楊江朋 苗蘭弟

(陜西鐵路工程職業(yè)技術學院，714000，渭南∥第一作者，講師)

1 工程概況

廣州地鐵3號線客村站—大塘站區(qū)間采用兩條分離式的單線盾構隧道，區(qū)間單線長1484 m，兩線中心間距15.2～11.2 m，隧道埋深9～37 m。隧道采用混凝土管片襯砌，管片的外徑6000 mm、內徑5400 mm、厚度300 mm、寬度1500 mm，環(huán)間采用錯縫拼裝。采用1臺盾構機施工，盾構機長8325 mm，刀盤直徑6280 mm，盾尾直徑6230 mm。

客村站—大塘站區(qū)間隧道主要穿越巖石強風化帶、巖石中風化帶、巖石微風化帶，局部穿越可塑或稍密狀殘積土、硬塑或中密狀殘積土。隧道上方主要為中風化巖層、強風化巖層及殘積層。通過地層屬較軟地層，巖質較均一，自穩(wěn)能力較好，但節(jié)理裂隙較發(fā)育，局部易碎裂坍塌。

本區(qū)間穿過建筑物共150棟，房屋層數多為2到9層，以天然基礎為主;有少量的高層，樁長較長。所以，確保地面建筑物的安全及地表的沉降是該工程施工的重中之重，也是采用注漿的主要目的。

2 盾構施工中的注漿技術

本標段采用一臺海瑞克土壓平衡盾構機進行施工。根據區(qū)間地質情況、地面建筑、掘進模式，采用以同步注漿為主，二次補漿和地面跟蹤注漿為輔的三種注漿形式?，F對客村站—大塘站區(qū)間隧道盾構施工中的同步注漿技術進行總結研究。

2.1 盾構隧道施工中的同步注漿

2.1.1 盾構隧道施工中同步注漿的目的

在盾構隧道施工中同步注漿的目的如下:

1)防止地層變形［1］，主要是防止地層下沉:隨著盾構機的掘進，管片脫離盾尾時，該部位的地層出現臨時無支撐的凌空狀態(tài)，致使管片背面間隙出現變形或者局部坍塌，隨著圍巖松散范圍不斷擴大，地面逐漸產生沉降。如果用漿液及時填充此間隙，地層變形或坍塌就受到約束，可以有效地控制地面沉降，所以同步背后注漿的飽滿度直接影響地表沉降的程度。另外，盾構在軟土、富水層掘進時，若土壓或氣壓、泥漿壓力不夠，地層就會出現局部崩坍，表現在出土量、出水量增大，引起地下水位下降、地表下沉?？痛逭尽筇琳緟^(qū)間隧道80%穿過裂隙發(fā)育的強風化帶和中風化帶。若同步背后注漿不飽滿，地下發(fā)育的裂隙水會逐漸匯聚成水流而流入土倉，或從破損的管環(huán)縱縫滲進隧道。若地層失水量過大，地下水位會降低，出現壓密現象，致使地層變形。在裂隙水損失的過程中，地下水也會產生流動，并帶動土顆粒移動，導致地層變形加劇。

2)確保管片襯砌的早期穩(wěn)定:盾構隧道是一種管片襯砌和圍巖一體化的結構穩(wěn)定的構造物。在盾構掘進過程中，管片背面的空隙需及時均勻地填充，以確保管片所受外力均勻、無偏壓和集中應力現象。如果管片背面的空隙得不到及時的填充，管片處于無支撐或失穩(wěn)狀態(tài)，在盾構機巨大的推力下，管環(huán)容易出現錯臺、傾斜，嚴重時會導致管片開裂。所以，注漿是確保管片襯砌早期穩(wěn)定的重要措施［2］。

3)為提高隧道的抗?jié)B能力:管片脫出盾尾時，在管片背面形成空殼，如果用漿液及時地填充，漿液凝固時就會形成一道防線，能夠有效提高盾構隧道的抗?jié)B能力，以控制地下水滲入隧道。

2.1.2 背后同步注漿的加固機理

影響盾構隧道注漿填充加固質量的三個關鍵因素是:充填性、限域性(防止流失)、固結強度(早期強度)。

對填充的漿液應具有以下特性:漿液充填性好，但并不會流竄到應填充空隙以外的其它地域(如開挖面及圍巖土體);漿液流動性好，離析少，以便長距離壓送;漿液注入時應具備不易受地下水稀釋的特性;早期強度均勻，其數值與原狀土的強度相當;漿液硬化后的體積收縮率和滲透系數小;無公害且價格便宜。上述部分特性是相互矛盾的，所以實現上述目標特性并非易事。

客村站—大塘站區(qū)間同步注漿選用水泥砂漿，是單液漿。此漿液的優(yōu)點是流動性好，凝固后強度大;缺點是初期強度小，易流失，常會從注漿處流入盾構機的土倉，造成漿液浪費，也易使隧道管片背后最重要的頂端部位出現無漿液充填的現象。

單液漿液在攪拌機等攪拌器中一次拌和成為可流動的液體，再經過注漿凝結后固結。由于水泥的水化反應非常緩慢，所以到達固結狀態(tài)需要幾個小時。因此，注入時要求漿液是流動性好的液態(tài)，以利于充填［3］。

為防止?jié){液和地下水倒流或進入土倉，海瑞克盾構機在盾尾設計有止?jié){板，但往往在盾構機掘進一段后，由于盾體與土體之間的磨擦，部分止?jié){板就會墮掉。

1)在盾構始發(fā)的100多米內，止?jié){板一般比較完整，同步注漿的漿液不會流竄到土倉，注漿壓力容易保持，管片頂部容易注漿飽滿。

2)盾構機掘進一段后，部分止?jié){板脫落，同步注漿壓力在管片頂部無法保持，漿液順脫落的止?jié){板流入土倉，如不采取措施，管片頂部注漿不飽滿，會形成空殼，易引起地面沉降。

3)盾構機從客村站—大塘站區(qū)間的盾構始發(fā)端大塘工地始發(fā)時，止?jié){板未受磨損，非常完整，所以大塘站端洞門的注漿很飽滿，洞門滲水少。盾構機從中間風井二次始發(fā)時，有1/4止?jié){板脫落且沒能及時修復，所以風井處始發(fā)洞門無法注漿飽滿，造成漏水嚴重。

2.2 注漿材料

本工程采用的同步注漿材料為水泥砂漿。其由水泥，砂，粉煤灰，膨潤土，水和外加劑等組成?，F對其中的粉煤灰和膨潤土的性能作分析。

2.2.1 膨潤土

膨潤土是以蒙脫石為主要成分(含量大于65%)的黏土礦物。膨潤土可分為天然膨潤土、改性膨潤土、活性膨潤土。而天然膨潤土又分為鈣膨潤土和鈉膨潤土兩種。

鈣膨潤土水化膨脹的體積是當初干燥固態(tài)體積的3～7倍，鈉膨潤土水化膨脹后的體積是當初干燥固態(tài)體積的12～18倍。鈉膨潤土與水接觸24 h開始水化，到48 h水化結束。

膨潤土水化膨脹后，形成膏狀不透水的、可塑性膠體的隔水層，可有效降低滲水系數。所以，膨潤土膨化后擠密周圍顆粒的間隙，形成致密的抗?jié)B層，提高了凝固漿液的防滲性能。

2.2.2 粉煤灰

粉煤灰的化學成分主要是CaO(占5.02%)、SiO2(占 52.83%)、Al2O3(占 21.92%)、Fe2O3(占6.18%)，比重約 2.16，含水率約 0.4%。

粉煤灰單體固結試件起始的單軸抗壓強度為0.11 MPa(齡期等于零)，齡期28 d后的單軸抗壓強度為1.4 MPa，90 d 后為1.8 MPa。這說明粉煤灰在潮濕條件下，固結體自身有自硬性，且單軸抗壓強度隨齡期的增長而增長。

2.3 同步注漿的漿液配合比

客村站—大塘站區(qū)間各里程的地層變化明顯，漿液配合比必須能適應地層情況。不同地質條件下的1 m3漿液的材料用量見表1所示。

表1 1 m3漿液的材料用量 kg

2.4 應注意的一些問題

1)在硬巖地段盾構注漿宜采用同步注漿和二次注漿相結合的背后注漿方式，漿液配合比要在保證砂漿稠度、傾析率、固結率、強度等指標的基礎上，延長其凝膠時間。凝膠時間控制在5～12 h，同步注漿壓力約為0.1 ～0.12 MPa。

2)地下水發(fā)育時，漿液的凝膠時間應采用短一些的。對于自穩(wěn)能力較差的強風化、全風化巖層和黏土層，單液漿和雙液漿都可選用，凝膠時間控制在4 ～7 h，同步注漿壓力控制在0.15 ～0.20 MPa，必要時進行二次襯砌強注漿或采取地層加固輔助施工措施。

3)對于自穩(wěn)性差的軟弱黏土地層，當盾構向前推進時，土體出露后很快就可能坍塌，待進行注漿時盾尾空隙可能已很小。因此，同步注漿時可適當增大注漿壓力，以獲得更好的充填效果。

4)在富含水地層中的注漿要能夠迅速阻水、快速充填。因此，要求漿液凝固時間短、黏土性大、保水性強、不離析，凝膠時間為4～6 h。若掘進時已建立了一定的土壓或氣壓，則應盡量確保盾尾密封完好，以防止倉中的水由盾尾被壓入管片背后。當管片背后已被水充填，則需要提高注漿壓力以便將地下水隨著漿液的推進而被擠入土體中。

5)在盾構始發(fā)和到達段，總體上要求縮短漿液的凝膠時間，以便在填充地層的同時能盡早獲得漿液固結體強度，以保證開挖面安全，并防止從洞口處漏漿。

3 結語

從客村站—大塘站盾構工程的整個施工效果來看，注漿質量把握較好，地面沉降控制在+10 mm～－30 mm內，未引起周圍建筑物的沉降、傾斜、開裂等不良現象。本工程失敗之處是，在施工參數調整上過于保守。例如:在試驗段，主要地質是殘積土、巖石全風化帶地層，注入率λ應該從1.6下調到1.4，但施工時不敢下調，故導致浪費;在中風化地層中，在盾尾止?jié){板部分已脫落的情況下，注漿壓力已不必要達到0.15 MPa，但施工指令仍然要求達到0.15 MPa，致使大量漿液竄入土倉，造成了不必要的經濟損失。

［1］烏健.廣州地鐵巖溶區(qū)盾構施工地層變形特性研究［J］.鐵道建筑，2012(8):51.

［2］劉建偉，宋娟娟，曾龍廣.土壓平衡盾構施工地鐵引起的地表沉降分析［J］.路基工程，2012(5):123.

［3］栗晉華.隧道盾構單雙液結合多序注漿技術探討［J］.中國科技信息，2012(13):58.