王瑛輝

（石家莊市軌道交通有限責(zé)任公司，河北 石家莊050000）

1 盾構(gòu)法介紹

盾構(gòu)法施工是以盾構(gòu)這種施工機(jī)械在地面以下暗挖隧道的一種施工方法。盾構(gòu)（shield）是一個(gè)既可以支承地層壓力又可以在地層中推進(jìn)的活動(dòng)鋼筒結(jié)構(gòu)。鋼筒的前端設(shè)置有支撐和開(kāi)挖土體的裝置，鋼筒的中段安裝有頂進(jìn)所需的千斤頂；鋼筒的尾部可以拼裝預(yù)制或現(xiàn)澆隧道襯砌環(huán)。盾構(gòu)每推進(jìn)一環(huán)距離，就在盾尾支護(hù)下拼裝（或現(xiàn)澆）一環(huán)襯砌，并向襯砌環(huán)外圍的空隙中壓注水泥砂漿，以防止隧道及地面下沉。盾構(gòu)推進(jìn)的反力由襯砌環(huán)承擔(dān)。盾構(gòu)施工前應(yīng)先修建一豎井，在豎井內(nèi)安裝盾構(gòu)，盾構(gòu)開(kāi)挖出的土體由豎井通道送出地面。

盾構(gòu)法施工的優(yōu)點(diǎn)

（1）安全開(kāi)挖和襯砌，掘進(jìn)速度快；

（2）盾構(gòu)的推進(jìn)、出土、拼裝襯砌等全過(guò)程可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，施工勞動(dòng)強(qiáng)度低；

（3）不影響地面交通與設(shè)施，同時(shí)不影響地下管線等設(shè)施；

（4）穿越河道時(shí)不影響航運(yùn)，施工中不受季節(jié)、風(fēng)雨等氣候條件影響，施工中沒(méi)有噪音和擾動(dòng)；

（5）在松軟含水地層中修建埋深較大的長(zhǎng)隧道往往具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)越性。

2 工程概況

根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，石家莊火車東站～南村站區(qū)間穿越土層以粉質(zhì)粘土，中粗砂為主；南村站～洨河大道站區(qū)間穿越土層以粉細(xì)砂，中粗砂為主。兩區(qū)間范圍內(nèi)地下水埋深約40～48m，含水層為卵石粗砂層，區(qū)間均未進(jìn)入潛水層，未見(jiàn)上層滯水。因此宜采用盾構(gòu)施工。

3 盾構(gòu)同步注漿

當(dāng)盾片脫離盾尾后,在土體與管片之間會(huì)形成一道寬度為80mm左右的環(huán)行空隙。同步注漿的目的是為了盡快填充環(huán)形間隙使管片盡早支撐地層，防止地面變形過(guò)大而危及周圍環(huán)境安全，同時(shí)作為管片外防水和結(jié)構(gòu)加強(qiáng)層。

3.1 注漿材料及配比設(shè)計(jì)

3.1.1 注漿材料

采用水泥粉煤灰砂漿作為同步注漿材料，該漿材具有結(jié)石率高、結(jié)石體強(qiáng)度高、耐久性好和能防止地下水浸析的特點(diǎn)。水泥采用42.5抗硫酸鹽水泥，以提高注漿結(jié)石體的耐腐蝕性，使管片處在耐腐蝕注漿結(jié)石體的包裹內(nèi)，減弱地下水對(duì)管片混凝土的腐蝕。

3.1.2 漿液配比及主要物理力學(xué)指標(biāo)

根據(jù)盾構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)，同步注漿擬采用表所示的配比。在施工中，根據(jù)地層條件、地下水情況及周邊條件等，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)優(yōu)化確定。同步注漿漿液的主要物理力學(xué)性能應(yīng)滿足下列指標(biāo)：

表1 同步注漿材料配比和性能指標(biāo)表

1）膠凝時(shí)間：一般為3～10h，根據(jù)地層條件和掘進(jìn)速度，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)加入促凝劑及變更配比來(lái)調(diào)整膠凝時(shí)間。對(duì)于強(qiáng)透水地層和需要注漿提供較高的早期強(qiáng)度的地段，可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)一步調(diào)整配比和加入早強(qiáng)劑，進(jìn)一步縮短膠凝時(shí)間。

2）固結(jié)體強(qiáng)度：一天不小于 0.2MPa，28 天不小于 2.5MPa。

3）漿液結(jié)石率：＞95%，即固結(jié)收縮率＜5%。

4）漿液稠度：8～12cm。

5）漿液穩(wěn)定性：傾析率（靜置沉淀后上浮水體積與總體積之比）小于5%。

3.2 同步注漿主要技術(shù)參數(shù)

3.2.1 注漿壓力

注漿壓力略大于該地層位置的靜止水土壓力，同時(shí)避免漿液進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)的土倉(cāng)中。

最初的注漿壓力是根據(jù)理論的靜止水土壓力確定的，在實(shí)際掘進(jìn)中將不斷優(yōu)化。如果注漿壓力過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致地面隆起和管片變形，還易漏漿。如果注漿壓力過(guò)小，則漿液填充速度趕不上空隙形成速度，又會(huì)引起地面沉陷。一般而言，注漿壓力取1.1～1.2倍的靜止水土壓力，最大不超過(guò) 3.0～4.0bar。

由于從盾尾圓周上的四個(gè)點(diǎn)同時(shí)注漿，考慮到水土壓力的差別和防止管片大幅度下沉和浮起的需要，各點(diǎn)的注漿壓力將不同，并保持合適的壓差，以達(dá)到最佳效果。在最初的壓力設(shè)定時(shí)，下部每孔的壓力比上部每孔的壓力略大 0.5～1.0bar。

3.2.2 注漿量

根據(jù)刀盤開(kāi)挖直徑和管片外徑，可以按下式計(jì)算出一環(huán)管片的注漿量。

V=π/4×K×L×（D1-D2）

式中：V—— 一環(huán)注漿量（m3）

L—— 環(huán)寬（m）

D1—— 開(kāi)挖直徑（m）

D2—— 管片外徑（m）

K—— 擴(kuò)大系數(shù)取1.5～2

代入相關(guān)數(shù)據(jù)，可得：

V=π/4×(1.5～2)×1.2×（40.83-38.44）=3.4～4.5m3/環(huán)

根據(jù)上面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，注漿量取環(huán)形間隙理論體積的1.5～2倍，則每環(huán)（1.2m）注漿量 Q=3.4～4.5m3。

3.2.3 注漿時(shí)間和速度

在不同的地層中根據(jù)需不同凝結(jié)時(shí)間的漿液及掘進(jìn)速度來(lái)具體控制注漿時(shí)間的長(zhǎng)短。做到“掘進(jìn)、注漿同步，不注漿、不掘進(jìn)”，通過(guò)控制同步注漿壓力和注漿量雙重標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定注漿時(shí)間。

注漿量和注漿壓力達(dá)到設(shè)定值后才停止注漿，否則仍需補(bǔ)漿。

同步注漿速度與掘進(jìn)速度匹配，按盾構(gòu)完成一環(huán)掘進(jìn)的時(shí)間內(nèi)完成當(dāng)環(huán)注漿量來(lái)確定其平均注漿速度。

3.2.4 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)及注漿效果檢查

采用注漿壓力和注漿量雙指標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)，即當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)定值，注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)值的85%以上時(shí)，即可認(rèn)為達(dá)到了質(zhì)量要求。

注漿效果檢查主要采用分析法，即根據(jù)壓力-注漿量-時(shí)間曲線，結(jié)合管片、地表及周圍建筑物量測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

對(duì)拱頂部分采用超聲波探測(cè)法通過(guò)頻譜分析進(jìn)行檢查，對(duì)未滿足要求的部位，進(jìn)行補(bǔ)充注漿。

4 同步注漿方法、工藝

壁后注漿裝置由注漿泵、清洗泵、儲(chǔ)漿槽、管路、閥件等組成，安裝在第一節(jié)臺(tái)車上。在盾尾設(shè)置了4處8根同步注漿管（4根A液，4根B液漿管）可注雙液漿，當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，注漿泵將儲(chǔ)漿槽中的漿液泵出，通過(guò)輸漿管道，通到盾尾殼體內(nèi)的同步注漿管，對(duì)管片外表面的環(huán)行空隙中進(jìn)行同步注漿，在每條輸漿管道上都有一個(gè)壓力傳感器，在每個(gè)注漿點(diǎn)都有監(jiān)控設(shè)備監(jiān)視每環(huán)的注漿量和注漿壓力；而且每條注漿管道上設(shè)有兩個(gè)調(diào)整閥，當(dāng)壓力達(dá)到最大時(shí)，其中一個(gè)閥就會(huì)使注漿泵關(guān)閉，而當(dāng)壓力達(dá)到最小時(shí)，另外一個(gè)閥就會(huì)使注漿泵打開(kāi)，繼續(xù)注漿。

盾尾密封采用三道鋼絲刷加注盾尾油脂密封，確保周邊地基的土砂和地下水、襯背注漿材料、開(kāi)挖面的水和泥土從外殼內(nèi)表面和管片外周部之間縫隙不會(huì)流入盾構(gòu)里，確保壁后注漿的順利進(jìn)行。

注漿工藝流程及管理程序見(jiàn)圖1。

圖1 管片襯砌背后同步注漿工藝流程及管理程序

5 同步注漿的注意事項(xiàng)

1）在開(kāi)工前制定詳細(xì)的注漿作業(yè)指導(dǎo)書，并進(jìn)行詳細(xì)的漿材配比試驗(yàn)，選定合適的注漿材料及漿液配比。

2）制訂詳細(xì)的注漿施工設(shè)計(jì)和工藝流程及注漿質(zhì)量控制程序，嚴(yán)格按要求實(shí)施注漿、檢查、記錄、分析，及時(shí)做出P（注漿壓力）－Q（注漿量）－t（時(shí)間）曲線，分析注漿速度與掘進(jìn)速度的關(guān)系，評(píng)價(jià)注漿效果，反饋指導(dǎo)下次注漿。

3）成立專業(yè)注漿作業(yè)組，由富有經(jīng)驗(yàn)的注漿工程師負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)注漿技術(shù)和管理工作。

4）根據(jù)洞內(nèi)管片襯砌變形和地面及周圍建筑物變形監(jiān)測(cè)結(jié)果，及時(shí)進(jìn)行信息反饋，修正注漿參數(shù)和施工工藝，發(fā)現(xiàn)情況及時(shí)解決。

5）做好注漿設(shè)備的維修保養(yǎng)，注漿材料供應(yīng)，定時(shí)對(duì)注漿管路及設(shè)備進(jìn)行清洗,保證注漿作業(yè)順利連續(xù)不中斷進(jìn)行。

6）每環(huán)掘進(jìn)之前，都要確認(rèn)注漿系統(tǒng)的工作狀態(tài)處于正常，并且漿液儲(chǔ)量足夠，掘進(jìn)中一旦注漿系統(tǒng)出現(xiàn)故障，立即停止掘進(jìn)進(jìn)行檢查和修理。

6 二次注漿

盾構(gòu)機(jī)穿越后考慮到環(huán)境保護(hù)和隧道穩(wěn)定因素，如發(fā)現(xiàn)同步注漿有不足的地方，通過(guò)管片中部的注漿孔進(jìn)行二次補(bǔ)注漿，補(bǔ)充同步注漿未填充部分和體積減少部分，從而減少盾構(gòu)機(jī)通過(guò)后土體的后期沉降，減輕隧道的防水壓力，提高止水效果。

二次注漿使用專用的注漿泵，注漿前鑿穿管片吊裝孔外側(cè)保護(hù)層，安裝專用的注漿接頭。

二次注漿一般采用水泥漿，注漿壓力一般為0.2～0.4MPa。也可根據(jù)情況選用雙液漿。

7 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，面對(duì)人民生活水平的不斷提高，交通的發(fā)展成為城市規(guī)劃建設(shè)的重中之重。地鐵這一軌道交通工具將顯著地緩解城市交通壓力，疏解主城中心區(qū)交通擁堵、改善居民的出行。而盾構(gòu)法施工具有施工速度快、洞體質(zhì)量比較穩(wěn)定、對(duì)周圍建筑物影響較小等特點(diǎn)，在近年來(lái)地鐵工程施工中得到廣泛應(yīng)用。

［1］陸云涌.地鐵工程施工技術(shù)綜述[J].山西建筑，2009，10（28）.

［2］向昌平.盾構(gòu)法施工技術(shù)在地鐵建設(shè)運(yùn)用中的技術(shù)問(wèn)題分析[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2008(08).