盾构侧穿水库管片后注浆技术研究

盾构侧穿水库管片后注浆技术研究

王为秋

中国水利水电第一工程局有限公司，吉林  长春  130033

摘要：盾构区间隧道侧穿水库施工，易出现水库堤坝不均匀沉降、开裂等风险。本文以南京宁句城际轨道交通工程侧穿汤泉水库为例，为解决施工存在的安全风险，确保既有水库的运行安全，合理确定盾构管片后注浆加固参数，并对注浆加固参数和盾构推进参数进行优化，通过优化施工工艺控制地层变形，为类似工程施工提供经验和借鉴。

关键词：盾构  侧穿  管片  后注桨 

1.概述

1.1工程概况

宁句城际汤泉西路站～汤山镇站盾构区间总长1572.599m，沿线主要建（构）筑为：居民集中住宅区、圣汤大道等，沿线主要水体为汤泉水库。

汤泉水库位于宁句城际汤泉西路站～汤山镇站区间盾构段中部，距离盾构隧道区间结构外缘最小水平距离约 8.4m，盾构区间隧道顶部埋深18.7m，隧道穿越的岩层主要为强风化闪长玢岩及中风化闪长玢岩层。

1.2工程地质

汤泉西路站～汤山镇站盾构区间场地地貌主要属岗地地貌单元，岗地段填土层厚1.0～5.3m，填土之下为上更新统下蜀组（Q3）的③-1b2层粉质黏土、③-1a1层黏土及③-4e层碎石土。场地下伏基岩面起伏变化大。区间揭示岩性主要为志留系高家边组（S1g）泥岩、燕山期（δ）闪长玢岩。

1.3水文地质

汤泉西路站～汤山镇站盾构区间根据地勘揭示的地层结构和地下水赋存条件，本场地地下水有孔隙潜水、基岩裂隙水。潜水稳定水位埋深为1.8～4.0m，稳定水位高程为37.9～45.9m，水位起伏和地形起伏基本一致。水位受季节性变化及附近河水位影响较大，年变化幅度一般在0.5～2.0m左右。

2.管片后注浆目的

侧穿水库段盾构隧洞管片后注浆目的主要有以下三个方面：

1）及时填充盾尾建筑空隙，支撑管片周围岩体，有效地控制地表沉降，防止水库堤坝开裂。

2）凝结的浆液作为盾构隧道的第一道防水屏障，增强隧道的防水能力，降低盾构侧穿水库发生严重渗漏及涌水的可能。

3）为管片提供早期的稳定并使管片与周围土体一体化，有利于盾构掘进方向的控制，并能确保盾构隧道的最终稳定。

注浆是证地面建（构）筑物、地下管线、盾尾密封及衬砌管片安全的重要一环，必须严格控制工艺过程，并依据地层特点及监测结果及时调整各种参数，确保注浆质量和安全。

3.同步注浆施工

为了使环形间隙能较均匀地充填，并防止衬砌承受不均匀偏压，采用双泵四管路同时对盾尾预置的4个注浆孔进行压注，在每个注浆孔出口设置分压器，以便对各注浆孔的注浆压力和注浆量进行检测与控制，从而实现对管片背后的对称均匀压注。同步注浆材料配比见表-1。

表-1  同步注浆材料配比表

说明：本工程同步注浆采用单液注浆，单浆液为水泥砂浆，浆液设计配合比为：水泥：水：粉煤灰：砂：膨润土=1:2.89:2.25:4.56:0.44（质量比），施工拌制浆液时考虑到砂的含水率问题，水的掺量适当调整。浆液终凝时间为6～10h，强度为0.5～1.0Mpa。

4.二次补强注浆施工

同步注浆使盾尾建筑空隙得到及时填充，地层变形及地表沉降得到控制，浆液凝固后强度得到提高，但可能有局部不够均匀或因浆液固结收缩产生空隙，因此为提高背衬注浆层的防水性及密实度，必要时再补充以二次补强注浆，进一步填充空隙并形成密实的防水层，同时也达到加强盾构隧道衬砌的目的。

二次补强注浆在管片与岩壁间的空隙充填密实性差而致使地表沉降得不到有效控制或管片衬砌出现较严重渗漏的情况下才实施。根据设计要求采用地表沉降监测信息反馈，结合洞内超声波探测管片衬砌背后有无空洞的方法，综合判断是否需要进行二次补强注浆。二次补强注浆采用水泥＋水玻璃双液浆，在同步注浆24h后立即进行二次注浆。二次注浆材料配比见表-2。

表-2  二次注浆材料配比表

5.主要注浆参数

（1）注浆压力

同步注浆时要求在地层中的浆液压力大于该点的静止水压力及土压力之和，做到尽量填补同时又不产生劈裂。注浆压力过大，管片周围土层将会被浆液扰动而造成后期地层沉降及隧道本身的沉降，并易造成跑浆；而注浆压力过小，浆液填充速度过慢，填充不充足，会使地表变形增大，本工程同步注浆压力为0.2～0.4MPa，二次注浆压力为0.2～0.3MPa。

（2）注浆量

同步注浆量理论上是充填盾尾建筑空隙，同时要考虑盾构推进过程中的纠编、浆液渗透(与地质情况有关)及注浆材料固结收缩等因素。注浆量采用下式进行计算：

Q=Vλ

式中：Q--注浆量(m3)；

Λ--注浆率(取1.5～1.8，曲线地段取较大值，其它地段根据实际情况选定)；

V--盾尾建筑空隙(m3)；

V=兀(D2-d2)L/4

式中：D--盾构切削土体直径（开挖直径6.47m）；

d--管片外径（6.2m）；

L--管片宽度（1.2m）；

V=3.14×[(6.472-6.22)×1.2]÷4=3.2m3

根据本工程地质及线路情况，注浆量一般为理论注浆量的1.5～1.8倍，并应通过地面变形观测来调节。二次补强浆量根据地质情况及注浆记录情况，分析注浆效果，结合监测情况，由注浆压力控制。

（3）注浆速度及时间

注浆速度结合注浆泵性能及单环注浆量综合确定，应与掘进速度相适应，如注浆过快易造成盾尾漏浆，如注浆过慢则注浆充填效果不易达到。盾构机推进开始注浆，推进完毕注浆结束。

（4）注浆顺序

同步注浆通过盾尾预留注浆孔在盾构机推进的同时压注，在每个注浆孔出口设置压力传感器，以便对各注浆孔的注浆压力和注浆量进行检测与控制，从而实现对管片背后的对称均匀压注。为防止注浆使管片受力不均产生偏压导致管片错位造成错台及坡损，同步注浆时必须对称均匀的注入。补强注浆应先压注可能存在较大空隙的一侧。

（5）同步注浆结束标准及注浆效果检查

注浆结束标准以注浆压力与注浆量进行双重控制，正常情况下要求每环注浆量不得小于5.3m3，以下情况应例外：

1）在砂土地层，注浆压力很小而注浆量较大时，增加注浆量直至注浆压力达到注浆压力的下限；

2）盾构机位于曲线段，考虑超挖，适当增加注浆量；

3）自稳能力差的粘土地层，注浆量很小而注浆压力较大时，可能是由于盾壳周围岩土发生坍塌，影响了浆液的流动。在注浆压力达到注浆压力的上限时停止注浆，随后应进行二次补强注浆。

4）结合洞内超声波探测管片衬砌背后有无空洞、地表及周围建筑物变形监测结果进行综合分析判断，对未满足要求的，及时进行二次补强注浆。

6.注浆参数优化

施工过程中严格控制注浆参数，并根据监测结果进行优化，一次注浆压力控制在0.2～0.3MPa，二次注浆压力维持在0.22～0.25MPa。保证同步注浆量，及时加密二次注浆，防止盾构机后方来水，确保盾构施工后的管片稳定。

7.盾构推进参数优化

结合水库周边水文地质条件调查分析结果，对侧穿水库段盾构推进参数进行优化，确定适合的盾构参数，降低推进速度，将软硬不均地层刀盘转速在0.8～1.2r/min，掘进速度控制在25～35mm/min左右，保证盾构机匀速平稳通过。刀盘扭矩≯4500KN.m。全断面中风化闪长玢岩以及中风化闪长玢岩刀盘转速控制在1.4r/min～2.0r/min。掘进速度20～40mm/min。刀盘扭矩≯4000KN.m。施工过程中严格按照确定的参数进行掘进，严控出土量等参数，保证盾构顺利施工。

8 结论

通过优化施工工艺，合理选择管片背后注浆的技术参数，减小了地表沉降量，沉降量控制在设计的10mm范围之内，保证了水库的运行安全。通过本次研究，取得以下几点经验：

1）盾构同步注浆后，在合适的时间使用双液浆进行二次注浆是完全有必要的，既能快速固化压注的浆液，又能填充壁后的空隙，同时起到很好的防水作用，又可避免管片的蛇行运动，促进管片的快速稳定。掘进中必须根据地面沉降数据作好洞内二次注浆准备，每块管片上均有1个注浆孔，可以根据监测信息进行注浆，控制地表沉降引发水库渗漏。

2）盾构侧穿水库施工时，不能只靠控制沉降来确保水库运行安全，在侧穿

水库之前，通过走访调查了解该处的前期地表状况，对盾构机所有设备进行检修，在施工过程中跟踪注浆情况，在地面进行沉降监测等都是必须的，绝不能麻痹大意。

3）同步注浆要做到真正的与掘进同时，严禁在没有同步注浆的情况下掘进。同步注浆浆液配比不仅要有一定的强度，并且凝结时间需控制在6～8h。同步注浆的量控制在理论注浆量的1.5～1.8倍，同步注浆压力控制比地层水土压力大0.01～0.02MPa。

参考文献

[1]周文波，盾构法隧道施工技术及应用[M]，北京：中国建筑工业出版社，2004。