杨立伟

(中铁十六局集团地铁工程有限公司 北京 100018)

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3～5 m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1 079.082 m，采用直径为6.28 m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10.2～17.4 m，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2.4 m。

2.2 水文地质

盾构区间主要穿越地层为中密卵石层<2-9-3>，上覆土为稍密卵石层<2-9-2>。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20～50 cm的漂卵石含量在24%左右，漂石最大粒径大于80 cm，含量大于10%，车站开挖中曾挖出大于1 m的漂石。地下水受河道影响，水量较大，透水能力强，渗透系数25 m/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]。

(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]。

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]。

(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。

图1 饱和注浆示意

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50 mm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。

3.2.3 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≥1.5 bar。

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(1.5 m)时平时注浆量在6～8 m3，在穿越密集管线时，加大注浆量，一般在12～15 m3，浆液采用电瓶车砂浆罐运输，推进一环需要运输两次。

3.3 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。

3.3.1 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。

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 正交试验设计因素和水平分析 kg/m3

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4。

表2 同步注浆浆液材料配比

表3 中盾注浆浆液材料配比

表4 管片开孔注浆浆液材料配比

3.3.2 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。

Q=[π(R2-r2)×d+A]×n

式中，Q为注浆总量(m3)；A为超方量(m3)；n为地层孔隙比，取值1.5；R为刀盘半径，取值3.14 m；r为管片半径，取值3 m，d为管片长度，取值1.5 m。

3.3.3 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[8]。

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F的取值。

表5 压力系数取值

3.4 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50 mm粗耐压≥10 bar的注浆软管，注浆头注浆球阀均采用50 mm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6。

表6 饱和注浆法注浆设备

3.5 注浆步骤及质量控制

3.5.1 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20 cm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3 min，3 min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。

注浆结束后，短时间停机利用砂浆罐预留浆液每隔5 min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20 min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。

3.5.2 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3 mm，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。