隧道盾构施工同步注浆风险因素分析控制
2010-05-28 19:58
地铁隧道盾构施工同步注浆风险因素分析与控制
摘要：地铁隧道盾构施工同步注浆存在很多风险因素。同步注浆过程中通过对注浆材料、参数和施工过程的控制，可有效减小同步注浆的风险，更好地控制注浆效果。着重分析了在不同地层中注浆系数的控制，从而有效地控制注浆量，减少因注浆量过大而引起地面隆起，或因注浆量过少而引起地面沉降的现象发生。
关键词：盾构施工；同步注浆；风险控制；注浆参数
盾构施工同步注浆由于具有隐蔽性、复杂性和不确定性等特点，施工过程中会遇到很多困难和障碍。本文就引起盾构施工同步注浆风险变化的各种因素进行分析，并对盾构施工同步注浆风险进行控制。
1 工程概况
北京地铁9号线角门北路站-北京南站区间右线全长1382.858m，其中盾构区间长1 231.434 m；区间左线全长1321.687 m，其中盾构区间长1 161.488 m；盾构区间隧道设计断面为圆形，外径6m，内径5.4m。隧道轨顶设计标高17.75～25.00 m，隧道结构顶标高22.75～30.00m，隧道结构底标高16.75～24.00 m，隧道埋深16.0～23.5m，覆土厚10.0～17.5 m。
本区间线路地形较平坦，地面标高39.40～41.30m。属于古漯水河古河道及古河漫滩地貌，盾构穿越地层主要参数见表1。盾构区间采用盾尾同步注浆。
2 同步注浆风险分析
（1）注浆材料和浆液配方选取风险。主要表现在注浆材料的流动性、浆液的凝胶时间、浆液的固结体强度等特性的控制。注浆材料和浆液配方的选取直接关系到注浆施工效果的好坏，不同地层对注浆材料的选取要求不同。
（2）注浆参数选取风险。主要表现在控制注浆压力、注浆量、注浆速率和注浆时间等方面。注浆参数的选取关系到注浆效果的好坏以及对周围环境的影响。
（3）注浆施工风险。主要表现在注浆施工的准备是否完善、浆液的配置以及浆液的存储与运输等方面。注浆施工是注浆效果能否达到设计要求的关键。
（4）注浆效果评价风险。主要表现在注浆监测手段是否合理、注浆量是否满足设计要求以及注浆检测等方面。注浆效果评价是检验注浆材料、注浆参数、注浆施工是否合理的重要环节，注浆效果评价的好坏直接关系到注浆的成功与否。
3 注浆材料风险控制
由于隧道盾构同步注浆材料的性能受岩体条件、施工方式、价格等多种因素的影响，所以在施工前针对该区间地层进行分析，通过大量的室内与现场对比试验，选择了适合本工程现场条件的同步注浆材料及配合比：水泥，100 kg／m3；粉煤灰，300 kg／m3；膨润土，56kg／m3；砂，779 kg／m3；水，400 kg／m3；膨胀剂，45 kg／m3；外加剂，0．135 kg／m3；注浆材料密度，1．75 kg／m3。该配合比可用于软基地层、自稳能力较差的岩层，尤其适用于该区间粉细砂地层，且根据注浆需要可及时进行调整。
4 注浆参数风险控制
4.1 注浆量控制
盾构机注浆量按冲程计，浆液泵每注一次为一冲程，每一冲程为12L。注浆量的确定以盾尾间隙量为基础，结合地层、线路适当考虑注浆系数，以达到充填密实。注浆系数主要由土质系数、超挖系数决定。土质系数取决于地层性质，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，浆液极易渗透到周围土体中，因此此类地层应取较大的土质系数，可取1.3～1.5；在以粘土、粉砂为主的小渗透系数地层，浆液在注入压力下也会对土体产生劈裂渗透，故也应取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，一般只在曲线施工中产生，直线段盾构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，具体数值可通过计算得出。
同步注浆量经验计算公式为:
式中V———理论注浆量（m3）；
L———管片长度（m）；
D1———刀盘外径（m）；
D2———管片外径（m）；
λ———注浆系数，取1.5～1.8，在掘进过程中适当调整。
为防止管片整体上浮、下沉及椭变，一般1号、2号注浆孔注浆量是3号、4号注浆孔的一半。
注浆量须经计算确定，但由于盾构纠偏、浆液收缩、浆液流入地层裂隙等情况，实际注浆量一般比理论计算量要多，超注量要根据具体地层情况确定。
4.2 注浆压力控制
注浆压力最佳值应在综合考虑地基条件、管片强度、设备性能、浆液特性和土仓压力的基础上确定，理论上注浆压力（压入口处）应略大于地层土压和水压之和，以达到对环向空隙有效充填而非劈裂注浆，以免扰动管片周围的原状土而引起地面甚至隧道的沉降。一般注浆压力控制在0.25～0.4MPa。在遇到管道深度变化大，地层也变化大，故注浆压力一直处于变化状态的情况，要根据深度与地层的变化及时调整压力参数。
4.3 注浆时间控制
注浆要在衬砌脱出盾尾，即盾构推进时同步进行，当衬砌脱出盾尾，盾构推进到位后，定量的浆也应全部压完，以及时填充衬砌外的空隙，减少地面沉降。
4.4 注浆速度控制
注浆速度由掘进速度决定，地层好时掘进速度较快，一般掘进一环仅需20～25min，为了及时填充，采用手动注浆。地层较硬时，掘进速度较慢，掘进一环超过45 min，也采用手动注浆，防止注浆量过大；掘进一环速度在25～45min时，采用自动注浆。
5 注浆施工风险控制
5.1 施工准备
（1）准备好注浆原材料，包括砂的筛分和抗分散剂的称量等。
（2）检查调试搅拌设备。
（3）检查注浆管路，确保管路畅通。
（4）检查压力显示系统，确保其准确无误。
5.2 浆液的拌制
（1）按配合比采用自动计量拌和楼搅拌配制，严格控制用水量，当砂含水量较大时，要勤测含水量，调整配合比。
（2）水泥、粉煤灰不能有结块现象。严格控制砂颗粒的粒径，一般要求不大于5mm，细度模数1.6～2.3。所以，砂均须经过孔径为4.75mm方孔筛筛分。
（3）原材料计量误差要控制在规范要求范围内。
（4）各成分材料要按合理的投放顺序进行搅拌。
（5）浆液搅拌要充分、均匀、连续，搅拌时间在2min左右，浆液不可有凝结现象。
（6）根据第一罐拌制浆液的性能指标，合理调整各原材料和水的用量，保证浆液性能。
（7）最好将膨润土以溶液的方式加入，溶液中的水从浆液配合比中扣除。
（8）缩短供货周期，尽量减少原料在施工现场的存放时间，避免材料板结。
5.3 浆液的运输与储存
（1）若浆液运距过长，直接泵送至盾构机浆液罐内易发生堵管现象，应采用浆液罐车运输，缩短泵送距离，避免堵管。
（2）保证浆液在罐车内处于连续搅拌状态，防止浆液离析；浆液运送到后配套台车后，应及时泵送到储浆罐中继续搅拌。
（3）特殊情况下需较长时间运输、储存时应考虑使用缓凝剂。
（4）若浆液出现沉淀、离析，应进行二次搅拌。
（5）按规定对设备进行日常维护保养，使设备处于良好的工作状态。冬期施工要对搅拌站的关键部位采取保温措施。
参考文献
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