富水砂层泥水盾构掘进同步注浆施工技术

富水砂层泥水盾构同步注浆施工技术毛盛昌周兆勇摘要：为了控制富水砂层地层情况下盾构掘进之后的地表沉降，采用优质的同步注浆浆液以及合理的注浆量及注浆压力的控制，对同步注浆浆液的凝固时间的调整，达到了有效控制地表沉降的效果，防止管片渗漏水，本文以秋中区间上行线始发段的地层掘进为依托，对富水砂层的同步注浆施工工艺及材料、方法进行总结，为类似工程的施工提供一定的借鉴与参考。关键词：富水砂层；泥水盾构；同步注浆1、引言目前，越来越多的城市正在正在进行轨道交通，而盾构法作为一种先进的施工方法由于施工速度快、安全程度高、对地面扰动小等优点也越来越被广泛的应用，同时由于盾构的施工大部分位于城市主干道或人员的密集区，由于盾构施工过程中同步注浆的不到位，造成地面沉降超标、塌陷会给社会造成极大的不良影响的事情也屡有发生，同时由于同步注浆的不到位，千万隧道渗漏水，给运营留下了极大的安全隐患，本文主要结合南昌地铁秋中区间富水砂层的掘进过程中同步注浆的工艺、材料、方法进行总结，为类似的工程施工提供一定的借鉴与参考。2、工程概况秋水广场站～中山西路站区间是南昌轨道交通1号线穿越赣江的盾构隧道区间，始发段需穿越南昌主干道赣江中大道、市民主要休闲广场秋水广场以及赣江西岸的防汛墙。该区间采用法国NFM型泥水平衡盾构进行施工，盾构隧道直径6米，埋深为16米，盾构隧道中心标高4.912米。本工程区域地面较平坦，地面标高18～25m，属赣江冲积平原地貌单元。场地地层为人工填土（Qml）、第四系全新统冲积层（Q4al）、下部为第三系新余群（Exn）基岩。按其岩性及其工程特性，自上而下依次划分为、①2吹填砂、②3-2细砂、②4中砂、②5粗砂、②6砾砂及中风化泥质粉砂岩。隧道穿越区段主要为②5粗砂、②6砾砂及中风化泥质粉砂岩。穿越地段地下水属上层滞水、孔隙性潜水、微承压水，主要赋存于表层填土及砂土、砾砂、圆砾中；深部基岩裂隙水，主要分布于第三系新余群泥质粉砂岩、砂砾岩内；孔隙潜水主要赋存于表层填土以及第四系上更新统冲积层的砂砾石层中，基岩裂隙水主要赋存于场地第三系新余群泥质粉砂岩、砂砾岩岩层的裂隙中，主要受上部第四系松散层中的孔隙水或微承压水的补给，始发时地下水位标高18.3米，穿越的砂层渗透性好，水量极为丰富，属于中等～强透水层。且与赣江地表水连通。3、同步注浆的总体方法同步注浆与盾构掘进同时进行，本盾构采用自带的两台双活塞注浆泵安装在2号拖车上，由输送管路在盾尾分四路同时注浆，同时预留四路作为备用，盾尾的出浆孔沿盾尾圆周方向均匀间隔分布。同步注浆的浆液由地面拌合站搅拌完成后，由排浆泵输送到井下的砂浆车内，砂浆车通过轨道运输至洞内，然后由排浆泵泵送至盾构2号拖车的储浆罐内，根据掘进的速度由注浆泵泵送至盾尾的地层内。同步注浆示意图1图1：同步注浆示意图4、同步注浆施工工艺流程同步注浆施工工艺流程见图2。图.2同步注浆施工工艺流程图盾尾密封浆管衬砌管片注浆体不合格注浆系统准备参数设计设定控制方式注浆效果检查浆液运输不符合要求检测试验采取补充注浆措施浆液配制注浆完毕继续反馈信息清洗设备和管路下一环注浆注浆工况分析调整控制方式与参数数据采集与管理、计划图表综合评价注浆符合要求正常不正常合格5、同步注浆参数的选择5.1注浆量及注浆压力的设定盾构始发时，注浆量根据公式Q＝V×λ进行计算，其中由于地层为富水砂层，通过对地质勘察报告中该种地层的孔隙比，渗透性分析，λ的取值2.5～3.0来进行取值，通过计算，每环注浆量在6.5～8.1m3；注浆压力的设定首先根据地层及地下水位的情况计算出泥水仓的压力，该压力根据公式计算出泥水仓压力为1.92BAR，为了确保浆液能充分填充盾尾间隙，同步注浆的压力要大于静止水土压力，但同时要防止同步注浆压力过大而使浆液窜到刀盘仓库，造成不必要的浪费及防止发生抱盾尾或盾壳的现象的发生，通过以上计算及分析，初步拟定注浆压力2.5bar～3.5bar,来进行控制。通过对试掘进的地表沉降的结果对相关参数进行调整与校正。5.2注浆速度的控制注浆量及压力设定后，根据掘进的速度要控制注浆的速度，每环注浆量注完的时间要与掘进的时间相匹配，原来同种地层的掘进的速度分析，1.2米的管片每环的掘进时间一般在25～30min范围内，因此初步确定同步注浆的流量控制在250～300L/min的速度范围内，通过流量的分析控制每个注浆泵的注浆次数在180～240次，同时要试掘进施工时的掘进时间对注浆速度进行调整与校正。5.3浆液的配比根据地层的相关条件及泥水盾构的特点，在施工时设计了两种形式的配合比，根据掘进时的情况进行适当调整。序号浆液配比适合情况施工要求水灰比C:F:S:B:W外加剂10.91:3.3:6.8:0.47:4.07无施工进度慢胶凝时间长20.91:3.18:6.5:0.45:3.9无施工进度快胶凝时间短备注：①表中C表示水泥，F表示粉煤灰，S表示砂，B表示膨润土，W表示水；5.4浆液的技术指标考虑到区间为泥水盾构掘进，采用胶凝时间较短的浆液进行填充管片与地层间的空隙，能有效的防止管片渗水的发生，并达到管片环的是期稳定和稳定隧道蛇行的目的，根据以上要求，试配的凝结时间为4～6小时，稠度为9～11cm,流动度18～20cm。5.5浆液的材料要求5.4.1水泥的要求宜选用强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。其质量必须符合《通用硅酸盐水泥》（GB175—2007）的要求，且不应有结块现象的存在。5.4.2粉煤灰的要求粉煤灰原材料必须符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596-2005）标准中规定的II级灰以上标准，且不应有结块现象存在。5.4.3细集料要求砂要求采用细度模量1.0~1.3的特细砂,不能使用中粗砂，需要时需对砂子进行过筛处理；5.6浆液的拌合浆液的拌合采用强制式拌和机拌和，拌和时骨料的添加顺序为：水泥、粉煤灰、河砂、膨润土、水依次进行，各种材料均采用自动计量装置进行计料，每盘料的拌和时间要满足规范的要求，各种骨料要充分拌和均匀。5.7浆液的运输浆液的运输采用泵送及砂浆车共同结合的方式进行，浆液在砂浆拌和站拌和好后，通过砂浆泵泵送到井底的砂砂浆车，由变频电瓶车将砂浆编组车拖行至洞内的拖车的储浆罐处，采用砂浆泵浆砂浆车的的浆液泵送至拖车内的储浆罐内。5.8同步注浆的操作①注浆前，应全面检查注浆设备、仪表是否正常；②同步注浆同时对盾尾预置的4个注浆孔进行压注，在每个注浆孔出口设置分压器，以便对各注浆孔的注浆压力和注浆量进行检测与控制，从而保证对管片背后的注浆操作是对称均匀的；③盾构掘进前5分钟开始同步注浆，掘进结束后，继续注浆5分钟。若出现盾尾漏浆情况，土木值班技术员根据现场情况确定注浆时间；④同步注浆在地层均匀和盾构姿态较好时，4个注浆孔应均衡注入；⑤盾构姿态较差时，土木值班技术员根据管片盾尾间隙调整各孔注浆压力，增大间隙较小侧注浆压力，同时减小间隙较大侧注浆压力。5.9注浆结束标准采用注浆压力和注浆量双指标控制标准，即当注浆压力达到设定值，注浆量达到设计值的90%以上时，即可认为达到了质量要求，同时注浆压力及注浆量的调整要通过地表监控量测的数据进行分析与反馈，根据地表沉降适当调整上述两个指标。5.10同步注浆的施工注意事项①拌料时，砂、水泥、膨润土、水要按照正确顺序进行投料；浆液的搅拌时间要连续，不能间断，浆液要拌和均匀。②注浆设计压力是指注浆孔孔口压力，而不是泵的工作压力；③正常情况下浆液要从管片的对称位置注入，防止产生偏压使管片发生错台或损坏；④注浆过程中要密切关注管片的变形情况，若发现管片有破损、错台、上浮等现象应立即停止注浆；⑤注浆时，若在不提高注浆压力而注浆量很大，或注浆压力突然减小时应检查是否发生了漏浆或注入掌子面，若发生前述现象应停止注浆，妥善处理后再继续注入；⑥注浆过程中，应注意冲击数与压力值的变化，由此判断是否堵管或堵管的位置。如果压力值遽然升高，盾尾堵管的可能性较大，如果压力值不变，冲击数不发生变化，可能是盾尾与泵之间或泵与砂浆罐之间堵管。堵管应及时清理，避免因耽搁时间过长造成浆液凝固而难以清理的现象；6、实施效果通过对秋中区间右线在穿越赣江中大道、秋水广场、赣江西岸防汛墙时的同步注浆的施工结果来看，同步注浆真正的起到了填充管片与土层的间隙，从地表监控量测的结果来看，其中最大的沉降点位于秋水广场65环位置，累计沉降值17mm,赣江中大道上最大沉降点累计12mm,防汛墙累计沉降最大值7mm，均符合设计及规范要求，同时洞内对该段观察，总计有360环，未见有明显错台和渗水迹象。7、结论与建议①富水砂层的同步注浆的施工对于控制地表沉降、管片环渗漏水具有极其重要的作用，在施工中计算好同步注浆的数量、控制好同步注浆的压力，调整好浆液的各项指标，是完全能够控制好地表沉降及杜绝管片环渗漏水的出现。②同步注浆的同步性是保证同步注浆效果的关键，操作人员在上岗之前一定要掌握每一步的施工要领，注意掌握同步注浆输送泵的泵送流量，甚至输送泵活塞单次泵送的体积，同时注浆司机要与盾构主司机及时沟通与联系，随时掌握盾构的掘进速度并随之调整同步注浆的流量，掌握好同步注浆速度与掘进速度的匹配，确保注浆与掘进的同步进行，否则，无法保证同步注浆的效果，地表沉降超标难以避免。③要加强同步注浆相关设备的检查与保养，确保浆液的指标正常及供应及时，避免因机械故障而造成浆液质量下降或供应不及时而影响同步注浆的质量和盾构的掘进进度。