海瑞克土壓平衡盾構機施工的二次注漿技術摘要:在盾構施工中，由于刀盤開挖直徑與盾構管片外徑間存在空隙，同時受地質條件、地下水、隧道埋深、掘進模式等因素的影響，易造成地層變形、管片錯臺、隧道漏水等不良現象，必須對管片背后的空隙選擇合理的注漿技術進行充填。總結并分析廣州地鐵三號線客村-大唐盾構區間的二次注漿技術。關鍵詞:盾構施工；堵漏；二次注漿1 工程概況 廣州地鐵三號線客村-大唐（以下簡稱客-大）區間采用2條分離式的單線盾構隧道，單線長度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，內徑5400 mm，厚度300 mm，寬度1500mm，環間采用錯縫拼裝。采用1臺盾構機施工，盾構機長8325 mm，刀盤直徑6280 mm，盾尾直徑6230 mm。 客-大區間隧道主要穿越有強風化帶、中風化帶、微風化帶，巖石全風化帶，巖性為泥質粉砂巖，局部穿越可塑或稍密狀殘積土。隧道上方主要為中風化、強風化巖層及殘積層。通過地層屬較軟地層，巖質較均一，自穩能力較好，但節理裂隙較發育，局部易碎裂坍塌。 客-大區間穿過建筑物共150棟，房屋層數多為2～9層，以天然基礎為主；有少量的高層，樁長較長。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，也是注漿技術的主要目的。 本標段采用1臺海瑞克土壓平衡盾構機進行施工。根據區間地質情況、地面建筑、掘進模式，采用同 步注漿為主，二次補漿和地面跟蹤注漿為輔的3種注漿形式。本文是對客-大盾構施工中的二次注漿技術的總結。2 盾構施工中的二次注漿技術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 同步背后注漿結束后，漿液在凝固的過程中會有1.4%左右的體積收縮，還有因漿液發生流失，在管片背面會形成空腔。由于空腔的存在，此處地層易發生坍塌變形，隨圍巖松動范圍擴大，會引起地面沉降。用二次注漿及時填充管片背面的空腔，使地層沒有發生變形的空間，有效地控制地面下沉。2.1.2 防水、堵漏提高隧道抗滲能力 盾構隧道成形之后，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，地下水會在此匯集形成水囊，如果管片止水條松動或止水條處混凝土開裂掉塊，形成滲水通道。水囊里的水就會從滲水通道進入隧道，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，達到防水目的。2.2 二次注漿機理2.2.1 漿液凝固特性 客-大區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，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，成為膠態溶液，混合液的黏性隨時間的增加而增長，隨之進入流動態和可塑態，達到凝固區。水玻璃濃度越低，液溫越低，這種雙液漿的液漿維持流動態和可塑態的物理凝膠時間就越長。水玻璃加量太多時，反而會影響水泥漿初凝速度。2.2.2 二次注漿填充機理 客-大區間二次注漿采用的雙液漿一般分瞬凝固結型和可塑型。瞬凝固結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。瞬凝固結型漿液注漿機理如圖2所示，可塑型漿液注漿機理如圖3所示。2.2.3 二次注漿系統 客-大區間采用2臺雙液注漿泵，型號分別為KBY-50/70、YZD-50L/D。自制的自動攪漿設備，轉速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注漿目的和注漿條件，若漿液配比不對，會導致注漿失敗，嚴重時會引起工程事故。根據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間確定，在二次注漿前要現場做試驗。近年來對雙液型漿液的早期強度也有一定的要求，規定1 h后的單軸抗壓強度為0.1 MPa左右。雙液漿凝固時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，注漿壓力控制在2.5 MPa以內，在硬巖里控制沉降，首先是建立止漿帷幕，用水灰比1∶1.2的水泥漿液把雙液漿的凝固時間調整到20~23 s，止漿帷幕建好后，停止10 min后，開始用凝固時間比較慢（凝固時間在3~5 min）的液漿填充滿止漿帷幕中間的空隙，注漿壓力控制在2.5 MPa內，當注漿壓力接近2.5 MPa時停止注漿。注完漿后要封孔，封孔時漿液凝固時間調整到15s，注完50 kg水泥，關掉注漿泵。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。管片上浮發生在硬巖段，采取措施讓管片和頂部的圍巖很快連成一個整體，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塊，在同步注漿的漿液未凝固之前，雙液漿凝固的結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，漿液凝固時間調整在20 s左右。選用二次注漿來控制管片上浮是最經濟、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錯位，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，所以二次注漿是堵漏的方法之一。根據隧道里漏水情況選擇合適的漿液和注漿壓力很重要，在硬巖段和單個大漏水點處一般選用雙液漿，漿液凝固時間控制在60~120 s；在軟土層選用單液漿，或凝固時間在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。3 結語 （1）在硬巖地段盾構注漿宜采用同步注漿和二次注漿相結合的背后注漿方式，漿液配比要在保證砂漿稠度、離析率、固結率、強度等指標的基礎上確定，其凝膠時間宜延長并控制在5~12 h，地下水發育時，漿液的凝膠時間宜調短。 （2）在自穩能力較差的強風化、全風化巖地層和黏土層，盾構注漿單液漿和雙液漿都可選，凝膠時間適當縮短為4~7h，同步注漿壓力為0.15~0.2 MPa，必要時進行二次補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。故要求漿液凝固時間短，黏性大，保水性強，不離析，凝膠時間宜控制在4~6 h。 （4）在盾構始發和到達段，總體上要求縮短漿液凝膠時間，以便在填充地層的同時能盡早獲得漿液固結體強度，保證開挖面安全并防止從洞口處漏漿。 從整個客-大盾構工程施工過程看，注漿質量把握較好，地面沉降控制在+10~-30 mm內，未引起建筑物沉降、傾斜、開裂。本工程不足的地方是，在施工參數調整上過于保守，例如，試驗段主要地質是殘積土、巖石全風化帶地層，注入率λ應該從1.6調到1.4時，卻不敢調，導致浪費。在中風化地層中，由于盾尾止漿板部分已脫落，注漿壓力不可能達到1.5 MPa，但施工指令仍然要求達到1.5 MPa，造成大量的漿液竄入土倉，造成經濟損失。所以，盾構注漿施工一定要合理科學。
把A液（水泥漿）和B液（水玻璃）混合，成為膠態溶液，混合液的黏性隨時間的增加而增長，隨之進入流動態和可塑態，達到凝固區。水玻璃濃度越低，液溫越低，這種雙液漿的液漿維持流動態和可塑態的物理凝膠時間就越長。水玻璃加量太多時，反而會影響水泥漿初凝速度。2.2.2 二次注漿填充機理 客-大區間二次注漿采用的雙液漿一般分瞬凝固結型和可塑型。瞬凝固結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。瞬凝固結型漿液注漿機理如圖2所示，可塑型漿液注漿機理如圖3所示。2.2.3 二次注漿系統 客-大區間采用2臺雙液注漿泵，型號分別為KBY-50/70、YZD-50L/D。自制的自動攪漿設備，轉速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注漿目的和注漿條件，若漿液配比不對，會導致注漿失敗，嚴重時會引起工程事故。根據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間確定，在二次注漿前要現場做試驗。近年來對雙液型漿液的早期強度也有一定的要求，規定1 h后的單軸抗壓強度為0.1 MPa左右。雙液漿凝固時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，注漿壓力控制在2.5 MPa以內，在硬巖里控制沉降，首先是建立止漿帷幕，用水灰比1∶1.2的水泥漿液把雙液漿的凝固時間調整到20~23 s，止漿帷幕建好后，停止10 min后，開始用凝固時間比較慢（凝固時間在3~5 min）的液漿填充滿止漿帷幕中間的空隙，注漿壓力控制在2.5 MPa內，當注漿壓力接近2.5 MPa時停止注漿。注完漿后要封孔，封孔時漿液凝固時間調整到15s，注完50 kg水泥，關掉注漿泵。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。管片上浮發生在硬巖段，采取措施讓管片和頂部的圍巖很快連成一個整體，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塊，在同步注漿的漿液未凝固之前，雙液漿凝固的結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，漿液凝固時間調整在20 s左右。選用二次注漿來控制管片上浮是最經濟、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錯位，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，所以二次注漿是堵漏的方法之一。根據隧道里漏水情況選擇合適的漿液和注漿壓力很重要，在硬巖段和單個大漏水點處一般選用雙液漿，漿液凝固時間控制在60~120 s；在軟土層選用單液漿，或凝固時間在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。3 結語 （1）在硬巖地段盾構注漿宜采用同步注漿和二次注漿相結合的背后注漿方式，漿液配比要在保證砂漿稠度、離析率、固結率、強度等指標的基礎上確定，其凝膠時間宜延長并控制在5~12 h，地下水發育時，漿液的凝膠時間宜調短。 （2）在自穩能力較差的強風化、全風化巖地層和黏土層，盾構注漿單液漿和雙液漿都可選，凝膠時間適當縮短為4~7h，同步注漿壓力為0.15~0.2 MPa，必要時進行二次補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。故要求漿液凝固時間短，黏性大，保水性強，不離析，凝膠時間宜控制在4~6 h。 （4）在盾構始發和到達段，總體上要求縮短漿液凝膠時間，以便在填充地層的同時能盡早獲得漿液固結體強度，保證開挖面安全并防止從洞口處漏漿。 從整個客-大盾構工程施工過程看，注漿質量把握較好，地面沉降控制在+10~-30 mm內，未引起建筑物沉降、傾斜、開裂。本工程不足的地方是，在施工參數調整上過于保守，例如，試驗段主要地質是殘積土、巖石全風化帶地層，注入率λ應該從1.6調到1.4時，卻不敢調，導致浪費。在中風化地層中，由于盾尾止漿板部分已脫落，注漿壓力不可能達到1.5 MPa，但施工指令仍然要求達到1.5 MPa，造成大量的漿液竄入土倉，造成經濟損失。所以，盾構注漿施工一定要合理科學。
