盾构 壁后注浆

一、 工艺概述

1 、定义

1.1 同步注浆

同步注浆与盾构掘进同时进行，通过同步注浆系统及盾尾的注浆管，在盾构向前推进管片背后空隙形成的同时进行。同步注浆在管片背后空隙形成的极短的时间内将其充填密实，从而使周围岩体获得及时的支撑，可有效地防止岩体的坍陷，控制地表的沉降。

1.2 二次补强注浆

为提高背衬注浆层的防水性及密实度，必要时在同步注浆结束后进行补强注浆。补强注浆一般在管片与岩壁间的空隙充填密实性差，致使地表沉降得不到有效控制的情况下才实施。

2 、总体施工方案

盾构掘进期间采用同步注浆方式用拌制好的水泥砂浆填充管片壁后，同时采用地表沉降监测进行信息反馈，结合洞内超声波或人工开孔等方法探测背衬后有无空洞的方法，综合判断是否需要进行二次补强注浆；二次补强注浆根据水文地质情况，及同步注浆效果等现场实际情况，有针对性的选择注浆材料，通过管片注浆孔（吊装孔）由外置注浆机注入管片壁后。

二、 作业内容

材料准备 →浆液拌制→浆液运输与贮存→浆液注入→注浆系统清洗

三、 质量标准及验收方法

根据《地下铁道工程施工及验收规范》中第 8.7.4 条规定：注浆时壁后空隙应全部填充密实，注浆量应控制在 130%～180%。

  表 1   同步注浆基本性能参数表

四、工艺流程及管理程序图

1 、施工流程图

图 1   同步注浆施工流程图 图 2   二次补强注浆施工流程图

2、管理程序图

五、主要工序步骤及质量控制说明

1、同步注浆工序步骤

1.1材料准备

砂要求采用细度模量 1.6～2.3 的细砂,不允许夹杂有 5mm 以上的豆石或杂物，需要时需对砂子进行过筛处理；

水泥、膨润土不能有结块现象。

1.2浆液拌制

浆液配合比严格按工程师通知配合比配制；

原材料计量误差要控制在规范要求范围内；

投料顺序按水、水泥、砂依次进行；

搅拌时间控制在 2 分钟左右；

浆液配合比

同步注浆与二次补强注浆配合比见下表：

表 1   同步注浆配合比

说明：

C （ Cement ） ――水泥， F （ Flyash ） ――粉煤灰， S （ Sand ） ――砂， B （ Bentnint ） ―― 膨润土， W （ Water ） ――水； 外加剂为上海麦斯特公司提供的 RH1100CA   引气剂 （兼有缓凝作用 ） 。

1.3砂浆运输

同步注浆砂浆搅拌好后，下放到编组列车中的砂浆运输罐与其他车辆同时进入掘进工作面；

砂浆运输时间不宜过长（不至发生初凝），若需运输时间较长时，则考虑加缓凝剂；

砂浆运输罐应有搅拌功能，防止发生沉淀、离析现象，；

砂浆在运输过程中不得随意加水。

1.4砂浆的输送及贮存

砂浆运输进入掘进工作面，随后通过拖车上的砂浆泵将运输罐中的浆液注入盾构配套贮浆罐。

砂浆在贮浆罐中应持续搅拌直至砂浆注完，贮存时间不宜过长。

1.5砂浆注入

同步注浆通过盾构上配置的注浆泵将砂浆注入，在每个注浆管出口设置分压器，以便对各注浆管的注浆压力和注浆量进行检测控制，从而获得对管片背后的对称均匀压注；

同步注浆在地层均匀和盾构机姿态较好时， 4  个注浆孔应均衡注入；

图 1   同步注浆示意图

注浆量

管片背后注浆量的确定是以管片建筑空隙量为基础并结合地层、线路及掘进方式等考虑适当的注浆率，以保证达到充填密实的目的。可用以下公式进行计算实际的注浆量：

Q=V×α

Q 实际的注浆量

V 刀盘开挖尺寸与管片外径之间的空隙量

α 注浆率

根据施工实际这里的注浆率包括由注浆压力产生的压密系数、取决于地质情况的土质系数、施工消耗系数、由掘进方式产生的超挖系数等。一般情况下，可主要考虑土质系数和超挖系数。

土质系数取决于地层性质，不同的地质地层其土质系数也不同，一般取值为 1.1~1.5。在完整性好、自稳能力强的硬质地层中，浆液不易渗透到衬砌周围的土体中去，可取较小的土质系数甚至不用考虑。但在裂隙发育的岩质地层或以砂、砾石为主的大渗透系数地层，浆液极易渗透到衬砌周围的土体中，因此在这样的地层应考虑较大的土质系数，可取 1.3~1.5。在以粘土、粉砂为主的小渗透系数地层，浆液在注入压力的作用下也会对土体产生劈裂渗透，故也应考虑 1.1~1.3 的土质系数。

超挖系数是正常情况下盾尾建筑空隙的修正系数。超挖系数一般只在曲线施工中产生（直线段盾构机机体与隧道设计轴线有较大夹角时也会产生，其值一般较小可不予考虑），其具体数值可通过几何计算得出。

以上系数在考虑时需累计为最后的注浆率。

注浆压力

注浆压力的确定也是注浆施工中很重要的一个方面，其值过大可能会损坏管片和尾刷直至进入前部土仓，而反之浆液又不易注入，故应综合考虑地质情况、管片强度、设备性能、浆液性质、土仓压力等以确定出能完全充填且安全的最佳值。根据施工实际其值一般可取 0.2~0.4Mpa。

注浆应与盾构掘进同步进行，视掘进速度调整注浆压力与泵送次数，保证浆液均匀、密实填充管片壁后。

1.6注浆系统清洗与保养

注浆作业完毕后，搅拌机、运输罐、泵、注浆管路一定要及时清理干净，一般每一工作班最少应清理一次。

若发生特殊情况，浆液在泵、注浆管路中停滞时间较长时，为避免堵管就必须进行管路清理或用膨润土充满管路。

每天操作人员必须对注浆设备进行彻底的清理、检查，要保证注浆泵和管路内无残积的浆液，并保证其正常工作。

2、二次注浆工序步骤

2.1材料准备及运输

二次补强注浆一般采用以水泥净浆为 A

液、水玻璃为 B 液的双液浆进行

注浆所使用的水泥为 32.5#～42.5#普通硅酸盐水泥，水玻璃浓度为 30～40Be’

在洞内注浆时，水泥与水玻璃放置在列车编组的管片车上，运输进工作面。

2.2浆液拌制

二次补强注浆浆液在工作面附近进行拌制，水泥浆采用双液注浆机自备的搅拌桶拌制。

浆液配合比

表 3   二次补强注浆配合比

2.3注浆头安装

双液注浆通过管片注浆孔进行，注浆前应用冲击钻或钢筋钎子将管片注浆孔击穿，并安装注浆头。

注浆头为管片吊装螺栓改造而成，前端带丝可拧入管片注浆孔中，后端带丝扣，可接球阀与注浆管。

安装好后应将球阀与注浆管接上，并关闭球阀。

2.4浆液注入

将双液注浆机上的两跟吸浆管分别放置在水泥浆与水玻璃中，打开注浆头球阀，关闭混合器泄压阀。

注浆开始后，两种浆液被吸入，通过混合器在最前端管路中混合并注入管片壁后。

注浆停止后，应先关闭注浆头球阀，再打开混合器泄压阀，待管内压力释放后，方可拔除注浆管。

注浆顺序

①补强注浆应先压注可能存在大的空隙一侧、或软岩、或节理裂隙较发育的一侧。

②如需整环补强注浆，注浆应由下至上、左右均衡选择注浆孔进行。

注浆量

二次补强注浆量主要由注浆压力控制

二次补强注浆时应特别注意注浆压力的控制，尽量控制在 0.5Mpa 以内，又尤其在衬砌环

的封顶块位置注浆时。因为注浆压力过大易使连接螺栓被剪断。

2.5注浆机清洗与保养

每次注浆结束后，应用清水对管路进行清洗。

注浆管拔出后，将两根吸浆管同时放入清水桶中，打开注浆机用清水清洗管路，要求达到从注浆管口压出的水中无水泥浆或双液浆结块杂质。

全部注浆完毕，洗泵后移出吸浆管，使泵运转一分钟（以便将泵内残存液体排出），然后切断电源停机。

拆开吸浆阀门、排浆阀门及注浆缸，清理干净积水及污物，然后涂抹防锈油，重新组装好封存备用。

3、注浆施工质量控制

3.1同步注浆坚持“掘进必须注浆”的原则；按照《质量计划》要求，注浆是按特殊过程控制程序进行控制：人员须培训后上岗；所用设备、计量器具等需经过鉴定；所用各种原材料的检验执行《采购产品的检验和试验控制程序》；施工过程施行连续监控，并形成记录；

3.2注浆前进行详细的浆材配比试验，选定合适的注浆材料及浆液配比，保证所选浆材配比、强度、耐久性等物理力学指标符合业主和设计要求；

3.3制订详细的注浆施工设计和工艺流程及注浆质量控制程序，严格按要求实施注浆、检查、记录、分析，及时做出 P（注浆压力）—Q（注浆量）—t（时间）曲线，分析注浆效果，反馈指导下次注浆，并及时报告业主和现场工程师；

3.4进行信息反馈，修正注浆参数设计和施工方法，发现情况及时解决；

3.5做好注浆设备的维修保养，注浆材料供应，保证注浆作业顺利连续不中断进行；

3.6盾尾漏浆：一般采取堵漏的方法，用棉纱和木楔进行封堵；

3.7掌子面漏浆：由于围岩稳定性差，造成盾壳与岩面间空隙过大或注浆压力过大，注浆时浆液会顺着盾壳外壁漏进掌子面，遇这种情况，须利用泡沫注入系统，向盾壳与岩壁间注入一膨润土隔环，防止浆液流入掌子面。并控制注浆压力，使注浆压力低于土仓设定压力 0.2bar。

3.8拌料时，水、膨润土、水泥、砂要按照正确的顺序进行投料；

3.9注浆设计压力是指注浆管孔口压力，而不是泵的工作压力；

3.10要保证注浆泵能正常工作，注浆管路畅通，压力显示系统准确无误；

3.11浆液要从管片的对称位置注入，防止产生偏压使管片发生错台或损坏；

3.12注浆过程中要密切关注管片的变形情况，若发现管片有破损、错台、上浮等现象应立即停止注浆；

3.13注浆过程中，若在不提高注浆压力而注浆量很大，或注浆量突然增大时应检查是否发生了泄漏或注入掌子面，若发生上述现象应停止注浆，妥善处理后再继续注入；

3.14注浆过程中若发生管路堵塞，应立即处理以防止管中浆液凝结；

3.15作业完毕后，搅拌机、运输罐、泵、注浆管路一定要及时清理干净，原则每一工作班清理一次；

3.16在需要长时间停机时，必须以膨润土浆液（其配合比一般为：水灰比 0.8，水泥:膨润土＝1:1）填充注浆管路。

3.17二次补强注浆每次结束要立即用水清洗注浆管；

3.18若遇有水涌出的孔位，则应调整双液浆的配比，缩短胶凝时间，达到迅速阻水的目的；

六、施工机械及工艺装备

1、同步注浆设备

1.1搅拌站：自行设计建造砂浆搅拌站一座

1.2同步注浆系统：

配备 SWINGKSP12 液压注浆泵 2 台（盾构上已配置），注浆能力 2×12m3/h，8 个盾尾注入管(其中 4 个备用)及其配套管路。

1.3运输系统：

自制砂浆罐车（ 6m3），带有自动搅拌功能和砂浆输送泵。随编组列车一起运输。

图 1    SJ6B   砂浆运输车

2 、二次补强注浆设备

2.1 注浆泵

采用 KBY-80/70   型双液注浆泵 参数如下：

公称流量 (L/min):80

公称压力 ( Mpa   ):0.5- 7

驱动功率 (   KW ):15

额定往复次数 (min-1):20容积效率(%):85

总 效 率 (%) :72

外形尺寸 (mm):2000*1050*850 质 量 (kg):460

2.2 搅拌机

图 2   KBY-80/70   双液注浆

LJ―300 型搅拌机是一种立式筒型结构的专用机械。主 要由电机、摆线针轮减速器、筒体、搅拌翼、进料隔栅、排浆阀门等组成。

容量 : 300L

转速 : 85r/min

排浆口外径 : 60mm

额定往复次数 (min- 1): 20

外形尺寸 (mm): 1165*770*1385

质 量 (kg): 155

七、作业组织

1 、同步注浆人员及设备配置

表 1   同步注浆人员配置表

表 2   同步注浆机械配置表

2 、二次补强注浆人员及设备配置

表 3   二次补强注浆人员配置表

表 4   二次补强注浆机械配置表

八、生产效率与材料消耗

同步注浆效率与盾构掘进保持一致，其材料消耗与施工配合比以及地层岩土性状机每环的宽度有关，根据实际设定。

二次补强注浆效率与材料消耗由管片壁后空洞程度、浆液配合比以及注浆压力决定。

九、安全生产及环境保护

1、施工安全措施

1.1安全管理措施

建立严密的安全制度：确保安全施工，以此作为项目经理的主要考核目标；

实行安全生产目标控制管理：在布置施工任务的同时布置安全生产指标和要求，考核工作成绩的同时也考核安全指标的完成情况；

进行安全教育：对所有进场的职工，必须进行安全生产的消防意识的教育工作，坚持特种作业持证上岗的制度；

项目设兼职安全员：严格制止违章指挥和违章作业，加强对安全生产检查和考评工作，凡发现安全隐患，必须及时整改；

认真编制安全生产措施：在各分项工程施工前，班组长必须进行书面的安全技术交底，做到交底内容明确，针对性和实用性要强，操作人员必须按交底要求和安全操用规程进行施工。

1.2安全技术措施

清洗管路时首先停止注浆，并释放管道及设备中的压力。

在清洗和拆装管接头的过程中严禁管接头直接对准人，管道的残余压力有可能对人员造成伤害。

在人员进入贮浆罐清洗时应彻底关掉电源，并悬挂明显的标示，同时应有专人负责罐内工作人员的作业安全。

由于浆液对人体有腐蚀，禁止用手直接接触浆液。

注浆工具及管接头的摆放位置应稳妥，以免掉落而发生危险。

使用高压清洗机清洗设备时应严格按照清洗机操作规程进行操作。

施工中正确佩戴安全防护用品，配料人员佩戴橡胶手套、空气过滤面罩，拆装注浆头、管路人员应佩戴防护眼镜，防止浆液迸溅进入眼睛。

2、环境保护措施

施工现场材料应堆放整齐，施工垃圾统一堆放并及时处理。

施工产生的污水要经过滤沉淀后，方可入市政管道。

搅拌站要设置顶棚及过滤装置，防止固体颗粒物排放超标。

建立环境监控机制，定期检查施工场地范围各项环境指标。