预拌盾构注浆料及同步注浆施工工艺分析

日出蒙汜 2024-3-14 14:29 11人围观砂浆

引言当前，城市轨道交通发展迅速，盾构工法因机械化程度高、掘进效率高，得到了广泛应用。盾构隧道在开挖过程中多采用同步注浆配套，而传统的注浆料采用现场搅拌，搅拌过程中粉尘大，对环境及作业工人的身体健康有害 ...

引言

当前，城市轨道交通发展迅速，盾构工法因机械化程度高、掘进效率高，得到了广泛应用^[1]。盾构隧道在开挖过程中多采用同步注浆配套，而传统的注浆料采用现场搅拌，搅拌过程中粉尘大，对环境及作业工人的身体健康有害。全国一、二线城市大多要求禁止在施工现场搅拌砂浆，因此，预拌盾构注浆料在盾构隧道建设过程中的应用越来越广泛^[2]。

预拌盾构注浆料是以胶凝材料、经分级处理的干燥细集料、填料、外加剂等作为原料，按照规定配合比加工制成的一种干态混合物。预拌盾构注浆料运送至工地后，操作工人通过操作控制按钮，与水按一定比例混合，搅拌成均匀料浆，用于盾构施工的同步注浆材料。预拌盾构注浆料的主要作用是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，确保管片衬砌的早期稳定性，并形成衬砌防水的第一道防线^[3-5]。

1 盾构注浆料的原理及优势

1.1 盾构同步注浆的原理

在盾构法隧道施工过程中，随着盾构的推进，预留的管片外环与地层之间会产生空隙，这种空隙会导致地面沉降等不利因素。为了对这些空隙进行填充，在盾构推进的过程中，按规定的注浆压力和注浆量从盾尾注浆孔注入具有适当的早期强度和最终强度的浆液材料填充盾尾间隙^[6]，即为盾构同步注浆工艺，这种工艺不影响盾构掘进，能有效防止土体变形坍塌。同步注浆工艺是盾构法隧道施工过程中的一道关键工序，对成环隧道结构的稳定、周围土体的变形控制等起到关键作用。

1.2 预拌盾构注浆料的优势

（1）预拌盾构注浆料由工厂预制而成，可降低粉尘污染，符合国家政策，提高绿色文明施工水平；

（2）工厂内精确计量、高效混合，现场加水搅拌即可，产品性能稳定，可提高施工质量；

（3）工厂内可使用多种胶凝材料与多种集料并对集料的级配进行有效控制；

（4）散装罐自带连续式混浆机，方便、快捷，可随用随拌、节省场地，节约大量人工；

（5）储存于现场密闭散装罐内，占地面积小，且对环境适应能力强，无需特殊储存。

2 盾构注浆料的分类

盾构注浆料分为单液浆与双液浆。

（1）单液浆有稀稠之分，稀浆与稠浆配比不同，使用要求也不同。稀浆侧重于流动性能，用于壁后空隙较小、对浆液流动性要求较高的工程。稠浆侧重于体积稳定性，用于壁后空隙略大、对固结率要求较高的工程，其技术指标要求及检验方法见表1。

检验方法依据DB11/T 1608—2018《预拌盾构注浆料应用技术规程》、GB/T 50448—2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》、GB/T 1346—2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》、JGJ/T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法》。

（2）双液浆由两种组分组成，一种是无砂水泥基料浆，另一种是水玻璃。在工地施工时，先进行水泥浆配制和水玻璃浆液配制，再进行注浆施工。其主要应用于涌水注浆、回填注浆、同步注浆、防止地表下沉、建筑物纠斜、隧道及矿井采掘工作面注浆堵水，以及建筑物加固补强等工程，其技术指标要求及检验方法见表2，检验方法依据QGD—033—2017《预拌盾构注浆料应用技术规程》、JGJ/T 70—2009。

3 盾构同步注浆施工工艺及案例

3.1 工程概况

某城市地铁左线隧道长约1702.811m，右线隧道长1707.652m；左线盾构掘进1390环，右线盾构掘进1394环，共2784环；盾构同步注浆施工使用预拌注浆料共15481.55t。

3.2 材料要求

（1）盾构注浆料的收缩率要小，体积收缩小。

（2）凝结时间要合适，初凝要快，即浆体在短时间内达到初凝，使浆体不易流失，保证压浆质量；终凝要慢，即要求压出的浆体在较长时间内应具有塑性，可防止破坏盾尾密封装置。

3.3 施工机械

同步注浆施工机械主要有拌浆设备和注浆设备。拌浆设备有地面拌浆设备和工作面拌浆设备，地面拌浆设备主要包括拌浆机、起吊输送设备、质量测定仪器、稠度仪及磅秤等；工作面拌浆设备主要包括盾构机拌浆系统。

注浆设备主要采用注浆泵，有单双液之分。

3.4 施工要点

开展注浆施工前，做好浆液材料检测工作，如：浆液是否正常、观察管片是否发生损坏等。如果发生上述情况，立即停止注浆。在同步注浆过程中，注浆材料在出浆口的位置需要足够的压力，而此压力由注浆泵提供并通过注浆管传递至出浆口位置。

3.5 同步注浆施工工艺

（1）盾构始发段同步注浆。在盾尾脱出加固区后进行同步注浆液拌制，拌制好后直接通过地表管路泵入到后配套设备的注浆罐中，再通过压浆泵送至盾尾浆液注入点注入。浆液输送管路较长，应避免管路堵塞，影响同步注浆。在施工结束后及时压注膨润土浆液，疏通浆液泵送管路，减少堵管的可能，做到同步施工。

（2）盾构掘进正常段同步注浆。每环开始推进前，先拌制足够1环使用的浆液打入注浆罐，当开始掘进后，保证注浆罐储存的浆液能够满足同步注浆要求，保证施工的连续性。在管片脱出盾尾5环后，对管片的建筑空隙进行壁后2次注浆，整个区间每隔5环注浆1次，压浆量的控制根据变形信息确定。

（3）壁后2次注浆。同步浆量按照理论计算，应该为盾构穿越地层产生空隙量的150%～180%。但是在实际施工中，同步注浆注入量即使达到180%也不能完全控制住地面沉降，原因如下：一是同步注浆的浆液不能完全填充盾构穿越产生的空隙；二是地层渗透系数太大，浆液流失到地层中；三是同步注浆的浆液在凝固时体积会产生收缩。因此，需要进行二次注浆。如果出现管片漏水等现象时，则根据实际情况，对注浆方法和材料确定后，进行补充注浆。

3.6 同步注浆常见问题及解决措施

（1）单浆液注浆施工中，常因盾构注浆料浆液配合比不当等原因造成浆液质量不合格、注浆效果不佳，而引起地面和隧道的沉降。主要解决措施是根据盾构形式、土质情况等选择合适的浆液配比，并从材料质量及生产管理方面进行严格把控。

（2）单浆液注浆施工中，常因浆液凝结或浆液中砂子含量高等原因造成单液注浆管堵塞或浆管爆裂。主要解决措施是搅拌浆液时要充分搅拌，定时清理浆管，并采用膨润土泥浆压注。

（3）双浆液注浆施工中，常因长时间未注浆或两种浆液的注浆泵压力不匹配等原因，造成双液浆管堵塞。主要解决措施是每次注浆结束都应清洗浆管，并注意调整两种浆液的注浆泵压力。

结语

在地铁工程建设过程中，同步注浆技术及注浆料的质量、注浆工艺是保障隧道盾构掘进，有效防止土体变形坍塌的关键，采用预拌盾构注浆料既可满足盾构同步注浆材料质量可控，又可满足同步注浆施工要求，同时保护环境，减少城市粉尘污染，提高绿色文明施工水平。