盾构穿越富水漂卵石地层饱和注浆技术研究

文章编号：1009—4539(2021)05—0115—03
盾构穿越富水漂卵石地层饱和注浆
技术研究
杨立伟
(中铁十六局集团地铁工程有限公司北京100018)
摘要：富水砂卵石、漂石地层在我国南方地区普遍存在，尤其是成都地区砂卵石层分布广泛。

在这种地层中，盾构施工诱发砂卵石层变形，盾构机掘进容易发生螺旋输送机喷涌、地层沉降过大的问题。

以成都地铁富水漂卵石地层盾构掘进为研究对象，分析了富水砂卵石、漂石施工难点；提出了盾体周边地层充填饱和注浆技术，即盾尾注浆、管片开孔注浆及中盾预留孔注浆，三种注浆同步进行；重点介绍了饱和注浆浆液配制、参数、设备和注浆步骤、质量控制要点#实践表明：采用这种饱和注浆技术，能有效控制地层损失，可为类似工程提供借鉴。

关键词：富水漂卵石盾构饱和注浆技术沉降
中图分类号：U455.43文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1009-4539.2021.05.026
Research on Satcrated Grouting Technology of Shield Tunneling Through
Water-rich Floating Pebble Stratcm
YANG Limel
(ehina Railway16t h Bureau Group Metre Engineering Co.Ltd.,Beping100018$China)
Abtrrahr：Water-rich sand3cobbeeand bouederstrataarewidespread in southern China$especia e3in Chengdu area.In this kind of stratum,the deformation of sand and gravel layer is induced by shield construction,and the problems of sp P s I conveyor gushing and excessive ground settlement are easy te occur in shieH tunneling.Taking shield tunneling in water­rich cobble stratum of Chengdu Metre as tPe research object,this paper analyzes the construction ddficulties of water-rich sandy cobble and boulder,and puts forward the saturated grouting technology for filling the stratum around the shield body, that is,shiei tad grouting,seyment opening grouting and middle shiei reserved hole grouting,which are carried out simuWaneousW•It maini introduces tPe pwparation of saturated grouting sluiry,parameters,equipment,grouting steps and qualitp controi key points of the system.The practicc shows tPat tPe saturated grouting technology can Cectively controi the formation loss and provide referencc for similar projects.
Key words:water-rich floating pebble；shield；saturated grouting technology；settlement
1前言
成都地铁区间地层卵石层居多，卵石堆积，地层较为松散，刀盘转动对地层的扰动性极大，在盾构机两侧3~5m就会产生沉降，且整个区间隧道上方管线多且密集，其中有燃气管和电力管道，地层沉降控制更需严格。

目前控制沉降一般是在盾尾注浆或者二次注浆，但是效果不明显，管片脱出盾尾后还会造成管片上浮。

为了控制此沉降,研发盾尾注浆、管片开孔注浆、中盾预留孔注浆三种注浆方式同时进行的饱和注浆法。

浆液按功能分三种，中盾预留孔为超
收稿日期：2021-0303
基金项目：中铁十六局集团有限公司科技研究开发计划项目(K2018-25B)
作者简介：杨立伟(1980—),男，河北定州人，高级工程师，主要从事城市轨道交通施工技术管理工作；E-maii：138****************
杨立伟：盾构穿越富水漂卵石地层饱和注浆技术研究
前紧密注浆法，在盾构机中盾两侧的预留孔接注浆
管,在推进的同时进行超前注浆，对周边地层进行
填充。

2工程概况及重难点分析
2.1盾构隧道概况
成都地铁6号线2标共3站4区间,其中蜀〜
檬区间全长1079.082m,采用直径为6.28m的土
压平衡盾构机施工，是岷江上游侧唯一盾构标段。

隧道埋深10.2^17.4m,区间隧道全线盾构下穿、侧穿DN500、DN700、DN800污水管，污水管距拱顶埋深最小为2.4m o
2.2水文地质
盾构区间主要穿越地层为中密卵石层v2PP〉，上覆土为稍密卵石层＜2WP〉。

中密卵石层地层疏松、颗粒级配差,地层中细微颗粒较少,胶结度极差，卵石含量80%以上,根据现场筛分，粒径20〜50cm的漂卵石含量在24%左右，漂石最大粒径大于80cm,含量大于10%,车站开挖中曾挖出大于1m的漂石。

地下水受河道影响，水量较大,透水能力强，渗透系数25m/d°
2.3施工难点
(1)受漂卵石地层和富水渗透率大的影响，盾构施工过程中土压不稳、超挖、喷涌等影响，掘进中地表塌陷风险大，易造成地面塌陷1~2*o
(2)区间下穿DN800污水管，经盾构施工的扰动易发生地面塌陷，污水管断裂等风险〔3*o
3盾构饱和注浆技术
3.1总体施工方案
(1)中盾预留孔焊接注浆头，连接同步注浆管路，在推进过程中同步注浆填充并形成超前紧密注浆，减少推进中的沉降，注浆压力不得大于土仓压力：4「5*o
(2)盾尾后管片开孔连接同步注浆管路，推进中同步注浆,防止脱出盾尾后沉降。

(3)盾尾同步注浆。

(4)三种注浆方式同时进行，均采用砂浆，利用 同步注浆泵进行注浆，如图1所示。

3.2地层充填饱和注浆
3.2.1中盾预留孔注浆
利用盾构机中盾预留孔接50mm的单向球阀焊接在上面。

不要让球阀穿过盾体，然后用一根同步注浆管接在球阀上，在球阀上装压力传感器，在此位置注浆，注浆压力不能超过土仓压力，防止砂浆进入土仓,施工要连续,避免砂浆凝固包裹盾体。

3.2.2盾尾后管片开孔注浆
一般选择在3〜9点以上的位置，根据管线的位置选择注浆孔位，开孔后安装注浆头，接球阀以及压力传感器，接到同步注浆泵，在保证管片质量和管线的情况下饱和注浆。

32223盾尾注浆
盾尾注浆采用盾构机上部两根管注浆,填充管片与土体的缝隙，防止管片脱出位置沉降以及管片上浮。

注浆压力#1.5bac o
三种注浆方式同时进行,均在盾构机掘进过程中进行注浆〔6*，浆液采用同步注浆液(砂浆)推进一环(1.5m)时平时注浆量在6〜8m3，在穿越密集管线时，加大注浆量，一般在12〜15m3,浆液采用电瓶车砂浆罐运输，推进一环需要运输两次。

3.2注浆参数
在饱和注浆施工中,对三种浆液的功能要求不同，同步注浆针对填充掘进过程中产生的实时地层损失。

中盾注浆目的为超前紧密注入惰性浆液，以加固土体。

管片开孔注浆目的为使浆液速凝，快速补充地层空洞并防止管片上浮。

对同步注浆的成分进行配比试验,其他两种浆液根据作用不同增减成分占比。

3.2.1同步注浆浆液配比实验
由于盾构穿越地层特殊，卵石粒径大且含量高，为严格控制沉降，需要缩短浆液凝结时间。

本浆液配比试验的主要指标为凝结时间。

杨立伟：盾构穿越富水漂卵石地层饱和注浆技术研究
通过采用5种成分4组的正交试验来对比研究
同步浆液各成分影响，详细比例见表1（
表1正交试验设计f■因素和水平分析Ugm3
组数A水B水泥C粉煤灰D膨润土E砂
1260140250120660
2290160300130690
3320180350140720
4350200400150750
实验结果表明：影响凝结时间的主要原因是水
泥，其次是砂和水。

对凝结时间的要求，管片开孔注浆最高，同步
注浆和中盾注浆次之，经试验结果和工程经验综合
考量,浆液最终配比见表2~表4O
表2同步注浆浆液材料配比
类别水/kg水泥/kg煤灰/kg膨润土/kg砂/kg速凝剂
2〜3h 初凝350200400150750
按需要
根据情况
添加加入表3中盾注浆浆液材料配比
类别水/kg煤灰/kg膨润土/kg砂/kg速凝剂
4〜5h 初凝350400200800
按需要根据
情况添加加入表4管片开孔注浆浆液材料配比
类别水泥/kg水玻璃/kg水/kg
0.5-1h初凝350350200
3.2.2注浆量计算
注浆量根据盾构机推进中超方量以及沉降参数进行计算。

）=［）（K2-r2）x9+C*x n
式中,）为注浆总量（m3）泌为超方量（m3）;n为地层孔隙比，取值1-5;K为刀盘半径，取值3.14m;r 为管片半径，取值3m,9为管片长度，取值1.5m。

3.2.2注浆压力的选定
注浆压力要根据实际情况进行选择，注浆压力的大小对管片质量、盾尾刷以及沉降都有很大的关系，必须要控制好注浆压力，否则会造成地面隆起或击穿［7］（注浆压力的选定可根据管片强度、盾尾刷承受的压力、超方量、沉降值，以及隧道埋深进行计算。

中盾上方开孔注浆压力应该大于此位置的水压力加土体压力之和,但是不应该大于土仓压力，做到紧密填充填补的同时又不会使浆液流入土仓,注浆压力过大会造成浆液流入土仓，但是注浆压力过小时，会降低浆液的填充速度，影响紧密填充的效果
盾尾注浆压力和盾尾后管片开孔注浆压力根据计算得出表5中压力6的取值。

表5压力系数取值
沉降/mm<33〜55〜88-15<15 6/bas 1.5 1.6 1.8 2.0 2.5
3.2装置与设备
注浆设备采用盾构机自带同步注浆泵［9］（注浆管采用50mm粗耐压#10bar的注浆软管，注浆头注浆球阀均采用50mm直径，注浆球阀采用单向注浆球阀，防止浆液倒流［10］（无需额外的设备，均采用台车自带设备，见表6O
表6饱和注浆法注浆设备
名称数量备注
注浆泵4台盾构机台车自带
电瓶车1台浆液运输
电镐1台盾尾后管片开孔
空压机1台盾构机台车自带
注浆头1个
注浆单向球阀1个
注浆机1台盾构机台车自带
搅拌罐1台盾构机台车自带压力传感器4台注浆压力控制
流量计4支浆液流量计算
3.2注浆步骤及质量控制
3.53注浆步骤
在盾构机开始推进时先开启盾尾注浆和盾尾后管片开孔处注浆,在推进20cm后,开启中盾上方预留孔注浆，注浆速度根据盾构机掘进速度相匹配;在推进过程中浆液不够［11］,必须暂停掘进，利用电瓶车砂浆罐拉砂浆进来后方可继续掘进。

中盾上方预留孔处注浆压力不得大于土仓压力，盾尾注浆和盾尾后管片开孔处注浆压力要根据压力取值表进行操作［12］（当压力超过设置的值后可停止注浆3min,3min后继续注浆。

在长时间停机时中盾上方不要注浆，防止浆液凝固包裹盾体的可能。

（下转第126页）
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(上接第117页)
注浆结束后，短时间停机利用砂浆罐预留浆液每隔5mW进行注浆，防止管路堵塞,长时间停机要注入膨润土洗管。

盾尾后管片开孔处注浆,在注浆结束后20mW及时将注浆头取出，将注浆孔采用速凝剂堵住,防止浆液凝固，损坏注浆头。

32522质量控制要点
(1)注浆所用材料必须满足设计的规定要求,明令禁止使用过期的浆液,过期浆液应立即处理。

(2)浆液配比是在设计的基础上，根究现场实际情况进行调整，不能随意更改浆液配比,浆液拌制时允许的最大误差为±3%。

(3)浆液拌制过程中要充分搅拌，搅拌至浆液完全混合为止，不允许浆液有结块或者沉淀，此类浆液应该禁止使用。

(4)在采用饱和法注浆时，注浆过程中，要时刻注意压力，中盾上方开孔处压力不得高于土仓压力，高于土仓压力后浆液直接会进入土仓;盾尾和管片开孔处压力要注意观察，压力不稳定的时候要立即停止注浆,找明原因后方可继续进行;也可以采取间断性的注浆方式,防止浆液乱串,达到注浆目的。

(5)四个泵同时注浆，应做好标记，防止记混;注浆应严格按照设计、规范要求进行。

4结论及建议
针对成都地铁漂卵石含量高地层，提出盾构洞内充填饱和注浆技术，从中盾、盾尾及管片三个部位配合不同浆液注浆，加固了地层，沉降最大不到3mm,控制了沉降，保护了密集管线,成功解决了盾构机盾体周边地层容易发生沉降的技术难题。

(1)利用同步注浆泵分管路到盾尾、中盾、管片预留孔，浆液采用砂浆，在盾构机推进过程中同时进行，不需要在隧道里面拌制浆液,减少了其他设备的投入。

(2)利用盾体两侧预留孔超前紧密注浆不用水玻璃等污染材料，降低了成本，保护了环境。

(3)饱和注浆施工时要注意施工连续，避免盾体被包裹。

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