盾构同步注浆及二次注浆方案

关于盾构机机的同步注注浆及二次次注浆的阐阐述主讲人：刘刘泽稳一、同步注注浆同步注浆的的基本原理理注浆的作用用注浆工艺过过程注浆设备的的选用注浆材料的的选择及配配合比注浆相关技技术参数的的选择同步注浆浆的基本本原理当盾构机机掘进后后，在管管片与地地层之间间、管片片与盾尾尾壳体之之间将存存在一定定的空隙隙，为控控制地层层变形，，减少沉沉降，并并有利于于提高隧隧道抗渗渗性以及及管片衬衬砌的早早期稳定定，需要要在管片片壁后环环向间隙隙采用同同步注浆浆方式填填充浆液液，即为为同步注注浆注浆过程程是通过过地面上上的搅拌拌站按照照设计配配合比拌拌合的浆浆液，经经过管道道运输至至隧道口口的浆液液车，浆浆液车通通过电瓶瓶车运输输至盾构构机后配配套的储储浆罐（（浆液车车与储浆浆罐通过过软管连连接），，同时在在储浆罐罐和运浆浆罐内均均装有搅搅拌叶片片对浆液液随时进进行搅拌拌，可防防止浆液液凝结或或离析，，然后储储浆罐内内的浆液液通过两两个注浆浆泵分别别输送至至安装在在盾尾的的四个注注浆管道道（一般般管道是是上下对对称布置置），最最后由注注浆管直直接输送送至壁后后间隙起起到填充充作用，，并且整整个注浆浆过程是是与盾构构机的掘掘进同步步进行的的。泵送送注浆量量是通过过调整液液压油缸缸的速度度进行调调整，每每个泵送送油缸都都装有计计数指示示器，盾盾构司机机可以根根据计数数器上的的读数了了解每根根注浆管管内的注注浆量。。此外，，盾构机机盾尾还还配挡浆浆板、密密封设备备，以及及为防止止盾尾内内注浆管管发生堵堵塞而配配备的4个备用注注浆管道道。注浆有手手动或者者自动两两种控制制方式。。在盾尾尾注浆管管路的出出口处装装压力传传感器，，在盾构构操作室室和注浆浆控制箱箱上都可可以看到到注浆时时管路出出口处的的压力。。设置为为自动控控制时，，应预先先通过可可编程控控制器（（PLC）设置注注浆最大大压力值值和最小小压力值值，当注注浆压力力达到设设定最大大注浆压压力时，，注浆管管路所连连接的液液压油缸缸立即自自动停止止工作；；当注浆浆压力减减小到PLC所设定的的最小压压力时，，液压油油缸自动动启动重重新开始始注浆。。手动控控制方式式则需要要人工根根据掘进进情况随随时调整整注浆量量。注浆的作作用防止土体体松弛下下沉减少地表表沉降保持隧道道衬砌的的早期稳稳定提高衬砌砌接缝防防水性能能保证隧道道工后不不变形、、不下沉沉、不漏漏水的必必要工序序措施。。注浆工艺艺同步注浆浆是保证证地面建建筑物、、地下管管线、盾盾尾密封封及衬砌砌管片安安全的重重要一环环，因此此须严格格控制，，并依据据地层特特点及监监控量测测结果及及时调整整各种参参数，确确保注浆浆质量和和安全。。为了使使环形间间隙能较较均匀地地填充，，并防止止衬砌承承受不均均匀偏压压，同步步注浆对对盾尾预预置的4个注浆孔孔同时进进行压注注，并根根据设在在每个注注浆孔出出口处的的压力器器，对各各注浆孔孔的注浆浆压力和和注浆量量进行检检测与控控制，从从而获得得对管片片背后的的对称均均匀压注注。注浆浆工艺流流程如下下图：注浆施工工流程：材料搅搅拌站站浆浆液车储储浆罐罐注注浆泵注注浆管管管管片片壁后间间隙（完完成同步步注浆））图1同步注浆示意图注浆设备备的选用用2）设备配配置①搅拌站站：建造造砂浆搅搅拌站一一座。②同步注注浆系统统：配备备SWINGKSP12液压注浆浆泵2台（盾构构机上已已配置）），注浆浆能力2×12m3/h，8个盾尾注注入管口口(其中4个备用)及其配套套管路。。③运输系系统：，，砂浆罐罐车（6m3），带有有自搅拌拌功能和和砂浆输输送泵。。随编组组列车一一起运输输。人员配备备同步注浆浆及二次次注浆在在盾构施施工中起起到至关关重要的的作用，，因为它它不仅会会影响到到隧道的的成型质质量，还还会影响响到地面面的沉降降，甚至至危及到到地面建建筑物、、地下管管线的安安全。为为确保““安全、、优质、、高效、、低耗””地完成成工程施施工，一一般需要要配备专专业的质质量检查查小组，，由工程程管理部部、安质质部、机机电物资资部分别别负责现现场技术术、安全全质量、、机电维维修方面面的监督督指导。。另外设设立同步步注浆作作业班和和二次注注浆作业业班负责责现场注注浆施工工。注浆浆作业班班都是按按两班倒倒配置，，同步注注浆作业业班一般般按照每每班由3个拌浆工、1个操作手组成成，二次注浆浆班每班由2个拌浆工，1个司泵工、一一个记录员组组成。注浆材料的选选用及配和比比注浆材料及配配比选用原则则是:充填性好、和和易性好、离离析少、强度度高、浆液硬硬化后体积收收缩少、不被被地下水稀释释。但目前的的实际配方,大多是采用水水泥、粉煤灰灰、膨润土及及中砂的配比比混合液,调出的配比为为了保证注浆浆不堵管,浆液通常较稀稀,凝固后淅水收收缩很大,会造成拱部空空洞,形成汇流水通通道注浆材料应具具备的以下特特点：(1）拌制后浆液液不离析，具具有良好的长长期稳定性及及流动性（不不易过大或者者过小，因为为流动性过大大会造成管片片顶部注浆不不实，但过小小会造成整体体注浆不密实实），并能保保证适当的初初凝时间（6~10h），以适应盾盾构施工以及及远距离输送送的要求;(2）注浆后可较较快地大于土土体强度，具具有不透水性性；(3）浆液在地下下水环境中，，抗酸碱性强强，不易产生生稀释现象;(4）浆液固结后后体积收缩小小，泌水率小小;(5）原材料还需需要满足来源源丰富、经济济，无公害，，价格便宜，，施工管理方方便，并能满满足施工自动动化技术要求求;浆液分为单液液型浆液（凝凝固缓慢）和和双液型浆液液（能快速凝凝固），单液液型一般选用用砂子、水泥泥、粉煤灰、、膨润土及一一些外加剂等等作为同步注注浆的原材料料，对于可可塑性浆液可可以采用炉渣渣——石灰代替水泥泥。双液型浆浆液一般采用用水泥+水玻璃+添加剂组成，，一般适用于于二次补浆。。配合比的选择择：需要根据合合同段的地层层地质、地面面构建物情况况及以往的施施工经验，盾盾构同步注浆浆拟定浆液配配比。在施施工中，还需需根据地层条条件、地下水水情况及周边边条件等，通通过现场试验验不断优化配配合比参数。。同步注浆材料料配比和性能能指标表水泥（kg）粉煤灰（kg）膨润土（kg）砂（kg）水（kg）外加剂（kg）210315841180294按需要根据试验加入1:1.5:0.4:5.62:1.4同步注浆浆液液的主要物理理力学性能应应满足下列指指标：1）胶凝时间：：一般为6～10h，根据地层条条件和掘进速速度，通过现现场试验加入入促凝剂及变变更配比来调调整胶凝时间间。对于强透透水地层和需需要注浆提供供较高的早期期强度的地段段，可通过现现场试验进一一步调整配比比和加入早强强剂，进一步步缩短胶凝时时间，获得早早期强度，保保证良好的注注浆效果。2）固结体强度度：一天不小小于0.2MPa（相当于软质质岩层无侧限限抗压强度）），28天不小于2.5MPa（略大于强风风化岩天然抗抗压强度）。。3）浆液结石率率：>95%，即固结收缩缩率<5%。4）浆液稠度：：8～12cm/m。5）浆液稳定性性：倾析率（（静置沉淀后后上浮水体积积与总体积之之比）小于5%。注浆相关技术术参数的选择择1、注浆压力注浆压力是根根据地层的土土压力、水压压力、管片强强度及地面监监测情况综合合判断而设定定的，在实际际掘进中将不不断优化。注注浆量压力过过大会出现：：地面隆起、、浆液破坏洞洞尾密封刷出出现盾尾漏浆浆、浆液从盾盾构机外壳与与土体之间的的孔隙流入土土仓、管片出出现受压变形形或是被损坏坏；如果注浆浆压力过小，，则出现注浆浆的填充速度度很慢，注浆浆量不足，使使地表变形增增大。根据设设计资料、盾盾构机选型及及以往的施工工经验，注浆浆压力取1.1～1.2倍的静止水土土压力，注浆浆压力一般设设定在0.3~0.5MPa。2、注浆量注浆量除了受受到浆液向土土体中渗透及及泄漏影响外外，还要考虑虑超挖、曲线线施工、注浆浆材料种类等等的影响，实实际上是没有有一个明确的的规定值，通通常按如下列列公式进行计计算。注浆量的计计算公式：：Q=V×a，V=【π(D12_D22）/4】*L式中V-------计算空隙量量，D1----刀盘最大直直径，D2------管片外径，，L----管片长度，，a------注浆率。注浆率一般般是从几方方面考虑，，包括注浆浆压力产生生的压密系系数、地质质情况的土土质系数、、施工消耗耗系数、超超挖系数等等，根据设设计资料及及施工经验验，本区间间a-注浆率可取取1.5~2.0。3、注浆速度度及时间在不同的地地层中根据据需不同凝凝结时间的的浆液及掘掘进速度来来具体控制制注浆时间间的长短。。做到“掘掘进、注浆浆同步，不不注浆、不不掘进”，，通过控制制同步注浆浆压力和注注浆量双重重标准来确确定注浆时时间。注浆浆量和注浆浆压力达到到设定值后后才停止注注浆，否则则仍需补浆浆。在实际际施工中注注浆量是靠靠注入速度度来控制的的，因此对对注入速度度进行计算算，是根据据每环注入入量和每环环行程推进进（盾构机机掘进）时时间得到注注浆速度，，计算式如如下：v=Q／t式中：v-注入速度(m／s)；Q-每环注人量量(m3)；t-每环行程推推进时间(s)。4、注浆结束束标准采用注浆压压力和注浆浆量双指标标控制标准准，即当注注浆压力达达到设定值值和注浆量量达到设计计值的90%以上时，即即可认为达达到了质量量要求。实实际施工过过程中设计计参数还需需通过对地地表及周围围建筑物监监控量测结结果分析判判断，进行行参数优化化，使注浆浆效果达到到更佳。二、二次注注浆二次注浆的的作用注浆方式注浆设备注浆参数二次注浆的的注浆控制制方式二次注浆的的作用同步浆量按按照理论计计算，应该该为盾构穿穿越地层产产生空隙量量的130%~180%，但是在实实际施工中中，同步注注浆注入量量即使达到到180%也不能完全全控制住地地面沉降值值，原因可可能有3个：一是同同步注浆的的浆液不可可能完全填填充满盾构构穿越产生生的空隙；；二是地层层渗透系数数太大，浆浆液流失到到地层中；；三是同步步注浆的浆浆液在凝固固时体积会会产生收缩缩。所以当当管片裂缝缝、接缝渗渗漏水及地地面沉降控控制较高的的地段或在在盾构施工工对地表建建筑物或管管线影响较较大地段，，需要采用用二次注浆浆来控制沉沉降。注浆方式二次注浆一一般采用双双液型浆液液注浆，分分为A液(水泥+水），B液（水玻璃璃+水）。首先先是先注水水泥浆液（（膨润土、、粉煤灰、、黄沙、水水、水泥））对背衬进进行填充，，然后是注注水玻璃双双液浆对注注浆孔（开开孔位置））进行封口口。二次注浆一一般每5环注一次。。形成有一一定范围的的环箍，从从而限制隧隧道的变形形和沉降。。注浆孔位位为支撑块块和连接块块的中心孔孔，长区间间如遇邻接接块注浆孔孔封住时，，在下一环环注浆。（1）基本要求求A、B液凝胶时间间控制在60秒左右。（2）双液浆配配比设置（（以下是某某地铁施工工二次注浆浆配比参数数，可以参参考）1）A液（主要采采用水泥浆浆）水泥：：水=100：100（质量比））2）B液（主要采采用水玻璃璃溶液）水水：水玻璃璃=3：2浆液体积比比例：A液75%，B液25%（3）注浆施工工盾构机穿越越后考虑到到环境保护护和隧道稳稳定因素，，如发现同同步注浆有有不足的地地方，通过过管片中部部的注浆孔孔进行二次次补注浆，，补充一次次注浆未填填充部分和和体积减少少部分，从从而减少盾盾构机通过过后土体的的后期沉降降，减轻隧隧道的防水水压力，提提高止水效效果。可参照同步步注浆施工工方法和要要求组织施施工。液压注浆机机1台，灰浆输输送泵1台，储浆桶桶2个，注浆管管若干，二次注浆使使用专用的的泥浆泵，，注浆前凿凿穿管片吊吊装孔外侧侧保护层，，安装专用用注浆接头头。注浆设备安安放在最后后一节台车车上，主要要由一个水水泥浆搅拌拌筒、一个个水玻璃储储存筒、一一个注浆泵泵。注浆泵泵采用双液液注浆泵，，安有两个个控制阀和和两个压力力表，可以以控制每种种浆液的压压力和流量量，水玻璃璃和水泥浆浆液通过两两个高压软软管在混合合阀处混合合。施工设备二次注浆的的水泥浆注注浆压力为为0.2Mp～0.4Mp，浆液流量量：10～15L/Min，使浆液能能沿管片外外壁较均匀匀的渗流，，而不致劈劈裂土体，，形成团状状加固区，，影响注浆浆效果；水水玻璃双液液浆注浆压压力为0.3Mp～0.6Mp。具体部位位还应参考考隧道覆土土厚度、地地下水的压压力及管片片的强度等等进行准确确设定。为为控制隧道道本身的沉沉降及提高高隧道的防防水功能计计划对隧道道采取二次次压浆，并并按照每5环一注，且且5环管片按照照一环的注注入量考虑虑二次注浆浆量，注入入率系数取取1，具体的注注浆压力与与注浆量需需根据现场场实际情况况而定。注浆参数注浆过程控控制（1）检查注浆浆系统是否否处于正常常工作状态态，压力表表是否正常常；（2）用钢筋捣捣通吊装孔孔底部25mm厚的混凝土土，在吊装装孔上安装装连接阀，，将混合阀阀与连接阀阀连接，然然后再次检检查管路连连接的密封封性；（3）在浆液搅搅拌筒中按按设计的水水灰比进行行浆液拌制制，严禁浆浆液中有结结块存在，，以免注浆浆管堵塞；；（4）进行二次次注浆时，，起动注浆浆泵，然后后先打开水水泥浆控制制阀，待水水泥浆液流流量稳定后后再打开水水玻璃浆液液控制阀；；（5）在二次注注浆结束时时，先停止止水玻璃浆浆液泵入，，10~15秒后再停止止水泥浆液液泵入；（6）注浆完毕毕后，及时时冲洗混合合阀及连接接阀门，使使之可顺利利进行下一一次注浆；；（7）二次注浆浆结束后，，对每一个个注浆孔进进行密封，，以防渗水水。其他注浆方方式除了通过同同步注浆、、二次注浆浆外，还可可以根据施施工现场需需要进行即即时注浆、、多次补浆浆来加强结结构的稳固固性。盾构注浆注注意事项及及要求在开工前制制定详细的的注浆作业业指导书，，并进行详详细的浆液液配比试验验，选定合合适的注浆浆材料和配配合比。作作业过程中中，严格控控制注浆质质量，并及及时检查、、记录、分分析数据，，作出P-Q-t曲线图，并并分析注浆浆速度与掘掘进速度的的关系。当环形间隙隙填充不够够、结构与与底层变形形不能得到到有效控制制或变形危危及地面建建筑物安全全时，或存存在地下水水渗漏区段段时，在必必要的通过过吊装孔对对管片背后后进行补充充注浆。在盾盾尾尾内内侧侧沿沿周周围围布布置置4条内内置置式式注注浆浆，，每每条条管管上上设设有有压压力力表表和和手手动动阀阀门门，，通通过过软软管管分分别别与与4条注注浆浆管管连连接接。。注注浆浆时时最最好好从从拱拱肩肩到到拱拱仰仰。。避免免影影响响地地表表建建筑筑物物和和底底下下管管线线的的安安全全，，要要求求注注浆浆压压力力控控制制在在0.15~0.32Mpa。盾构构掘掘进进前前，，根根据据注注浆浆指指令令设设定定各各项项注注浆浆参参数数。。换班班交交接接任任务务时时必必须须交交接接清清楚楚注浆浆过过程程中中，，开开启启注注浆浆控控制制系系统统进进行行注注浆浆，，密密切切关关注注注注浆浆系系统统的的运运行行情情况况，，详详细细记记录录注注浆浆全全过过程程的的各各项项参参数数，，并并注注意意冲冲程程数数与与压压力力值值的的变变化化，，由由此此判判定定是是否否堵堵管管，，及及时时查查看看堵堵管管的的位位置置。。由由于于断断裂裂带带、、透透水水砂砂层层下下、、地地层层交交错错处处、、软软弱弱地地层层等等不不良良段段掘掘进进时时,一般般与与地地层层承承压压水水或或地地表表潜潜水水有有水水力力联联系系,当盾盾构构机机穿穿越越这这些些地地段段后后,有压压水水将将不不断断冲冲破破管管片片背背面面注注入入的的惰惰性性缓缓凝凝砂砂浆浆,并沿沿线线路路下下坡坡跟跟随随盾盾构构机机掘掘进进而而流流入入盾盾构构机机尾尾刷刷密密封封处处和和碴碴土土仓仓中中而而流流失失,造成成螺螺旋旋输输送送机机排排土土口口喷喷水水涌涌砂砂和和盾盾构构尾尾刷刷密密封封处处及及中中间间铰铰接接处处漏漏水水,严重重时时需需长长时时间间停停止止掘掘进进,进行行碴碴、、水水清清除除。。同同时时,还造造成成管管片片背背面面注注浆浆不不充充实实,引起起管管片片隧隧道道上上浮浮或或地地表表沉沉降降。。这这就就是是通通常常所所说说的的喷喷涌涌现现象象。。由于于装装有有同同步步注注浆浆系系统统的的盾盾构构机机开开挖挖直直径径比比管管片片的的结结构构外外径径一一般般要要大大260mm,因此此在在拱拱顶顶注注浆浆不不满满的的情情况况下下,在长长距距离离的的硬硬岩岩掘掘进进段段,极易易造造成成管管片片上上浮浮,甚至至顶顶到到拱拱顶顶开开挖挖岩岩面面上上,使得得管管片片衬衬砌砌超超限限。。同同时时也也会会形形成成强强力力的的水水流流通通道道,盾构构掘掘进进时时产产生生涌涌水水,工后后管管片片产产生生大大面面积积的的渗渗漏漏水水,对隧隧道道危危害害较较大大。。注浆浆压压力力由由技技术术员员确确定定，，注注浆浆工工及及时时做做好好注注浆浆量量和和注注浆浆压压力力记记录录，，按按期期检检查查浆浆液液质质量量，，注注浆浆量量一一般般控控制制在在理理论论空空隙隙值值的的1.2~2.0倍。。根据据掘掘进进速速度度、、管管片片浮浮沉沉错错位位信信息息及及时时调调整整注注浆浆压压力力和和注注浆浆量量。。注浆浆停停止止时时及及时时清清理理管管道道，，检检查查注注浆浆泵泵和和管管道道是是否否堵堵塞塞，，余余浆浆处处理理后后外外运运。。拆管管清清洗洗时时一一定定要要先先卸卸压压。。在自自稳稳能能力力较较差差的的岩岩地地层层和和黏黏土土层层，，盾盾构构注注浆浆单单液液浆浆和和双双液液浆浆都都可可以以选选择择，，凝凝浆浆时时间间适适当当缩缩小小为为4~7小时时，，同同步步注注浆浆压压力力控控制制在在0.15~0.2Mpa,必要要时时可可以以选选用用二二次次补补浆浆以以及及加加固固地地层层的的辅辅助助措措施施。。在富富含含水水地地层层中中注注浆浆要要求求迅迅速速阻阻水水，，快快速速填填充充，，浆浆液液凝凝固固时时间间要要求求短短，，浆浆液液粘粘性性大大，，保保水水性性强强，，不不离离析析。。在盾构始始发和到到达段时时，总体体要求缩缩短浆液液凝固时时间，以以便填充充地层的的同时能能尽早获获得浆液液固结体体强度，，以保证证开挖面面安全并并防止洞洞口漏浆浆。由于注浆浆压力过过大，管管壁外面面土层将将会被浆浆液扰动动而造成成地表隆隆起，浅浅埋地段段还易造造成跑浆浆，而注注浆压力力过小，，降压填填充速度度过慢，，填充不不饱满，，会使地地表沉降降增大，，因此，，泥水盾盾构施工工中，一一般同步步注浆压压力比相相应水压压0.2~0.3Mpa四、安全全文明施施工搅拌站在在拌制砂砂浆料前前后，应应清理场场地。同同时保证证所有拌拌制好的的砂浆料料全部卸卸到罐车车里，如如有外漏漏，拌制制人员应应主动清清理外漏漏量。在在拌制砂砂浆时，，上料人人员佩带带防护面面罩，防防护性手手套等保保护用品品。负责清理理的施工工人员，，在罐车车使用后后及时清清理内存存砂浆，，保证砂砂浆罐车车内不留留有结块块的砂浆浆。注浆作业业完毕后后，搅拌拌机、运运输罐、、泵、注注浆管路路一定要要及时清清理干净净