盾构机同步注浆系统浅析

盾构机同步注浆系统浅析

柳艳清

一重集团（天津）隧道工程有限公司

摘要：随着近年隧道工程的兴建，盾构工法在我国对隧道及地下工程而言是一个革命性的转变，而壁后同步注浆技术是盾构法中必不可少的关键性辅助工法，壁后注浆的好坏直接关系到盾构隧道的稳定性，因此合理的施工工艺选择是盾构掘进施工安全顺利的保证，而同步注浆技术超越以往传统的注浆方法，可使隧道施工更加安全和稳定。

关键词：盾尾注浆 盾尾间隙 同步注浆 盾构 注浆

1 前言

随着城市地下空间的开发，盾构机越来越多地应用在城市的地铁隧道以及市政设施隧道中，由于盾构机刀盘的开挖直径大于管片直径，管片脱出盾尾后，管片与土体间形成环形施工间隙，如果此间隙不及时得到填充，则天然土体势必处于侧向无支撑状态，造成地层变形，产生很大的地面沉降，从而导致地面建筑物沉降或者隧道本身偏移，因此壁后注浆技术是盾构施工工法的重要组成部分。本文重点介绍目前国内外广泛应用的同步注浆技术、日立盾构和海瑞克盾构此方面的区别，旨在促进该技术今后的推广应用和改进。

2 壁后注浆的目的和种类

2.1壁后注浆的目的

（1）防止地层松弛、控制地表沉降 当盾尾脱离管片后，土体与管片存在着间隙，壁后注浆浆液可及时填充盾尾间隙，防止地层变形，避免相邻地表建、构筑物沉降或隧道本身的偏离，保证环境安全。

（2）增强隧道的防水防渗能力 壁后注浆浆液凝固后，作为衬砌防水的首道防线，提供稳定、长期的防水功能，防止管片漏水，提供隧道的防水能力。

（3）保证管片早期稳定性和防止隧道蛇形 可使外力作用均匀化，有利于管片三维稳定性，并且作为衬砌结构的加强层，提高其耐久性。

2.2壁后注浆系统的分类

根据壁后注浆与盾构掘进的关系，从时效性上可将其分为三类，分别为同步注浆、即时注浆、二次注浆。因同步注浆是现在常用的也是较为先进的技术，以下着重介绍同步注浆。

根据壁后注浆位置不同，分为两种形式，一是通过安装在盾构机盾尾上的注浆管注浆，注浆管埋设有两种：内嵌式和外凸式。目前海瑞克常用的产品均为内嵌式，这种方式在一定程度上增加了盾构外径和盾尾间隙，相对而言，增加了盾构掘进过程对周围土体的扰动，日立盾构普遍采用的为外凸式，注浆管采用日本专利生产的A、B液混合注浆管，这种设计减少了盾构外径，从而减少盾尾间隙，有利于减小土体扰动和控制掘进过程的地面沉降，但这种设计方式也有其局限性，由于盾壳的非圆性，不利于盾构进、出洞，且在硬土层中增加盾构推进阻力，易造成磨损，而一旦磨损后不便修复。

3 同步注浆技术

3.1 注浆材料

同步注浆分为单液注浆和双野注浆。一般来说，对于稳定性好的地层，多采用单液浆；对于难以稳定的黏土层或者易塌陷的砂层，一般使用同步注浆的双液浆。

单液浆是指多由粉煤灰、砂、水泥、水、外加剂等在搅拌机等搅拌器中一次拌合而成的浆液。

双液浆目前主要采用水玻璃系和单液浆，双液浆具有以下性质：浆液稳定性好，可注性能易控制；可根据实际工程需要调控胶凝时间，从几秒到几十分钟范围内自由调控；结石率高；节能环保，对环境和地下水无毒性污染。

3.2 注浆压力

为使施工间隙得到有效补充，使浆液均匀地分布在管片周围，必须以一定的压力压送浆液，一般注浆压力以出口压力为准，应大于静止水土压力，且一般控制在0.2-0.4Mpa。

3.3注浆量

根据注浆材料与围岩的渗透性、加压导致向围岩内的压入、排水固结、超挖等因素，同步注浆的注浆量按照下式计算

式中：Q—注浆量（m³）

V—充填体积（m³）

λ—充填系数

施工中按注浆效果对充填系数作调整，一般情况下充填系数取1.3-1.8；在裂隙比较发育或者地下水量大的岩石地层地段，充填系数一般取1.5-2.5。

3.3注浆速度

注浆速度由注浆泵的性能和单环注浆量确定，但应与掘进速度相适应。

4 日立盾构机的双液同步注浆系统

4.1 日立盾构机双液注浆系统说明

日立盾构机普遍采用壁后同步双液注浆系统（同时具有单液注浆功能），即A、B液混合注浆法，并配备自动清洗装置。A液泵为双程活塞泵，B液泵为工业软管泵，变频电机控制。两系统输出端均配有流量计、压力传感器，实时监控泵源流量，反馈主操控室。并根据盾构机掘进速度及开挖面积编写PLC程序自动控制变频电机，调节浆液供给量。系统采用压力与注入饱和量同时控制的方式，以确保注浆质量。此系统管路主要由注入、清洗系统组成。清洗系统清洗水经由注入管在不进入已注浆液的情况下流回盾构机污水箱，确保注浆管路不堵塞。

4.2 日立Φ6150盾构机和海瑞克S244盾构机注浆系统对比

日立Φ6150盾构机和海瑞克S244盾构机同步注浆系统的基本原理相同，但构造以及控制方面有很大不同。具体如表1所示

表1

图1 注浆管结构

从以上比较来说，日立（φ6150）盾构和海瑞克S244盾构同步注浆系统各具优势。

5 结语

随着现在地下空间的开发、城市地铁的修建，越来越多的隧道需要穿越大量建筑物、地下管线、穿越各类复杂地层，尤其是含水量高的软粘土地层、液化程度高的砂层、裂隙水丰富的风化岩层，盾构施工法成为目前隧道施工的首选。从现在来说，同步注浆技术是盾构施工的重要组成部分之一，其施工质量好坏直接关系到盾构隧道的稳定性和地表建筑物的安全，因此需要大力加强对壁后注浆技术的研究工作，合理选择注浆液类型和配比，制定详细的注浆施工设计和工艺流程，施工阶段合理选择注浆压力、注浆量和注浆位置，确保盾构掘进施工安全的顺利进行。以上仅为个人浅见，供业内人士参考。

参考文献

1 王梦恕等著。中国隧道及地下工程修建技术 北京 人民交通出版社 2010

2竺维彬 鞠世健等著 符合地层中的盾构施工技术 中国科学技术出版社 2006

3 邹羽中 广州地铁二号线盾构隧道同步注浆技术 隧道建设，2002（3）

4尹旅超等 日本隧道盾构新技术【M】 华中理工大学出版社

作者简介：柳艳清（1983年2月—），男，本科，2007年毕业于河北建筑工程学院机械设计及自动化专业，主要从事盾构机设计及适应性方面研究、设备管理、现场服务工作。