王兵

【摘 要】 在我國(guó)的地下工程建設(shè)中，盾構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用越來越受到人們的重視。在進(jìn)行盾構(gòu)技術(shù)施工過程中，應(yīng)該特別注意盾尾同步注漿的注漿方式和類型，注漿材料的選擇及其配比，應(yīng)該深入了解并分析引起隧道上浮的關(guān)鍵原因，并采取一定的控制措施。

【關(guān)鍵詞】 盾構(gòu)；同步注漿；隧道上浮

引言：

2014年12月28日北京地鐵6號(hào)線二期等四條地鐵新線正式投入運(yùn)營(yíng)。地鐵在很大程度上緩解了現(xiàn)代城市的交通壓力，給人們的生活提供了巨大的便利。本文主要從常用于地鐵及隧道工程中的盾構(gòu)施工技術(shù)入手，簡(jiǎn)單說明了盾構(gòu)法施工的特點(diǎn)，對(duì)盾構(gòu)注漿需要注意的問題及漿液配置進(jìn)行了簡(jiǎn)單的敘述，另外，對(duì)隧道上浮的控制進(jìn)行了簡(jiǎn)單的探討。

一、盾構(gòu)施工技術(shù)概述

隨著我國(guó)城市人口的急劇增長(zhǎng)和城市建設(shè)的高速發(fā)展，下地工程建設(shè)成為時(shí)代發(fā)展的需求，各種地下交通隧道在很大程度上緩解了城市地面的交通壓力，給人們的生產(chǎn)生活帶來了極大的便利。用于地下工程施工的最常用的方法就是利用盾構(gòu)機(jī)在地面以下挖出隧道。世界上第一條盾構(gòu)法隧道出現(xiàn)在英國(guó)，距今已經(jīng)將近兩個(gè)世紀(jì)。隨著社會(huì)科技的不斷發(fā)展和盾構(gòu)施工的不斷更新，盾構(gòu)挖掘機(jī)及其相關(guān)的一套施工技術(shù)和施工工藝流程日趨成熟，成為進(jìn)行地下工程施工的主要手段。

（一）盾構(gòu)法施工的特點(diǎn)

采用盾構(gòu)法施工受外界季節(jié)、氣候以及地面地形等因素的影響較小，地下工程在盾構(gòu)的支護(hù)進(jìn)行地面以下的隧道施工，不會(huì)受到地面河道、山川、航運(yùn)、交通等的干擾，也不會(huì)受到各種不利地面施工的氣候因素等的影響；盾構(gòu)施工經(jīng)過長(zhǎng)期的發(fā)展和演變逐漸實(shí)現(xiàn)了智能化、自動(dòng)化、信息化，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制操作，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，加快了施工進(jìn)度；盾構(gòu)法在松軟地層中施工挖掘較大、較深的隧道更加具有明顯的優(yōu)勢(shì)。但是盾構(gòu)機(jī)的造價(jià)比較大，在施工過程中涉及到的施工工藝和流程比較復(fù)雜，此外，盾構(gòu)施工還需要多種難度較大的施工技術(shù)相互配合同時(shí)施工。

（二）盾構(gòu)法施工應(yīng)注意的問題

采用盾構(gòu)法進(jìn)行地下施工時(shí)應(yīng)該注意地層位移的問題。由于盾構(gòu)管片外壁和內(nèi)壁之間存在一定的空隙，當(dāng)管片脫離盾尾時(shí)勢(shì)必會(huì)造成地面的變形，引起隧道的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的位置，常常引發(fā)一系列的不良后果，甚至產(chǎn)生重大事故。因此必須采取一定的盾尾注漿技術(shù)，將管片脫離盾尾時(shí)產(chǎn)生的空隙進(jìn)行有效的填充，才能減少對(duì)隧道穩(wěn)定性的影響。在對(duì)盾尾進(jìn)行注漿施工時(shí)，應(yīng)該充分了解地下工程的地質(zhì)條件、施工條件等，確定適合的注漿方式和工藝流程，同時(shí)還應(yīng)該合理確定注漿材料的選擇、成分配比，設(shè)計(jì)合理的注漿位置，保證適宜的注漿壓力和注漿量等。任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都可能導(dǎo)致地下工程出現(xiàn)質(zhì)量問題。

二、注入漿液配置

對(duì)盾構(gòu)管片與盾尾之間的空隙進(jìn)行注漿，注漿材料的選擇和配比直接影響著注漿的效果和隧道的上浮。通過對(duì)注漿材料進(jìn)行一系列的試驗(yàn)，如強(qiáng)度試驗(yàn)、密度試驗(yàn)、坍落度試驗(yàn)、稠度試驗(yàn)、泌水率試驗(yàn)、固結(jié)壓縮試驗(yàn)、直接剪切試驗(yàn)、抗沖刷試驗(yàn)、PH值試驗(yàn)等，可以得出以下結(jié)論：（1）如果想要使注入的漿液達(dá)到一定的稠度要求和保水性能，可以適當(dāng)增加膨潤(rùn)土的含量，膨潤(rùn)土在一定程度上能夠抑制漿液的流動(dòng)性能，使?jié){液的泌水率得以降低。（2）如果想要使注入漿液的坍落度達(dá)到要求，可以適量降低粉煤灰的含量，增加適量黃砂，以抑制漿液流動(dòng)，同時(shí)降低漿液的稠度和坍落度。（3）想要增加注入漿液的抗壓強(qiáng)度和壓縮模量，可以通過增加粉煤灰代替石灰膏的方法來實(shí)現(xiàn)。（4）為了增加砂漿尤其是膨潤(rùn)土砂漿的流動(dòng)性能，可以添加適量的泵送劑，能夠達(dá)到很好的效果。（5）NaOH能夠使注入漿液的強(qiáng)度變小，但是使用其作為外加劑能夠大大提高和改善盾構(gòu)管路的易清洗性能。

三、隧道上浮控制分析

（一）同步注漿控制

在地下工程的含水層中，盾構(gòu)管片由于處于挖掘過程中圓形坑道的液體中，盾構(gòu)管片隨時(shí)會(huì)發(fā)生上浮現(xiàn)象。這就必須采取一定的措施對(duì)盾構(gòu)管片脫離盾尾之后進(jìn)行適當(dāng)?shù)募s束，一般情況下，應(yīng)該在管片在適當(dāng)長(zhǎng)度內(nèi)受到盾尾32根M30剛性連接的彎螺栓約束的時(shí)間段內(nèi)，及時(shí)向盾尾管片的空隙內(nèi)注入一定材料及配合比的漿液，從而將管片適當(dāng)固定。

利用同步注入惰性漿液填充盾構(gòu)管片之間的空隙，惰性漿液由于很難被水稀釋，這樣就阻礙了流體向上運(yùn)動(dòng)的貫通力，最終達(dá)到減小隧道浮力的目的。應(yīng)該試驗(yàn)分析并確認(rèn)注入漿液的初凝時(shí)間、凝固早期填充強(qiáng)度以及漿液的填充性能，綜合考慮在一定時(shí)間內(nèi)漿體的流失程度，按照最近的配比結(jié)合，使隧道管片與圍巖在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，保證盾構(gòu)管片的穩(wěn)定，降低隧道上浮。

同步注漿就是在盾構(gòu)機(jī)挖掘隧道的過程中將漿液同步注入到盾構(gòu)管片空隙中。在同步注漿的過程中，應(yīng)該把握注漿的速度和控制力度，使?jié){液均勻、準(zhǔn)確地注入空隙內(nèi)，避免漿液在某段或某環(huán)出現(xiàn)注入過多或注入不足的現(xiàn)象。

如果漿液配比沒有嚴(yán)格按照其程序和材料比例進(jìn)行，有可能使?jié){液進(jìn)入盾構(gòu)尾部的鋼絲刷進(jìn)而使其變形。盡管盾構(gòu)尾部鋼絲刷變形能夠?qū)е露軜?gòu)尾部的漿液泄漏，但是它能比較有效地控制隧道的上浮。為了避免盾構(gòu)尾部鋼絲刷的變形，可以采用注漿孔進(jìn)行注漿。如圖1所示。

如果隧道的上浮范圍和程度都比較大時(shí)，一方面可以采取一定的手段加大隧道拱頂?shù)膲毫Γ客獠繌?qiáng)制作用減小隧道的上浮，另一方面可以通過補(bǔ)充注入適當(dāng)?shù)臐{液來控制隧道的上浮。一般可以選擇雙液漿的方式進(jìn)行注漿，對(duì)于隧道上浮情況嚴(yán)重的，可以選用防水效果突出的聚胺脂作為注漿材料。圖2為某隧道補(bǔ)充注漿量與盾構(gòu)管片上浮量的關(guān)系圖。

（二）成型管片上浮數(shù)據(jù)

在進(jìn)行盾構(gòu)挖掘施工過程中，根據(jù)地層情況及時(shí)跟進(jìn)成型隧道數(shù)據(jù)，摸清管片上浮數(shù)據(jù)規(guī)律調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)。盾構(gòu)成型管片上浮受到很多因素的影響，如襯背注漿質(zhì)量、工程水文地質(zhì)、盾構(gòu)姿態(tài)控制等等。其中能對(duì)隧道抗浮發(fā)揮重要作用的是盾尾注漿質(zhì)量。成型管片上浮后如果想要將數(shù)據(jù)調(diào)整下來是十分困難的。這時(shí)候通過在隧道底部泄壓的效果十分微弱，如果成型管片上浮數(shù)據(jù)很大，導(dǎo)致隧道上浮量也很大，則應(yīng)該及時(shí)調(diào)坡調(diào)線。

（三）盾構(gòu)姿態(tài)控制

在使用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行挖掘工作過程中，盡量使挖掘機(jī)的行進(jìn)姿態(tài)保持較小幅度的擺動(dòng)，以保證管片受到均勻的環(huán)面荷載，減少周圍土體對(duì)盾構(gòu)施工的干擾作用。盾構(gòu)機(jī)盡量沿著隧道的軸線進(jìn)行小范圍內(nèi)蛇形行進(jìn)，盡量控制在規(guī)范要求的水平和直線的偏差范圍以內(nèi)，在掘進(jìn)工作中及時(shí)發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)是否產(chǎn)生過大偏差并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行糾正。

（四）管片姿態(tài)控制

在進(jìn)行盾構(gòu)施工過程中，可以根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)分析計(jì)算出隧道的上浮量，然后再對(duì)盾構(gòu)機(jī)的管片進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。相關(guān)公式為：

隧道平均上浮量-盾構(gòu)推進(jìn)軸線降低量<±70mm

在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，機(jī)械推進(jìn)的軸線一般而言降低量為50mm，盾構(gòu)的環(huán)管片之間高差不能超過10mm，每次掘進(jìn)工作開始前和結(jié)束后都應(yīng)該對(duì)管片的連接螺栓進(jìn)行緊固。

（五）掘進(jìn)速度控制

在盾構(gòu)挖掘隧道過程中，為了盡量減小隧道上浮影響，還應(yīng)該注意同步注漿過程中的掘進(jìn)速度，以保證漿液及時(shí)穩(wěn)定地發(fā)揮作用。一般而言，盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)速度在1.5～2.5cm/min為宜。

（六）隧道防滲漏

在盾構(gòu)挖掘隧道過程中，一旦盾尾出現(xiàn)漿液滲漏的現(xiàn)象，將會(huì)造成嚴(yán)重的后果。因此在掘進(jìn)過程中，應(yīng)該嚴(yán)格按照各種規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，可以通過使用二道止水鋼刷和將油脂注于盾尾外殼的方法盡最大可能減少盾尾的漿液滲漏。

四、結(jié)語

在盾構(gòu)掘進(jìn)隧道施工過程中，盾構(gòu)尾部的同步注漿是一個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，對(duì)隧道的上浮有重要影響。在施工中應(yīng)該綜合運(yùn)用各種合理準(zhǔn)確的方法進(jìn)行預(yù)測(cè)和計(jì)算。

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