盾构隧道管片壁后同步注浆的机理与方法探讨

圆园19年第24期
（DEVELOPMENT GUIDE TO BUILDING MATERIALS
）盾构隧道管片壁后同步注浆的机理与方法探讨
关占印（中铁工程装备集团盾构再制造有限公司天津300450刘天成（中铁十一局集团第五工程有限公司
重庆400037
乔清源（中建隧道建设有限公司
重庆
401320
）摘
要：盾构隧道施工过程中，管片脱离盾尾会导致岩土体和管片外壳之间形成类似环形柱状的建筑空
隙，扰动隧道围岩，从而引起上方地表沉降或隆起。

该文结合盾构隧道开挖引起地表变形的过程、注浆填充沉降阶段浆体与岩土体的作用机理，以某土压平衡式盾构在泥岩砂岩互层地区施工为工程实例，详细论述隧道盾构管片壁后同步注浆的具体方法，旨在为同步注浆填充建筑空隙控制地表变形和保障周边环境安全提供相应的理论支撑。

关键词：地铁；盾构隧道；壁后注浆
0引言
地铁隧道工程具有隐蔽性，不确定性影响因
素多样复杂，施工可能会引起地表沉降或隆起，进而影响到近接建筑物和构筑物，壁后同步注浆可以有效控制盾构隧道施工引起的地表变形和保障周边环境安全。

在盾构隧道壁后注浆研究方面，叶飞等[1]综述了盾构隧道壁后注浆的研究现状和未来的发展方向，指出当前对注浆效果的评估和注浆参数控制的应用研究还有待加强。

蔡德国等[2]通过室内模型试验系统研究了砂性地层盾构隧道壁后注浆浆体扩的散机理。

黄宏伟等[3-4]介绍了盾构隧道壁后注浆分布的探地雷达探测方法，并用模拟试验对注浆效果进行了解释。

这些研究对盾构隧道壁后注浆研究具有一定的理论参考价值，结合盾构隧道开挖引起地层变形的过程、理论分析和工程应用实例，对隧道盾构管片壁后同步注浆的具体方法进行论述，以期为有效控制地铁盾构隧道施工引起岩土体变形和保障周边环境安全提供借鉴。

1盾构施工引起地表沉降的时空效应
1.1时间效应
根据盾构法隧道各个施工阶段影响因素的不同，可以把隧道施工引起的地表沉降细分为以下5个阶段：1.1.1预沉降阶段
当盾构隧道开挖达到预先设定的监测断面之
前，盾构开挖会扰动前方岩土体，产生地表沉降量极小，地质条件较好的隧道施工前期地表甚至是零沉降。

预沉降阶段的地表沉降影响区主要受岩土体的水文地质条件控制，地下水下降和隧道上部覆土层厚度增大时，岩土体固结沉降会最终引起地表沉降。

1.1.2掌子面附近地表沉降阶段
当盾构隧道开挖的掌子面正好下穿过监测断面时，盾构掘进参数设置不当引起掌子面的岩土体失稳、隧道掘进后岩土体的初始应力减小、岩土体产生塑性变形等原因，都会导致地表产生沉降或隆起。

正常情况下，前期地质勘查设置的盾构土压力F1应抵消掌子面处的水土压力之和F2。

当F1<F2时，掌子面前方的岩土体会向盾构方向移动，造成的地层损失会引起地表下沉。

当F1>F2时，则掌子面前方的岩土体受盾构的挤压作用，掌子面上方的岩土体受向上作用力，最终会引起地表隆起。

1.1.3盾构穿过沉降阶段
从盾构刀盘通过监测断面开始，到盾尾穿过监测断面结束过程中，盾壳外径和刀盘外径不同，以及盾壳与岩土体之间的剪切作用，都会扰动周边岩土体，引起地表沉降。

1.1.4注浆填充沉降阶段
为减小盾构推进的阻力，刀盘尺寸一般略大于盾构外壳尺寸，盾壳的外径又大于盾构管片外径，当管片脱离盾尾时，若注浆不及时，建筑空
工程技术
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圆园19年第17卷关占印：盾构隧道管片壁后同步注浆的机理与方法探讨
水泥/kg粉煤灰/kg膨润土/kg砂/kg水/kg
80~140381~24160~50710~934460~470
表1同步注浆材料配比范围
隙就会被周围的岩土体填充，产生较大的地层损失，在地表处产生沉降变形。

可以通过控制同步注浆的压力和浆体填充率等参数来降低地层损失。

1.1.5后期沉降阶段
表现为固结沉降和蠕变残余变形沉降，主要由前期盾构掘进时对周围岩土体的扰动和地层降水固结引起的，约占总地表沉降量的5%~30%。

1.2空间效应
当盾构推进时，盾构法隧道施工引起的地表沉降在空间上表现为三维分布，具体有以下特点：（1）盾构刀盘前方和四周岩土体均可产生变形，隧道上部土层离盾构刀盘越近，地表沉降槽宽度越小。

（2）盾构法隧道施工引起的地表沉降槽曲线在横断面上呈高斯分布，以隧道轴线为对称轴，两侧沉降逐渐减小。

（3）地表沉降也随着隧道开挖，沿着纵向发展，地表沉降槽呈波浪形状。

（4）在纵断面上不同位置的地表沉降，分布形式具有差异性，如盾构刀盘前方表现为拉伸区，后方表现为压缩区。

（5）最终地表沉降值的大小主要与水文地质和埋深条件等影响因素有关。

2同步注浆浆体与岩土体的作用机理
在注浆填充沉降阶段，受地质水文条件、施工工艺、注浆材料和注浆压力、注浆量、注浆速率等参数多种影响因素的耦合作用，同步注浆浆体在建筑空隙扩散的过程和机理复杂。

按照浆体注入的时间，可以将盾构壁后注浆划分为3种：同步注浆、二次补强注浆和即时注浆。

其中，同步注浆，顾名思义，就是在盾构推进的同时，通过同步注浆系统和盾尾的注浆管向盾尾建筑空隙注入浆体，浆体最终和周围岩土体紧密接触，填充效果较好的浆体可以有效控制地层变形。

一般来说，同步注浆的浆体对周围岩土体的作用，在易坍塌的砂质土、含黏土少的砂、砂砾，以及土质较好的软黏土地层中以压密为主，在砂土地层中以渗透为主。

不管是压密效应，还是渗透效应，浆体都会类似柱形孔向岩土体扩张，对岩土体产生径向附加压力，最终导致隧道围岩发生变形。

此外，当注浆压力较大时，浆体会对周围岩土体产生劈裂效应。

3盾构隧道管片壁后同步注浆的方法结合上述盾构施工引起地表沉降的时间效应和空间效应，以及注浆填充沉降阶段浆体与岩土体的作用机理，以某土压平衡式盾构在泥岩砂岩互层地区施工为例，重点对盾构隧道管片壁后同步注浆的方法进行论述。

3.1注浆材料和配比
土压平衡式盾构在开挖软硬交替的泥岩砂岩互层时，盾尾管片外壳与地层之间会形成环柱状宽度为115~140mm的建筑空隙，为避免管片周围岩土体产生过大松动或坍塌，引起地表沉降，需要采用结石率>95%（固结收缩率<5%）、固结体强度>0.2MPa/天（>2.5MPa/28天），以及耐久性好和防地下水侵蚀的水泥砂浆进行同步充填，其中，水泥为耐腐蚀性好的42.5级抗硫酸盐水泥，根据施工经验，给出表1同步注浆材料的配比范围，在实际施工过程中，可以根据地层和地下水变化以及周边环境等，不断对注浆材料的配比进行适当调整。

3.2关键技术参数
当盾构在硬质砂岩地层掘进时，盾构土仓应保持空仓，注浆压力、刀盘转速、贯入度和掘进速度分别控制在0.8~1.5bar、1.7rpm、1cm、10~ 30mm/min范围内，每环注浆量应大于6m3；当含水量较大时，土仓的渣土应采用膨润土进行改良，增加油脂和水泥用量。

当盾构进入软质泥岩地层时，上土仓压力控制为0.05~0.08Mpa（覆土10~ 17m>1倍隧道直径D=6.2m）；当盾构掘进上软下硬地层时，上土仓压力、刀盘转速和掘进速度分别控制为0.03Mpa、1.7rpm、10~30mm/min，掘进推力小于1600t；当盾构掘进上硬下软地层时，刀盘转速可控制为1.8rpm。

3.3同步注浆流程
当土压平衡式盾构掘进时，注浆可按同步注浆流程进行施工。

工程技术
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圆园19年第24期
（DEVELOPMENT GUIDE TO BUILDING MATERIALS
）4结语
结合盾构隧道开挖施工引起地表沉降的时空
效应和同步注浆浆体与岩土体的作用机理，以某土压平衡式盾构在泥岩砂岩互层地区施工为应用实例，论述隧道盾构管片壁后同步注浆过程中的注浆材料和配比、关键技术参数以及同步注浆流程。

参考文献：
[1]叶飞,毛家骅,纪明,等.盾构隧道壁后注浆研究现状及发展趋势[J].
隧道建设,2015,35(08):739-752.
[2]蔡德国,叶飞,曹凯,等.砂性地层盾构隧道壁后注浆浆液扩散室
内试验[J].中国公路学报,2018,31(10):274-283.
[3]黄宏伟,刘遹剑,谢雄耀.盾构隧道壁后注浆效果的雷达探测研
究[J].岩土力学,2003(S2):353-356.
[4]黄宏伟,杜军,谢雄耀.盾构隧道壁后注浆的探地雷达探测模拟
试验[J].岩土工程学报,2007(02):243-248.
收稿日期：2019-11-01
作者简介：关占印（1985-），男，汉族，本科，工
程师，研究方向：盾构机设计。

（编辑：高峰）
探究市政道路工程路基路面压实技术的控制要点
王磊（新乡市市政建设工程有限公司
河南新乡453000
）摘
要：该文探讨了在市政道路工程中，对路基路面压实的技术原理，以及施工的技术控制要点，以求
提高道路工程的整体施工质量。

关键词：市政道路工程；路基路面；压实技术；控制要点
0引言
交通运输行业是我国经济发展的支柱型产业，
在社会进步的过程中不断发展和完善，在很多程度上推动经济持续发展，并且市政道路承担着车速和行车密度等压力，需要在不断提高其路基路面施工质量的前提下确保行车安全。

路基路面施工质量受到其压实施工技术要点的影响。

1市政道路工程路基路面压实技术原理
首先，分析揉搓力作用。

市政道路工程路基
路面压实技术在使用过程中需要使用揉搓力租用，该作用来自于碾压轮的柔性碾压。

在压实施工好，保证揉搓力的有效性，就能够保证轮胎与路面土壤在密闭的空间内进行接触，使二者之间产生相互揉搓的效果，确保压实施工质量。

压实材料的压实处理操作需要使用震动压路机来完成，其压实使用的是交变扭矩之间产生的揉搓力，有利于保证介质面层压实度满足实际施工质量要求。

其次，分析冲击力作用。

压路机的主要作用是冲击，
利用该冲击力作用进行压实施工时，当压路机对路面的凸角进行压实施工时，其非圆压轮能够利用瞬间坠落的冲击力作用，即利用自由落体冲击作用形成巨大的压力波[1]。

在压力波的作用下，路基路面处于动态作用中，凸角处的能力就会向周围散开，这样能够获得较好的压实效果。

再次，静态压力作用在路基路面压实施工中同样具有重要作用。

在静态压力的作用下，土壤颗粒之间能够保持非常靠近的状态，从而使土壤有良好的密实度；但静态压力的租用效果有限，无法达到预期的压实效果，但如果静态压力过大，又会破坏土壤的表层结构，需要确保使用的合理性。

此外，对路基路面压实技术中的震动力作用进行分析。

振动力作用是在连续高频冲击载荷作用下产生。

压路机的震动频率一般在20~50Hz ，利用震动载荷促使土壤颗粒受到高频振动作用，可消除颗粒之间的内部摩擦作用；压路机自身的重量会产生静态压力，促使土壤形成一定的剪切应力和压应力，能够促使土壤颗粒重新排列，小颗粒就会在
工程技术
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