海瑞克土压平衡盾构机施工二次注浆技术

　 海瑞克土压平衡盾构机施工的二次注浆技术摘要:在盾构施工中，由于刀盘开挖直径与盾构管片外径间存在空隙，同时受地质条件、地下水、隧道埋深、掘进模式等因素的影响，易造成地层变形、管片错台、隧道漏水等不良现象，必须对管片背后的空隙选择合理的注浆技术进行充填。总结并分析广州地铁三号线客村-大唐盾构区间的二次注浆技术。关键词:盾构施工；堵漏；二次注浆1 工程概况 广州地铁三号线客村-大唐（以下简称客-大）区间采用2条分离式的单线盾构隧道，单线长度1484 m，两线间距15.2~11.2 m，隧道纵断面埋深9~37 m。隧道采用混凝土管片衬砌，管片外径6000 mm，内径5400 mm，厚度300 mm，宽度1500mm，环间采用错缝拼装。采用1台盾构机施工，盾构机长8325 mm，刀盘直径6280 mm，盾尾直径6230 mm。 客-大区间隧道主要穿越有强风化带、中风化带、微风化带，岩石全风化带，岩性为泥质粉砂岩，局部穿越可塑或稍密状残积土。隧道上方主要为中风化、强风化岩层及残积层。通过地层属较软地层，岩质较均一，自稳能力较好，但节理裂隙较发育，局部易碎裂坍塌。 客-大区间穿过建筑物共150栋，房屋层数多为2～9层，以天然基础为主；有少量的高层，桩长较长。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，也是注浆技术的主要目的。 本标段采用1台海瑞克土压平衡盾构机进行施工。根据区间地质情况、地面建筑、掘进模式，采用同 步注浆为主，二次补浆和地面跟踪注浆为辅的3种注浆形式。本文是对客-大盾构施工中的二次注浆技术的总结。2 盾构施工中的二次注浆技术2.1 二次注浆的目的2.1.1 完全填充管片背面空腔控制地面沉降 同步背后注浆结束后，浆液在凝固的过程中会有1.4%左右的体积收缩，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。2.1.2 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。2.2 二次注浆机理2.2.1 浆液凝固特性 客-大区间二次注浆采用水泥单液型浆和水玻璃类双液型浆液2种形式。单液型浆液凝固特性与同步注浆中的水泥砂浆凝固特性相同。水玻璃类双液型浆液凝固特性如下： 双液型浆液通过管路的浆液在空隙中固结，其凝胶及硬化过程如图1所示。 把A液（水泥浆）和B液（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，随之进入流动态和可塑态，达到凝固区。水玻璃浓度越低，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。水玻璃加量太多时，反而会影响水泥浆初凝速度。2.2.2 二次注浆填充机理 客-大区间二次注浆采用的双液浆一般分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。瞬凝固结型浆液注浆机理如图2所示，可塑型浆液注浆机理如图3所示。2.2.3 二次注浆系统 客-大区间采用2台双液注浆泵，型号分别为KBY-50/70、YZD-50L/D。自制的自动搅浆设备，转速60 r/min，每次搅拌量100 L。2.2.4 二次注浆浆液配比 二次注单液浆的水灰比取1∶1或1∶1.2。二次注双液浆配比必须适应注浆目的和注浆条件，若浆液配比不对，会导致注浆失败，严重时会引起工程事故。根据水泥和水玻璃性能来确定双液浆配比。在本工程中，二次注浆的A液水泥浆水灰比1∶1或1∶1.2，水玻璃加量60%~100%。水玻璃的用量由注浆中需要浆液初凝的时间确定，在二次注浆前要现场做试验。近年来对双液型浆液的早期强度也有一定的要求，规定1 h后的单轴抗压强度为0.1 MPa左右。双液浆凝固时间要求见下面二次注浆施工方法。2.3 二次注浆施工方法2.3.1 用二次注浆控制地面沉降施工方法 根据地层不同，控制地面沉降使用的浆液也不同，在软弱地层里注单液浆，在硬岩里注双液浆。双液浆注浆时，注浆压力控制在2.5 MPa以内，在硬岩里控制沉降，首先是建立止浆帷幕，用水灰比1∶1.2的水泥浆液把双液浆的凝固时间调整到20~23 s，止浆帷幕建好后，停止10 min后，开始用凝固时间比较慢（凝固时间在3~5 min）的液浆填充满止浆帷幕中间的空隙，注浆压力控制在2.5 MPa内，当注浆压力接近2.5 MPa时停止注浆。注完浆后要封孔，封孔时浆液凝固时间调整到15s，注完50 kg水泥，关掉注浆泵。2.3.2 用二次注浆控制管片上浮方法 地层形式和浆液的配比是引起管片上浮的主要因素。管片上浮发生在硬岩段，采取措施让管片和顶部的围岩很快连成一个整体，利用围岩的约束力来有效控制管片上浮是解决的有效途径。用二次注双液浆可在管片与围岩之间形成结块，在同步注浆的浆液未凝固之前，双液浆凝固的结块镶嵌在管片和围岩之间，这样就基本控制了管片的上浮。双液浆选用水泥浆和水玻璃，二次注浆的压力控制在2.5 MPa内，浆液凝固时间调整在20 s左右。选用二次注浆来控制管片上浮是最经济、最合理的处理途径。2.3.3 用二次注浆防水、堵漏方法 隧道漏水的直接原因是止水条松动错位，或止水条处的混凝土开裂，间接原因是管片背面的浆液还未填充密实，所以二次注浆是堵漏的方法之一。根据隧道里漏水情况选择合适的浆液和注浆压力很重要，在硬岩段和单个大漏水点处一般选用双液浆，浆液凝固时间控制在60~120 s；在软土层选用单液浆，或凝固时间在5~10 min的可塑型浆液，用水灰比1∶1的水泥浆，注浆压力控制在2.5 MPa内。3 结语 （1）在硬岩地段盾构注浆宜采用同步注浆和二次注浆相结合的背后注浆方式，浆液配比要在保证砂浆稠度、离析率、固结率、强度等指标的基础上确定，其凝胶时间宜延长并控制在5~12 h，地下水发育时，浆液的凝胶时间宜调短。 （2）在自稳能力较差的强风化、全风化岩地层和黏土层，盾构注浆单液浆和双液浆都可选，凝胶时间适当缩短为4~7h，同步注浆压力为0.15~0.2 MPa，必要时进行二次补浆以及采取地层加固辅助施工措施。 （3）在富含水地层中注浆要求能迅速阻水，快速充填。故要求浆液凝固时间短，黏性大，保水性强，不离析，凝胶时间宜控制在4~6 h。 （4）在盾构始发和到达段，总体上要求缩短浆液凝胶时间，以便在填充地层的同时能尽早获得浆液固结体强度，保证开挖面安全并防止从洞口处漏浆。 从整个客-大盾构工程施工过程看，注浆质量把握较好，地面沉降控制在+10~-30 mm内，未引起建筑物沉降、倾斜、开裂。本工程不足的地方是，在施工参数调整上过于保守，例如，试验段主要地质是残积土、岩石全风化带地层，注入率λ应该从1.6调到1.4时，却不敢调，导致浪费。在中风化地层中，由于盾尾止浆板部分已脱落，注浆压力不可能达到1.5 MPa，但施工指令仍然要求达到1.5 MPa，造成大量的浆液窜入土仓，造成经济损失。所以，盾构注浆施工一定要合理科学。