾构施工中起着至关重要的作用。
在施工中要从源头起做好每一步施工工序，并在过程中准确记录注浆参数，然后根据施工实际对参数进行不断的修正才能真正的控制好同步注浆的质量，为隧道施工质量提供强有力的保证。