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[摘 要]同步注浆对隧道质量起着关键作用，针对盾构隧道穿越的地层主要为砂卵石地层并夹杂有粉细砂层透晶体，地下水丰富、水位高、补给迅速。在盾构施工中通过探索、对现有的中铁装备生产的盾构机同步注浆系统进行改造，单液浆改双液浆。由于双液浆具有初凝时间短、抗渗能力强等优点，可以有效减小管片错台和上浮、降低盾构机在掘进过程中渗漏水及地表沉降的风险，保证了盾构隧道施工的安全与质量。
[关键词]同步注浆；单液浆改双液浆；安全与质量
中图分类号：U455.43 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）43-0209-04
引言
随着国内城市地铁工程的大规模的建设，盾构法隧道施工技术逐步发展成为各个地下空间开发领域的主流施工技术。盾构法具有安全开挖和衬砌，掘进速度快；盾构的推进、出土、拼裝衬砌等全过程可实现自动化作业，施工劳动强度低；不影响地面交通与设施，不影响地下管线等设施；穿越河道时不影响航运，施工中不受季节、风雨等气候条件影响，施工中没有噪音和扰动；适用地层土质范围广等优点。在盾构掘进过程中的同步注浆可以防止土体松弛下沉、减少地表沉降、保持隧道衬砌的早期稳定、提高衬砌接缝防水性能，保证隧道工后不变形、不下沉、不漏水。同步注浆对隧道质量起着关键作用。直接关系到周边构建筑物的安全和整个施工过程的安全，已成为盾构法隧道质量成败的关键因素之一。
一、工艺原理
在盾构隧道施工过程中，当盾构机掘进后，在管片与地层之间、管片与盾尾壳体之间将存在一定的空隙，为防止土体松弛下沉、减少地表沉降、保持隧道衬砌的早期稳定、提高衬砌接缝防水性能，保证隧道工后不变形、不下沉、不漏水，需要在管片壁后环向间隙采用同步注浆方式填充双液浆，如图1-1所示。
在盾构施工同步注浆单液浆改双液浆过程中，采取了以下改造措施：
（1）盾构台车上添置了B液混合罐， B液运输中转站，通过自动化控制实现了B液管道运输过程流量和压力的数字精确化控制；
（2）利用盾构机原有的同步注浆系统，将原有的砂浆存储罐改造成A液中转站，通过自动化控制实现了A液管道运输过程中流量和压力的数字精确化控制；
（3）盾构机内部原盾尾注浆管口处新增A、B液混合器，在此产生混合均匀的双液浆以供同步注浆使用；
（4）同步注浆盾尾出浆口添加尼龙橡胶板止浆，改造原有的圆孔出浆口，在出浆口形成类似单向阀的密封，防止双液浆回流，堵塞注浆管路提高了盾构机施工工作效率。
二、施工工艺流程及操作要点
（一）施工工艺流程
盾构施工同步注浆单液浆改双液浆施工工艺流程为：A液注浆系统改造→B液注浆系统改造→A、B液混合器设计、加工→出浆口设计、改造→双液浆配比设计→注浆量的控制计算。
（二）操作要点
1. A液注浆系统改造
传统的同步注浆采用单液浆，砂浆在拌合站拌合均匀后通过管道输送至电瓶车的砂浆存储箱，然后再通过电瓶车的水平运输至盾构机台车上的砂浆存储管。中间程序繁多冗杂，见图2-1。
改造之后的，A液在砂浆拌合站混合好后通过管道直接输送至盾构机1号台车的砂浆存储罐，再通过柱塞泵加压输送到A、B液混合器处。A液浆利用盾构机自带的同步注浆管道，注浆系统由液压泵站提供动力，浆液流量可以通过控制液压比例控制阀来调整，4个出口装有压力传感器。在泵的冲程可检验的地方，每个活塞装有计数器，以致每条线上的浆液流量均可变化以适应盾构机的掘进速度。每个注浆点上的压力传感发出的信号可以用于控制注浆过程。在实际工作工程中A液压力分配阀上的A浆液出口并联2条A浆液同步注浆管道，通过电磁开关对2条A液管道的不同步操作，通过3通管接头使A液在注浆管路里连续运输。
对于A液的流量及注浆压力控制有2种方式：1）砂浆罐旁边有操作控制面板可实现监控，即本地操作。2）盾构机主控室有操控面板可以实现自动化远程控制。
2. B液注浆系统改造
单液浆改为双液浆需要新增加B液注浆系统，B液注浆系统主要由水玻璃混合液罐、存储罐、离心式自吸泵、调比泵、注浆管路、控制器等组成；通过对盾构机整体分析，利用盾构机5#台车剩余空间安装水玻璃混合液罐、存储罐、离心式自吸泵和比例调节泵。注浆管路接比例调节泵后沿着盾构台车向盾尾敷设，最终与A液在盾尾混合，安装混合器。
水玻璃通过电瓶车运输至混合液罐内，根据试验配合比添加一定比例的水，利用空气搅拌使水玻璃溶液充分混合。再通过离心式自吸泵添加到B液存储罐内，存储罐里配有2对搅拌器，时刻对混合液进行搅拌。最后由注浆比例调节泵泵将其输送到A、B液混合器处，注浆过程中流量和压力可控。原理如图2-3所示。
3. A、B液混合器设计
单液浆改为双液浆需要新增设混合器，混合器安装在盾构机盾尾内壁前端。A、B液混合器结构为一个三通管接头加一个单向阀，单向阀安装在B液管路。B液的注浆压力大于A液的注浆压力，另外由于B液管路安装有单向阀，避免了A液流入B液，导致堵管现象的发生。改造原理图见图2-4所示。
4.出浆口设计改造
在盾构机盾尾原有的出浆管口增加一个橡胶尼龙板，在尼龙板上用刀片划“×”字形缝隙，然后将尼龙板四周固定，注浆时，带有压力的双液浆挤压橡胶尼龙板变形，孔缝增大而完成盾尾同步注浆；不注浆时，橡胶尼龙板弹性变形消失，恢复原状，形成成一道密封堵在出浆口，防止双浆液回流堵塞注浆孔。尼龙板的尺寸原理图如图2-5所示。
5.双液浆的最佳配比研究设计
盾构施工同步注浆的双液浆溶液主要包括两种溶液， A液：水泥-膨润土浆液；B液：水玻璃溶液。对于盾构施工同步注浆所用的双液浆我们提出2个要求：1）初凝时间（双液浆凝结时间在15-30s范围内；2）水玻璃波美度为30-32°Be。通过实验确定了双液浆配比，具体见下表。 （1）A、B液的配合比及凝结时间
（2）每方混合液的中原材料用量
6.注浆量的控制
根据盾构机刀盘外径6.43m，管片外径6.2m，管片环宽1.5m，可计算出理论建筑空隙为3.42m?。根据规范要求，实际同步注浆量需达到理论建筑空隙的1.3～1.8倍，施工过程中取1.5倍，则同步注浆量（理论）V=π*（（6.43/2）2-（6.2/2）2）*1.5*1.5=5.13m?。
7.注意事项
（1）由于双液浆的速凝特性，在进行同步注浆双液浆改造之后，我们将注浆管路集中到盾尾上半部分，需注意一般必须选则在左上或者右上部位。
（2）双液浆每次注浆完成之后必须用膨润土浆液清洗管道，当出现长期停工等情况时管道里必须存储有一定量的膨润土稀浆液，以防止管道堵死。
四、工程实际应用
盾构机同步注浆单液浆改双液浆施工技术成功应用到呼和浩特市轨道交通1号线一期工程孔家营站～呼钢东路站区间右线盾构施工中，中铁装备#346号盾构机注浆系统改造成功，操控方便，盾构隧道成型质量优良。
（一）B液浆路的改造
单液浆改为双液浆需要新增加B液注浆系统，B液注浆系统主要由水玻璃混合液罐、存储罐、离心式自吸泵、调比泵、注浆管路、控制器等组成；通过对盾构机整体分析，利用盾构机5#台车剩余空间安装水玻璃混合液罐、存储罐、离心式自吸泵和调比泵，注浆管路出调比泵后沿着盾构台车向盾尾敷设，最终与A液在盾尾混合，安装混合器。
水玻璃通过电瓶车运输至混合液罐内，根据试验配合比添加一定比例的水，利用空气搅拌使水玻璃溶液充分混合。再通过离心式自吸泵添加到B液存储罐内，存储罐里配有2对搅拌器，时刻对混合液进行搅拌。最后由注浆调比泵将其输送到A、B液混合器处，注浆过程中控制流量和压力。如图4-1所示，展示了B液注浆系统。
（二）A液注浆系统改造
A液在砂浆拌合站混合好后通过管道直接输送至盾构机1号台车的砂浆存储罐，再通过柱塞泵加压输送到A、B液混器处。 A液浆利用传统的同步注浆管道，注浆系统由液压泵站提供动力，浆液流量可以通过控制液压油流量来调整，4个出口装有压力传感器。在泵的冲程可检验的地方，每个活塞装有计数器，以至每条管线上的浆液流量均可变化以适应盾构机的掘进速度。每个注浆点上的压力传感发出的信号可以用于控制注浆过程。在实际工作工程中A液压力分配阀上的A浆液出口并联2条A浆液同步注浆管道，通过电磁开关对2条A液管道的不同步操作，通过3通管接头使A液在注浆管路里连续运输，最后送到混合器处。
对于A液的流量及注浆压力控制有2种方式：一种为砂浆罐旁边有操作控制面板可实现监控，即本地操作。另一种为盾构机主控室有操控面板可以实现自动化控制。
（三）A、B液混合器改造
单液浆改为双液浆需要新增设混合器，混合器安装在盾尾内壁前端，A、B液混合器结构为一个三通管接头加一个单向阀，单向阀安装在B液管路。B液的注浆压力大于A液的注浆压力，另外由于B液管路安装有单向阀，避免了A液流入B液导致堵管现象的发生，见图4-2所示。
（四）盾尾出浆口改造
在盾构机盾尾原有的出浆管口增加一个橡胶尼龙板，在尼龙板上用刀片划“×”字形缝隙，然后将尼龙板四周固定，注浆时，带有压力的双液浆挤压橡胶尼龙板变形，孔缝增大而完成盾尾同步注浆；不注浆时，橡胶尼龙板弹性变形消失，恢复原状，形成一道密封堵在出浆口，防止盾尾浆液回流堵塞注浆管路。
（五）成型隧道质量
在盾构机改造之后，同步注浆单液浆改双液浆，浆液能够在短时间内凝结并产生较大强度，及早填充了管片周边的空隙，稳固了地层，减少了地层扰动和沉降，有利于管片的稳定，对控制管片上浮、隧道渗漏水有明显的效果。截止2016年6月10日，孔～呼区间完成178环，隧道成型质量优良。
1.隧道渗水情况
178环首推整体无渗漏水情况，除第36环管片接缝处湿渍面积达到0.01m2（设计标准为0.2㎡），其他少量渗水部位均为未封堵二次注浆孔位。在封堵完成后无渗漏。 隧道渗漏水整体情况符合规范设计要求。
2.管片错台情况
178环首推管片横纵缝错台均无超限情况，符合规范设计要求，具体统计数据见下表：
3.管片的初凝与上浮和下沉
如图所示隧道管片姿态在脱出盾构机盾尾之后管片上浮或者下浮幅度不大于10毫米，管片的姿态基本由盾构机盾尾姿态决定，另外浆液的凝固时间较短基本在第三天至第四天左右完成固化，有效的控制了成型隧道质量。
五、結论
针对富水砂卵石地层并夹杂有粉细砂层透镜体，地下水丰富、水位高、补给迅速的特点，为防止土体松弛下沉、减少地表沉降、保持隧道衬砌的早期稳定、提高衬砌接缝防水性能，保证隧道不变形、不下沉、不漏水。对盾构机同步注浆系统进行改造，由传统的注单液惰性浆浆改为注双液浆，由于双液浆具有初凝时间短、抗渗能力强等优点，降低盾构机在掘进过程中渗漏水及地表沉降的风险，保证了盾构隧道施工的安全与质量，提高了工效。此种工艺技术广泛应用于地层条件恶劣，地下水位丰富等环境，对地铁盾构施工有一定的借鉴意义。
参考文献
[1]黄威然.砂与砂卵石地层盾构工程施工技术.中国建筑工业出版社.
[2]杨书江主编，《富水砂卵石地层盾构施工技术》，第一版，北京：人民交通出版社，2011.4.
[3]黄威然等主编，《砂与砂砾地层盾构工程技术》，第一版，北京：中国建筑工业出版社2013.2。
[4]周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.
作者简介
魏广造（1975年12月），男，汉族，安徽淮南人，高级工程师。
[关键词]同步注浆；单液浆改双液浆；安全与质量
中图分类号：U455.43 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）43-0209-04
引言
随着国内城市地铁工程的大规模的建设，盾构法隧道施工技术逐步发展成为各个地下空间开发领域的主流施工技术。盾构法具有安全开挖和衬砌，掘进速度快；盾构的推进、出土、拼裝衬砌等全过程可实现自动化作业，施工劳动强度低；不影响地面交通与设施，不影响地下管线等设施；穿越河道时不影响航运，施工中不受季节、风雨等气候条件影响，施工中没有噪音和扰动；适用地层土质范围广等优点。在盾构掘进过程中的同步注浆可以防止土体松弛下沉、减少地表沉降、保持隧道衬砌的早期稳定、提高衬砌接缝防水性能，保证隧道工后不变形、不下沉、不漏水。同步注浆对隧道质量起着关键作用。直接关系到周边构建筑物的安全和整个施工过程的安全，已成为盾构法隧道质量成败的关键因素之一。
一、工艺原理
在盾构隧道施工过程中，当盾构机掘进后，在管片与地层之间、管片与盾尾壳体之间将存在一定的空隙，为防止土体松弛下沉、减少地表沉降、保持隧道衬砌的早期稳定、提高衬砌接缝防水性能，保证隧道工后不变形、不下沉、不漏水，需要在管片壁后环向间隙采用同步注浆方式填充双液浆，如图1-1所示。
在盾构施工同步注浆单液浆改双液浆过程中，采取了以下改造措施：
（1）盾构台车上添置了B液混合罐， B液运输中转站，通过自动化控制实现了B液管道运输过程流量和压力的数字精确化控制；
（2）利用盾构机原有的同步注浆系统，将原有的砂浆存储罐改造成A液中转站，通过自动化控制实现了A液管道运输过程中流量和压力的数字精确化控制；
（3）盾构机内部原盾尾注浆管口处新增A、B液混合器，在此产生混合均匀的双液浆以供同步注浆使用；
（4）同步注浆盾尾出浆口添加尼龙橡胶板止浆，改造原有的圆孔出浆口，在出浆口形成类似单向阀的密封，防止双液浆回流，堵塞注浆管路提高了盾构机施工工作效率。
二、施工工艺流程及操作要点
（一）施工工艺流程
盾构施工同步注浆单液浆改双液浆施工工艺流程为：A液注浆系统改造→B液注浆系统改造→A、B液混合器设计、加工→出浆口设计、改造→双液浆配比设计→注浆量的控制计算。
（二）操作要点
1. A液注浆系统改造
传统的同步注浆采用单液浆，砂浆在拌合站拌合均匀后通过管道输送至电瓶车的砂浆存储箱，然后再通过电瓶车的水平运输至盾构机台车上的砂浆存储管。中间程序繁多冗杂，见图2-1。
改造之后的，A液在砂浆拌合站混合好后通过管道直接输送至盾构机1号台车的砂浆存储罐，再通过柱塞泵加压输送到A、B液混合器处。A液浆利用盾构机自带的同步注浆管道，注浆系统由液压泵站提供动力，浆液流量可以通过控制液压比例控制阀来调整，4个出口装有压力传感器。在泵的冲程可检验的地方，每个活塞装有计数器，以致每条线上的浆液流量均可变化以适应盾构机的掘进速度。每个注浆点上的压力传感发出的信号可以用于控制注浆过程。在实际工作工程中A液压力分配阀上的A浆液出口并联2条A浆液同步注浆管道，通过电磁开关对2条A液管道的不同步操作，通过3通管接头使A液在注浆管路里连续运输。
对于A液的流量及注浆压力控制有2种方式：1）砂浆罐旁边有操作控制面板可实现监控，即本地操作。2）盾构机主控室有操控面板可以实现自动化远程控制。
2. B液注浆系统改造
单液浆改为双液浆需要新增加B液注浆系统，B液注浆系统主要由水玻璃混合液罐、存储罐、离心式自吸泵、调比泵、注浆管路、控制器等组成；通过对盾构机整体分析，利用盾构机5#台车剩余空间安装水玻璃混合液罐、存储罐、离心式自吸泵和比例调节泵。注浆管路接比例调节泵后沿着盾构台车向盾尾敷设，最终与A液在盾尾混合，安装混合器。
水玻璃通过电瓶车运输至混合液罐内，根据试验配合比添加一定比例的水，利用空气搅拌使水玻璃溶液充分混合。再通过离心式自吸泵添加到B液存储罐内，存储罐里配有2对搅拌器，时刻对混合液进行搅拌。最后由注浆比例调节泵泵将其输送到A、B液混合器处，注浆过程中流量和压力可控。原理如图2-3所示。
3. A、B液混合器设计
单液浆改为双液浆需要新增设混合器，混合器安装在盾构机盾尾内壁前端。A、B液混合器结构为一个三通管接头加一个单向阀，单向阀安装在B液管路。B液的注浆压力大于A液的注浆压力，另外由于B液管路安装有单向阀，避免了A液流入B液，导致堵管现象的发生。改造原理图见图2-4所示。
4.出浆口设计改造
在盾构机盾尾原有的出浆管口增加一个橡胶尼龙板，在尼龙板上用刀片划“×”字形缝隙，然后将尼龙板四周固定，注浆时，带有压力的双液浆挤压橡胶尼龙板变形，孔缝增大而完成盾尾同步注浆；不注浆时，橡胶尼龙板弹性变形消失，恢复原状，形成成一道密封堵在出浆口，防止双浆液回流堵塞注浆孔。尼龙板的尺寸原理图如图2-5所示。
5.双液浆的最佳配比研究设计
盾构施工同步注浆的双液浆溶液主要包括两种溶液， A液：水泥-膨润土浆液；B液：水玻璃溶液。对于盾构施工同步注浆所用的双液浆我们提出2个要求：1）初凝时间（双液浆凝结时间在15-30s范围内；2）水玻璃波美度为30-32°Be。通过实验确定了双液浆配比，具体见下表。 （1）A、B液的配合比及凝结时间
（2）每方混合液的中原材料用量
6.注浆量的控制
根据盾构机刀盘外径6.43m，管片外径6.2m，管片环宽1.5m，可计算出理论建筑空隙为3.42m?。根据规范要求，实际同步注浆量需达到理论建筑空隙的1.3～1.8倍，施工过程中取1.5倍，则同步注浆量（理论）V=π*（（6.43/2）2-（6.2/2）2）*1.5*1.5=5.13m?。
7.注意事项
（1）由于双液浆的速凝特性，在进行同步注浆双液浆改造之后，我们将注浆管路集中到盾尾上半部分，需注意一般必须选则在左上或者右上部位。
（2）双液浆每次注浆完成之后必须用膨润土浆液清洗管道，当出现长期停工等情况时管道里必须存储有一定量的膨润土稀浆液，以防止管道堵死。
四、工程实际应用
盾构机同步注浆单液浆改双液浆施工技术成功应用到呼和浩特市轨道交通1号线一期工程孔家营站～呼钢东路站区间右线盾构施工中，中铁装备#346号盾构机注浆系统改造成功，操控方便，盾构隧道成型质量优良。
（一）B液浆路的改造
单液浆改为双液浆需要新增加B液注浆系统，B液注浆系统主要由水玻璃混合液罐、存储罐、离心式自吸泵、调比泵、注浆管路、控制器等组成；通过对盾构机整体分析，利用盾构机5#台车剩余空间安装水玻璃混合液罐、存储罐、离心式自吸泵和调比泵，注浆管路出调比泵后沿着盾构台车向盾尾敷设，最终与A液在盾尾混合，安装混合器。
水玻璃通过电瓶车运输至混合液罐内，根据试验配合比添加一定比例的水，利用空气搅拌使水玻璃溶液充分混合。再通过离心式自吸泵添加到B液存储罐内，存储罐里配有2对搅拌器，时刻对混合液进行搅拌。最后由注浆调比泵将其输送到A、B液混合器处，注浆过程中控制流量和压力。如图4-1所示，展示了B液注浆系统。
（二）A液注浆系统改造
A液在砂浆拌合站混合好后通过管道直接输送至盾构机1号台车的砂浆存储罐，再通过柱塞泵加压输送到A、B液混器处。 A液浆利用传统的同步注浆管道，注浆系统由液压泵站提供动力，浆液流量可以通过控制液压油流量来调整，4个出口装有压力传感器。在泵的冲程可检验的地方，每个活塞装有计数器，以至每条管线上的浆液流量均可变化以适应盾构机的掘进速度。每个注浆点上的压力传感发出的信号可以用于控制注浆过程。在实际工作工程中A液压力分配阀上的A浆液出口并联2条A浆液同步注浆管道，通过电磁开关对2条A液管道的不同步操作，通过3通管接头使A液在注浆管路里连续运输，最后送到混合器处。
对于A液的流量及注浆压力控制有2种方式：一种为砂浆罐旁边有操作控制面板可实现监控，即本地操作。另一种为盾构机主控室有操控面板可以实现自动化控制。
（三）A、B液混合器改造
单液浆改为双液浆需要新增设混合器，混合器安装在盾尾内壁前端，A、B液混合器结构为一个三通管接头加一个单向阀，单向阀安装在B液管路。B液的注浆压力大于A液的注浆压力，另外由于B液管路安装有单向阀，避免了A液流入B液导致堵管现象的发生，见图4-2所示。
（四）盾尾出浆口改造
在盾构机盾尾原有的出浆管口增加一个橡胶尼龙板，在尼龙板上用刀片划“×”字形缝隙，然后将尼龙板四周固定，注浆时，带有压力的双液浆挤压橡胶尼龙板变形，孔缝增大而完成盾尾同步注浆；不注浆时，橡胶尼龙板弹性变形消失，恢复原状，形成一道密封堵在出浆口，防止盾尾浆液回流堵塞注浆管路。
（五）成型隧道质量
在盾构机改造之后，同步注浆单液浆改双液浆，浆液能够在短时间内凝结并产生较大强度，及早填充了管片周边的空隙，稳固了地层，减少了地层扰动和沉降，有利于管片的稳定，对控制管片上浮、隧道渗漏水有明显的效果。截止2016年6月10日，孔～呼区间完成178环，隧道成型质量优良。
1.隧道渗水情况
178环首推整体无渗漏水情况，除第36环管片接缝处湿渍面积达到0.01m2（设计标准为0.2㎡），其他少量渗水部位均为未封堵二次注浆孔位。在封堵完成后无渗漏。 隧道渗漏水整体情况符合规范设计要求。
2.管片错台情况
178环首推管片横纵缝错台均无超限情况，符合规范设计要求，具体统计数据见下表：
3.管片的初凝与上浮和下沉
如图所示隧道管片姿态在脱出盾构机盾尾之后管片上浮或者下浮幅度不大于10毫米，管片的姿态基本由盾构机盾尾姿态决定，另外浆液的凝固时间较短基本在第三天至第四天左右完成固化，有效的控制了成型隧道质量。
五、結论
针对富水砂卵石地层并夹杂有粉细砂层透镜体，地下水丰富、水位高、补给迅速的特点，为防止土体松弛下沉、减少地表沉降、保持隧道衬砌的早期稳定、提高衬砌接缝防水性能，保证隧道不变形、不下沉、不漏水。对盾构机同步注浆系统进行改造，由传统的注单液惰性浆浆改为注双液浆，由于双液浆具有初凝时间短、抗渗能力强等优点，降低盾构机在掘进过程中渗漏水及地表沉降的风险，保证了盾构隧道施工的安全与质量，提高了工效。此种工艺技术广泛应用于地层条件恶劣，地下水位丰富等环境，对地铁盾构施工有一定的借鉴意义。
参考文献
[1]黄威然.砂与砂卵石地层盾构工程施工技术.中国建筑工业出版社.
[2]杨书江主编，《富水砂卵石地层盾构施工技术》，第一版，北京：人民交通出版社，2011.4.
[3]黄威然等主编，《砂与砂砾地层盾构工程技术》，第一版，北京：中国建筑工业出版社2013.2。
[4]周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.
作者简介
魏广造（1975年12月），男，汉族，安徽淮南人，高级工程师。