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摘 要：同步注浆工艺作为盾构法隧道施工过程中的一道关键工序，对于成环隧道结构的稳定、周围土体的变形控制等起到关键作用。本文针对宁波地区土质特点，对宁波轨道交通盾构法隧道同步注浆施工工艺中的注浆材料、配套设备及注浆控制等方面展开分析与比较，阐述同步注浆工艺对于宁波软土地区进行盾构法隧道施工的重要性，探讨同步注浆工艺优化对于提升宁波轨道交通盾构法隧道整体施工技术的积极意义。
关键词：盾构法隧道；同步注浆；施工工艺；工艺优化；
中图分类号:P135 文献标识码：A
概述
盾构施工工法以其对周围环境影响小、隧道成型质量高、安全可靠、施工进度快、造价低等优点，成为城市隧道施工工法的首选。而盾构施工同步注浆技术又是盾构工法中必不可少的关键性环节，是控制隧道结构稳定和周围环境保护的关键。盾构同步注浆工艺是在盾构掘进的同时，通过注浆泵的泵压作用，把填充材料注入盾尾的管片环外空隙之中，达到填充管片环外空隙、固定管片环位置、减小地面沉降、充当环外第一道防水层等目的。
图1 盾构同步注浆技术原理示意图
注浆材料
以宁波软土地区为例，理想的同步注浆材料需具备以下几点要求：
1）良好的和易性
浆液和易性的概念包括：流动性、黏聚性和保水性。流动性（又称稠度）是指浆液材料在本身自重或施工运输过程中的泵送、振动等作用下，能产生流动并均匀密实地成型的性能；黏聚性是指浆液材料在施工过程中各组成材料之间具备一定的黏聚力，不致产生分层和离析现象，能保持整体均匀；保水性是指浆液材料在施工过程中，具有一定的保水能力，不致产生严重泌水现象，容易泌水的浆液在形成结石体之后会产生收缩，也会对注浆的后期效果产生不利影响。浆液和易性关系到浆液在拌制、运输、泵送及后期注浆效果，因此，是浆液材料最重要的指标之一，其控制参数一般采用坍落度（稠度）、常压泌水率进行测定。
2）适当的初凝时间
鉴于盾构法隧道的施工特点，浆液在地面（或拌站）拌制成品之后，需要经过一定时间与距离进行运输、储存，因此要求浆液必须具备较长的可使用时间，以满足盾构施工需要，且根据施工工况条件的不同，对浆液的可使用时间也不尽相同。一般单液浆的初凝时间应达到10h以上，其控制参数一般采用坍落度（稠度）经时损失进行测定。
3）较高的早期强度
所谓的早期强度是指浆液材料在充分填充建筑空隙之后，具备能够抵抗周围土体应力变形及控制成环管片结构稳定的能力，特别是在软土地区，浆液材料的及时填充以及形成的早期强度，决定着地表沉降控制及管片结构上浮的控制效果。由于浆液材料在注入管片壁后的受力形式主要为土体作用于管片结构的剪切力，因此，其控制参数一般采用抗剪切屈服强度来进行评价与测定。目前针对宁波地区典型软土地质已研发出适应性厚浆材料，其特点为大密度、低稠度、高抗剪。
配套设备
由于盾构法隧道施工采用的浆液材料不同，其配套设备的组成与形式也不尽相同，本文以适应宁波地区土质特点的新型厚浆材料为例，对配套设备的适应性作以下分析：
1）拌浆设备
新型厚浆其配比特点为高含砂率，因此，对搅拌设备的形式及效率提出了高要求。以往拌制高稠度可硬性单液浆的6m3卧式灰浆搅拌机，采用人工上料，搅拌轴的支承密封寿命较短，并且在拌制稠度值较低的浆液材料时效率很低，难以满足新型新型厚浆材料的拌制要求。拌制低稠度“厚浆”应采用自动搅拌楼系统，搅拌机采用立轴强制式，整套系统由砂料筛分系统，砂料、粉煤灰、膨润土自动上料系统，粉料独立仓储计量系统、液体外加剂储料计量系统、搅拌机和控制室等组成，实现高精度自动化拌浆，确保浆液配比的精确与拌制浆液的和易性。
2）输浆设备
对于大直径盾构，采用新型厚浆施工时，在输送过程中一般采用大型的浆桶吊装设备或混凝土泵结合运浆橄榄车进行输送。在中等直径盾构隧道施工中，一般采用螺杆泵或挤压泵进行浆液输送。
3）泵送设备
鉴于新型新型厚浆低稠度、高含砂率的特性，普通注浆泵难以适应于该种厚浆的泵送，目前大多采用进口德国产的Schwing KSP型双缸注浆泵，其优点是进、出浆阀门结构是一种油缸控制的蝶阀，能适应含砂量大、流动性低的浆料，被广泛应用于盾构同步注浆的泵送施工中。
4）电气控制设备
盾构同步注浆施工过程中，应对注浆量及注浆压力参数进行重点控制。因此，应在接近盾尾的每个注浆孔设置压力计，每个注浆点上的压力计发出的信号可以用于控制注浆过程；在泵冲程可检测的地方，每个活塞都应装有指示器，使得活塞速度(注浆量)可以控制，借助于操作面板上的4个分压器，每条管路上的注浆量均可与盾构掘进速度相匹配。
注浆参数控制
注浆参数的设置直接影响同步注浆施工效果，其核心控制理念为注浆压力与注浆量的“双控”。
1）注浆压力
根据注浆的目的和要求：注浆压力应保证充分填充盾构施工产生的建筑空隙，避免由此引起的周围土体变形、地表沉陷影响地表建筑物与地下管线的安全；避免过大的注漿压力引起地表有害隆起或破坏管片衬砌，防止注浆损坏盾尾密封。注浆压力最佳值应在综合考虑地质条件、管片强度、设备性能、浆液特性和土仓压力的基础上来确定。
2）注浆量
注浆量的确定是以盾尾建筑空隙量为基础并结合地层、线路及掘进方式等考虑适当的富余系数，以保证达到充填密实的目的。根据施工实际，这里的富余系数包括由注浆压力产生的压密系数、取决于地质情况的土质系数、施工消耗系数、由掘进方式产生的超挖系数等。一般主要考虑土质系数和超挖系数。土质系数取决于地层特征，粘土地层一般取值为1.1～1.5。超挖系数是正常情况下盾尾建筑空隙的修正系数，一般只在曲线段施工中产生（直线段盾构机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），其具体数值可通过计算得出。
3）注浆速度
注浆速度由注浆泵的性能、单环注浆量确定，应与掘进速度相适应。
工艺标准
宁波地区盾构法隧道施工，须选取新型厚浆进行同步注浆施工，根据不同土层工况新型厚浆性能指标见下表1：
表1不同土层盾构新型厚浆性能指标控制
配比 坍落度
控制
cm 密度
g/cm3 泌水率
% 屈服强度
Pa 可使用时间
h 流动度
cm 28d
强度
MPa
0h 8h
1 8~10 >1.80 新浆<1%
活化浆<3% >500 >800 >30 18~20 >0.15
2 12~16 >1.90 新浆<1%
活化浆<3% >300 >800 >30 18~22 >0.15
3 12~16 >1.90 <1% >300 >1200 Pa 18~25 18~22 >0.50
注：1#配合比性能指标最优，为主推浆液配比。
宁波地区盾构法隧道采用新型厚浆进行同步注浆施工，须对配套系统设备进行针对性改制与优化，对同步注浆系统设备要求及改制方案见下表2：
表2同步注浆系统设备要求及改制方案
项目 宁波同步注浆系统分析 宁波同步注浆系统改制方案
拌浆
系统 1) 至少能拌制含砂率达75%（不含水）、坍落度为10cm的砂浆；2) 拌浆量满足两台盾构每台6cm/min推进速度，每小时的理论拌浆量可达20 m3/h；3) 浆液拌制设备系统的布置与工作要适应盾构施工现场的场地；4) 浆液拌制设备的搅拌轴支承密封等易损件使用寿命大于5个月。 自动上料与强制搅拌楼系统
输送
系统 1）输浆管路直径应满足于新型浆液的输送；2）输浆泵应适应低稠度、高含砂率浆液的输送，流量要大于12m3/h；3）搅拌轴的密封使用寿命须满足较长区间段的盾构推进。 挤压泵；参数如下：1）型号：JYB-11KW-1；2）最大理论流量：48m3/h；3）功率：11kW；
泵送
系统 1）可压送坍落度约9～20cm的浆液材料；2）长期泵送压力应大于3MPa，短期泵送压力能达6MPa；3）单缸泵送流量可控制在40～100L/min；4）泵送压力与流量为无级可调；5）泵送流量稳定，且正确显示并易记录；6）能在同步注浆的注浆压力要求范围内，自动开启或停止泵的工作。 Schwing KSP 12型注浆泵系统与PLC控制系统；
盾构掘进过程中，同步注浆应采用多点均匀注浆，注入流量应同掘进速度相适应，使之既能达到有效填充建筑空隙，又不会对管片成环质量产生影响，盾构注浆系统通过多个（4~6点）注浆点对盾尾管片外部建筑空隙实施同步注浆，多点同步注浆示意图如下图2所示：
图2均匀注浆控制示意图
采用新型厚浆进行同步注浆施工，在盾构掘进过程中，应采用注浆量与注浆压力双控的标准进行控制；双控即注浆压力达到设计最佳值、注浆量达到理论注浆量的100％以上。
结语
盾构法隧道施工工法目前已大规模应用于宁波轨道交通建设中，同步注浆技术作为盾构法隧道施工中的重要组成部分，其施工质量的好坏直接关系到隧道结构稳定、周围环境保护、防水抗渗、盾尾保护、施工进度等方方面面。相信随着盾构法隧道整体施工技术在宁波地区的不断发展与创新，同步注浆施工工艺的不断完善将在本地区轨道交通建设、运营及环境安全等方面创造显著经济效益与社会效益。
参考文献：
[1] 郑宜枫，商涛平，丁志诚。超大直径盾构抗剪型同步注浆的工学特性。地下工程施工与风险防范技术，2007：627~632
[2] 谢彬，商涛平.超大直径泥水盾构同步注浆浆液研究与应用[C].上海：2007第三届上海国际隧道工程研讨会文集，同济大学出版社，2007.
[3] 周文波.盾构隧道施工技术及应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.
林平宁波市轨道交通建设指挥部 总师办付主任
关键词：盾构法隧道；同步注浆；施工工艺；工艺优化；
中图分类号:P135 文献标识码：A
概述
盾构施工工法以其对周围环境影响小、隧道成型质量高、安全可靠、施工进度快、造价低等优点，成为城市隧道施工工法的首选。而盾构施工同步注浆技术又是盾构工法中必不可少的关键性环节，是控制隧道结构稳定和周围环境保护的关键。盾构同步注浆工艺是在盾构掘进的同时，通过注浆泵的泵压作用，把填充材料注入盾尾的管片环外空隙之中，达到填充管片环外空隙、固定管片环位置、减小地面沉降、充当环外第一道防水层等目的。
图1 盾构同步注浆技术原理示意图
注浆材料
以宁波软土地区为例，理想的同步注浆材料需具备以下几点要求：
1）良好的和易性
浆液和易性的概念包括：流动性、黏聚性和保水性。流动性（又称稠度）是指浆液材料在本身自重或施工运输过程中的泵送、振动等作用下，能产生流动并均匀密实地成型的性能；黏聚性是指浆液材料在施工过程中各组成材料之间具备一定的黏聚力，不致产生分层和离析现象，能保持整体均匀；保水性是指浆液材料在施工过程中，具有一定的保水能力，不致产生严重泌水现象，容易泌水的浆液在形成结石体之后会产生收缩，也会对注浆的后期效果产生不利影响。浆液和易性关系到浆液在拌制、运输、泵送及后期注浆效果，因此，是浆液材料最重要的指标之一，其控制参数一般采用坍落度（稠度）、常压泌水率进行测定。
2）适当的初凝时间
鉴于盾构法隧道的施工特点，浆液在地面（或拌站）拌制成品之后，需要经过一定时间与距离进行运输、储存，因此要求浆液必须具备较长的可使用时间，以满足盾构施工需要，且根据施工工况条件的不同，对浆液的可使用时间也不尽相同。一般单液浆的初凝时间应达到10h以上，其控制参数一般采用坍落度（稠度）经时损失进行测定。
3）较高的早期强度
所谓的早期强度是指浆液材料在充分填充建筑空隙之后，具备能够抵抗周围土体应力变形及控制成环管片结构稳定的能力，特别是在软土地区，浆液材料的及时填充以及形成的早期强度，决定着地表沉降控制及管片结构上浮的控制效果。由于浆液材料在注入管片壁后的受力形式主要为土体作用于管片结构的剪切力，因此，其控制参数一般采用抗剪切屈服强度来进行评价与测定。目前针对宁波地区典型软土地质已研发出适应性厚浆材料，其特点为大密度、低稠度、高抗剪。
配套设备
由于盾构法隧道施工采用的浆液材料不同，其配套设备的组成与形式也不尽相同，本文以适应宁波地区土质特点的新型厚浆材料为例，对配套设备的适应性作以下分析：
1）拌浆设备
新型厚浆其配比特点为高含砂率，因此，对搅拌设备的形式及效率提出了高要求。以往拌制高稠度可硬性单液浆的6m3卧式灰浆搅拌机，采用人工上料，搅拌轴的支承密封寿命较短，并且在拌制稠度值较低的浆液材料时效率很低，难以满足新型新型厚浆材料的拌制要求。拌制低稠度“厚浆”应采用自动搅拌楼系统，搅拌机采用立轴强制式，整套系统由砂料筛分系统，砂料、粉煤灰、膨润土自动上料系统，粉料独立仓储计量系统、液体外加剂储料计量系统、搅拌机和控制室等组成，实现高精度自动化拌浆，确保浆液配比的精确与拌制浆液的和易性。
2）输浆设备
对于大直径盾构，采用新型厚浆施工时，在输送过程中一般采用大型的浆桶吊装设备或混凝土泵结合运浆橄榄车进行输送。在中等直径盾构隧道施工中，一般采用螺杆泵或挤压泵进行浆液输送。
3）泵送设备
鉴于新型新型厚浆低稠度、高含砂率的特性，普通注浆泵难以适应于该种厚浆的泵送，目前大多采用进口德国产的Schwing KSP型双缸注浆泵，其优点是进、出浆阀门结构是一种油缸控制的蝶阀，能适应含砂量大、流动性低的浆料，被广泛应用于盾构同步注浆的泵送施工中。
4）电气控制设备
盾构同步注浆施工过程中，应对注浆量及注浆压力参数进行重点控制。因此，应在接近盾尾的每个注浆孔设置压力计，每个注浆点上的压力计发出的信号可以用于控制注浆过程；在泵冲程可检测的地方，每个活塞都应装有指示器，使得活塞速度(注浆量)可以控制，借助于操作面板上的4个分压器，每条管路上的注浆量均可与盾构掘进速度相匹配。
注浆参数控制
注浆参数的设置直接影响同步注浆施工效果，其核心控制理念为注浆压力与注浆量的“双控”。
1）注浆压力
根据注浆的目的和要求：注浆压力应保证充分填充盾构施工产生的建筑空隙，避免由此引起的周围土体变形、地表沉陷影响地表建筑物与地下管线的安全；避免过大的注漿压力引起地表有害隆起或破坏管片衬砌，防止注浆损坏盾尾密封。注浆压力最佳值应在综合考虑地质条件、管片强度、设备性能、浆液特性和土仓压力的基础上来确定。
2）注浆量
注浆量的确定是以盾尾建筑空隙量为基础并结合地层、线路及掘进方式等考虑适当的富余系数，以保证达到充填密实的目的。根据施工实际，这里的富余系数包括由注浆压力产生的压密系数、取决于地质情况的土质系数、施工消耗系数、由掘进方式产生的超挖系数等。一般主要考虑土质系数和超挖系数。土质系数取决于地层特征，粘土地层一般取值为1.1～1.5。超挖系数是正常情况下盾尾建筑空隙的修正系数，一般只在曲线段施工中产生（直线段盾构机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），其具体数值可通过计算得出。
3）注浆速度
注浆速度由注浆泵的性能、单环注浆量确定，应与掘进速度相适应。
工艺标准
宁波地区盾构法隧道施工，须选取新型厚浆进行同步注浆施工，根据不同土层工况新型厚浆性能指标见下表1：
表1不同土层盾构新型厚浆性能指标控制
配比 坍落度
控制
cm 密度
g/cm3 泌水率
% 屈服强度
Pa 可使用时间
h 流动度
cm 28d
强度
MPa
0h 8h
1 8~10 >1.80 新浆<1%
活化浆<3% >500 >800 >30 18~20 >0.15
2 12~16 >1.90 新浆<1%
活化浆<3% >300 >800 >30 18~22 >0.15
3 12~16 >1.90 <1% >300 >1200 Pa 18~25 18~22 >0.50
注：1#配合比性能指标最优，为主推浆液配比。
宁波地区盾构法隧道采用新型厚浆进行同步注浆施工，须对配套系统设备进行针对性改制与优化，对同步注浆系统设备要求及改制方案见下表2：
表2同步注浆系统设备要求及改制方案
项目 宁波同步注浆系统分析 宁波同步注浆系统改制方案
拌浆
系统 1) 至少能拌制含砂率达75%（不含水）、坍落度为10cm的砂浆；2) 拌浆量满足两台盾构每台6cm/min推进速度，每小时的理论拌浆量可达20 m3/h；3) 浆液拌制设备系统的布置与工作要适应盾构施工现场的场地；4) 浆液拌制设备的搅拌轴支承密封等易损件使用寿命大于5个月。 自动上料与强制搅拌楼系统
输送
系统 1）输浆管路直径应满足于新型浆液的输送；2）输浆泵应适应低稠度、高含砂率浆液的输送，流量要大于12m3/h；3）搅拌轴的密封使用寿命须满足较长区间段的盾构推进。 挤压泵；参数如下：1）型号：JYB-11KW-1；2）最大理论流量：48m3/h；3）功率：11kW；
泵送
系统 1）可压送坍落度约9～20cm的浆液材料；2）长期泵送压力应大于3MPa，短期泵送压力能达6MPa；3）单缸泵送流量可控制在40～100L/min；4）泵送压力与流量为无级可调；5）泵送流量稳定，且正确显示并易记录；6）能在同步注浆的注浆压力要求范围内，自动开启或停止泵的工作。 Schwing KSP 12型注浆泵系统与PLC控制系统；
盾构掘进过程中，同步注浆应采用多点均匀注浆，注入流量应同掘进速度相适应，使之既能达到有效填充建筑空隙，又不会对管片成环质量产生影响，盾构注浆系统通过多个（4~6点）注浆点对盾尾管片外部建筑空隙实施同步注浆，多点同步注浆示意图如下图2所示：
图2均匀注浆控制示意图
采用新型厚浆进行同步注浆施工，在盾构掘进过程中，应采用注浆量与注浆压力双控的标准进行控制；双控即注浆压力达到设计最佳值、注浆量达到理论注浆量的100％以上。
结语
盾构法隧道施工工法目前已大规模应用于宁波轨道交通建设中，同步注浆技术作为盾构法隧道施工中的重要组成部分，其施工质量的好坏直接关系到隧道结构稳定、周围环境保护、防水抗渗、盾尾保护、施工进度等方方面面。相信随着盾构法隧道整体施工技术在宁波地区的不断发展与创新，同步注浆施工工艺的不断完善将在本地区轨道交通建设、运营及环境安全等方面创造显著经济效益与社会效益。
参考文献：
[1] 郑宜枫，商涛平，丁志诚。超大直径盾构抗剪型同步注浆的工学特性。地下工程施工与风险防范技术，2007：627~632
[2] 谢彬，商涛平.超大直径泥水盾构同步注浆浆液研究与应用[C].上海：2007第三届上海国际隧道工程研讨会文集，同济大学出版社，2007.
[3] 周文波.盾构隧道施工技术及应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.
林平宁波市轨道交通建设指挥部 总师办付主任