6鉴定技术六：盾尾同步注浆材料与参数

鉴定技术文件之六盾尾同步注浆材料与参数鉴定技术文件之六盾尾同步注浆材料与参数盾尾同步注浆材料与参数1地层特点与同步注浆概况1.1成都富水砂卵石地层特点成都地层岩体松散，无胶结，自稳能力差，单个石块强度高，卵石块在地层中起骨架作用。砂卵石地层是一种典型的力学不稳定地层，颗粒之间的空隙大，几乎没有粘聚力，砂卵石地层在无水状态下，颗粒之间点对点传力，地层反应灵敏，刀盘旋转切削时，地层很容易破坏原来的相对稳定或平衡状态而产生坍塌，引起较大的地层损失和围岩扰动。盾构主要穿越的砂卵石地层，粒径30～100mm的颗粒的卵石含量约65～75%，粒径100～130mm的大约占10%。成都地层富水，地下水位枯水期埋深一般在3～5m之间，丰水期埋深一般在1-3m之间，最小埋深为0.2m。据成都前期基坑施工经验，在开挖之前进行降水之后开挖，基坑壁自立性较好，而且由于卵石的骨架作用，降水引起的变形相对较小。但在存在地下水的情况下，盾构在掘进过程中，局部水压会很大，会对盾构造成一定的影响，特别是开挖面的稳定。1.2盾构同步注浆盾尾同步注浆是盾构一边向前推进，一边不停地向盾尾空隙加压注浆材料的一种注浆方法，如图1.1所示。用不间断的加压，使注浆材料在充入建筑空隙后，在没有达到土体相同强度前，能保持一定的压力和上部土体相当，从而使地面沉降控制在最小的范围。一般情况而言盾构施工中同步注浆有以下三个目的：图1.1盾构同步注浆示意图（1）防止地层变形壁后注浆最重要目的就是及时填充盾尾空隙，减小土层的移动，从而减少地表的变形，防止因盾尾空隙的存在导致地层发生较大变形。地层变形是一种与地层、地下水等条件、隧道断面、设置深度及施工技术等多种因素有关的复杂现象，通常取决于壁后注浆的效果。因为盾尾脱离时出现临时无支撑的掘屑状态，致使盾尾空隙变形，或者局部崩塌，围岩松散范围扩大，所以壁后注浆的效果直接影响地表沉降的程度。如果盾尾空隙不及时得到填充，势必造成地层变形，使得相邻地表建筑物沉降或隧道本身偏移。（2）提高隧道的抗渗性壁后注浆浆液凝固后，一般都有一定抗渗性能，可作为隧道的第一道止水防线，从而提高隧道抗渗性能。管片衬砌的渗水现象也与壁后注浆好坏有密切的关系。如果管片背面抗渗充填注入的施工效果不好，则管片背面产生的渗水现象严重，会导致地下水的流动或者水位下降。如果产生这种现象，则会由于下述原因致使地层变形。随着地下水位的降低，地层内的有效应力增加，产生压密现象，致使地层变形。伴随地下水的流动，地层中的土颗粒移动，因土颗粒间的空隙被压缩，故产生地层变形。（3）确保结构稳定性具备一定早期强度的浆液及时填充盾尾空隙，可确保管片衬砌的早期和后期稳定性。盾构法隧道是一种管片衬砌与围岩共同作用的结构稳定的构造物，管片背面空隙均匀、密实地注入、充填是确保土压力均匀作用的前提条件。隧道是一种管片衬砌结构和地层一体化的稳定构造物，管片上作用的外力也是在这个假定的条件下考虑的。这意味着管片背面空隙的均匀注入充填是确保作用外力均匀的先决条件。总之，盾构壁后同步注浆的效果与地层变形大小和管片衬砌渗水等方面有着极为密切的关系，在此结合成都地铁一号线盾构隧道的施工，对富水砂卵石地层下的同步注浆的材料和参数控制分别进行研究。2注浆材料研究2.1注浆材料概况为了实现壁后注浆的目的，注入浆液必须迅速、密实地充填盾尾空隙，为此壁后注浆浆液性能必须满足下列要求：①②浆液流动性好、离析少；③浆液应具备不受地下水稀释的特性；④材料分离少，以便能长距离压送；⑤壁后注浆填充后，希望早期强度能均匀，其数值与原状土的强度相当；⑥浆液硬化后的体积收缩率和渗透系数要小；⑦无公害、价格便宜。上述要求中最重要的是充填性、流动性及不向盾尾以外的区域流失等特性，满足这些特性是实现壁后注浆目的的关键。2.1.1壁后注浆材料种类目前盾构施工中壁后注浆材料的种类可分为两类:单液型和双液型。单液型浆液又可分为惰性浆液和硬性浆液。惰性浆液即浆液中没有掺加水泥等胶凝物质，早期强度和后期强度均很低的浆液。而硬性浆液即在浆液中掺加了水泥等胶凝物质，由粉煤灰、砂、水泥、水、外加剂等在搅拌机中一次拌合而成，具备一定早期强度和后期强度的浆液。对于惰性浆液，浆液强度、初凝时间、泵送性能和含水量密切相关。含水量多，则强度低，泵送性好；含水量少，则反之。对于硬性浆液，浆液强度、初凝时间、泵送性能和水灰比密切相关。水灰比高，则强度低，泵送性好；水灰比低，则反之。单液注浆法以砂浆作为典型代表在施工过程中被长期采用，为了提高砂浆的流动性，使用发泡剂制成充气砂浆，不仅改善了填充效果，而且还有利于管道输送。然而砂浆达到规定强度的硬化时间较长，硬化期间管片环的真圆度保持困难，而且土压力造成砂浆脱水压密，砂浆体积缩小，沉降也因此而增大，此外充气砂浆还有随之而来的气泡的消失问题，对地面的影响也会加大。双液式注浆法将A液和B液从两根管道送入，在注浆口同时排出，在使两者混合的同时注入盾尾空隙。其中A液是砂浆，B液是速凝剂(水玻璃系列)，由此可控制硬化时间。双液浆又可根据初凝时间不同分为缓结型(初凝时间30～60h)和瞬凝型(初凝时间小于20h)。胶凝时间越长，越容易发生向土仓泄漏和向土体内流失的情况，限定范围的填充越困难，而且在没有初凝前，容易被地下水稀释，产生材料分离，因此，目前多采用瞬凝型浆液注浆。但胶凝时间过短，也会造成注入还没结束，浆液便失去了流动性，导致填充效果不佳，具体分类如图2.1所示。壁后注浆材料单液型壁后注浆材料单液型双液型砂浆(砂、粘土、其他)水泥膨润土混合液充气砂浆添加纤维材料的砂浆小砾石混凝土其他LW急凝砂浆急凝充气砂浆瞬凝型浆液除LW以外的化学浆液其他图2.1壁后注浆材料的具体分类目前使用的主要浆液类型和性能见表2.1。表2.1主要浆液类型特性比较单液惰性浆(无水泥)单液硬性浆(有水泥)双液浆(水泥+水玻璃)早期强度低较高最终强度较小大很高限制性易流失有流失大充填性好较好基本不流失堵塞问题基本无存在较好价格便宜一般贵从表2.1可看出，单液惰性浆虽然流动性好，价格便宜，但早期强度低，固结时间长，易流失，不适宜应用于自立性较差的土层中。相反，双液浆虽然早期强度高，流动性充填性都很好，但却存在易堵管的问题，施工时须对双液同时管理，工艺非常复杂，且价格相对昂贵，因此目前在国内还是很少应用。而单液硬性浆早期强度较高，能较好的充填盾尾空隙，能满足一般工程上(自立性不是很差的土层)的施工要求，且价格也不贵，因此得到了广泛的应用。2.1.2壁后注浆材料现状壁后注浆材料是关系到注浆成败的关键之一，它直接影响到注浆成本、注浆效果、注浆工艺等一系列问题。注浆材料的发展在国外已有两百年来的历史，目前各国均在研制可灌性好、固结强度高、胶凝时间易于调控、材料来源广泛和毒性小的注浆材料。我国隧道注浆材料的使用，虽然只有四十年的历史，但为此进行了大量的研究，取得了一定的成果。针对盾构隧道壁后注浆材料主要有以下方面。同济大学曾晓清、张庆贺对上海地铁1号线盾构施工中惰性浆的组分及性能进行了强度、膨胀性、压缩性以及泌水率的试验研究，提出了浆液配比的适当建议。我国长江科学研究院王树清等为穿黄隧道的研究，进行大量同步注浆材料的开发研究，研制了水泥-粉煤灰-润土-玻璃系双液塑性同步注浆材料，探讨了材料组分对注浆材料流动性、凝胶特性、稳定性、强度等的影响，解决了水灰比大的水硬性浆液的长期稳定性问题，解决了材料的长期稳定性、早期强度等与施工要求之间的矛盾。罗云峰等进行了减水剂的选择试验，以及水泥砂浆各成分的优化配比试验，提出的优化配合比，能较好的满足地铁盾构同步注浆施工工艺的要求，认为膨润土的加入可提高砂浆稳定性，改善砂浆的可泵性，同时也降低砂浆的流动性，并会加快砂浆流动性的经时损失性。华南理工大学对壁后注浆材料掺加外加剂进行了较多的研究，认为使用保水剂在技术上较常用的膨润土复掺减水剂的方案优越，在经济上二者相近，值得推广应用。发明的木质素系地铁盾构注浆外加剂对盾构注浆具有很好的减水增强作用和稳定作用，并使注浆具有适中的凝结时间和较小的泵送阻力。北京城建集团有限责任公司以生石灰和粉煤灰为主剂发明的惰性浆液，其流动性、稠度、分层度和凝结时间均能满足盾构掘进需要，并通过调节添加剂(添加剂为纯碱或梭甲基钠纤维素，即CMC)的掺入量可以有效的控制浆液的性能，以适应不同地层、不同掘进进度对浆液性能的要求。配料简单，制造成本低，生产容易，和易性能好，施工管理方便、防止环纵缝渗漏，地面沉降控制在允许范围之内。上海隧道工程股份有限公司发明的单液硬性浆具有如下性能:浆液稠度值9.5～11.5(cm),泌水率≤6.0(%)，浆液结实体龄期1-2天达原状土强度，龄期28天达5～9MPa，浆液结实体具有抗震动液化功能，同时具有保水、润滑性，高流动性、低离析率，提高泵送能力的作用，使可硬化浆液能更好地满足注浆设备的要求，能够有效及时控制地面后期沉降。针对国内在建或已建地铁盾构施工工程，对上海、南京、深圳、广州四地部分盾构区间壁后注浆材料进行了调查分析，常用注浆材料配合比见表2.2。表2.2上海、南京、深圳、广州地铁同步注浆材料配合比水泥(c)粉煤灰(F)膨润士(B)砂(S)水(W)减水剂(A)W/(C+F)(C+F)/S上海地铁(惰性浆液)31090595450深圳地铁一号线180310378753100.630.56南京地铁一期工程1003007513502250.560.30广州地铁三号线122223248(粘土）9102482.50.72广州地铁四号线2403203011004700.840.51表中符号定义:C—水泥F—粉煤灰B—膨润土S—砂W—水A—减水剂W/(C+F)—水胶比(C+F)/S—胶砂比表2.2中水泥、粉煤灰遇水具有胶结性，因此定义为胶凝材料(C+F)。注浆材料配合比与地层条件、施工条件有关，但从己建或在建盾构区间所用单液硬性浆配合比来看，常用水胶比范围在0.6～0.8之间，胶砂比范围在0.5～0.7之间。2.1.3成都地层注浆材料的要求针对成都砂卵石富水地层，渗透系数大，采用传统的同步注浆材料，注入后会被地下水稀释，并且后期达不到应该有的强度。需要针对该地层，研究出合适的同步注浆材料。注浆材料最好能满足以下要求。(1)具有能完全填补盾尾空隙的流动性；(2)浆液在规定的时间内固化；(3)在早期强度就能达到大于土体的强度；(4)不发生体积缩水现象；(5)在受到地下水稀释后要不发生材料分离；(6)结硬后材料不应有游离水的出现；(7)经济性；(8)施工方便。2.2试验设计2.2.1材料的选择材料的选择要本着实用、就近取材、经济和制作方便的原则。根据分析、研究选取如下材料作为本次注浆试验的材料。（1）水泥：作为固化剂在配合料中起到提高强度的作用；（2）粘土：增加浆液材料的流塑性，提高浆液的整体性，增加浆液的抗水冲分散性能，抗渗性；（3）膨润土：膨润土可防止浆液的离析，提高浆液的泵进性能，膨润土的加入使砂浆的稳定性得到提高，可泵性增大，防止浆液在输送管路中过早沉积而堵塞管路；（4）粉煤灰：填充材料；（5）增效剂：增加浆液的和易性，保水抗渗性能、饱满度。2.2.2浆液主要性能指标在施工中，根据地层条件、地下水情况及周边条件等，采用不同配比的同步注浆材料进行试验。同步注浆浆液的主要物理力学性能应满足下列指标。（1）胶凝时间：一般为3～10h；（2）固结体强度：一天不小于0.15MPa，28天不小于1.2MPa；（3）浆液结石率：>95%，即固结收缩率<5%；（4）浆液稠度：8～12cm；（5）浆液稳定性：倾析率（静置沉淀后上浮水体积与总体积之比）小于5%；（6）达到拌和静置72h后不离析。膨润土和稳定剂还可以提高浆液的泵进性能，防止浆液在输送管路中过早沉积而堵塞管路水玻璃作为速凝剂按不同的比倒加入浆液中可调整初凝时间和早期强度。2.2.3测试项目（1）浆液密度；（2）浆液流动度；（3）浆液塌落度；（4）稠度；（5）凝结时间；（6）水下浇注试验；（7）抗水冲的分散试验；（8）析水率；（9）试件的抗压强度试验。2.3试验方法2.3.1浆液比重采用比重计测量。2.3.2流动度试验本方法适用于测定注浆材料的流动效果，用浆液材料在玻璃平面上自由流淌的最大直径表示。（1）仪器①浆搅拌机；②截锥圆模：上口直径36mm，下口直径60mm，高度为60mm，内壁光滑无接缝的金属制品；③玻璃板(400×400mm，厚5mm)；④秒表；⑤钢直尺(300mm)；⑥刮刀；⑦药物天平(称量100g，分度值0.1g)；⑧药物天平(称量1000g，分度值1g)。（2）试验步骤①将玻璃板放置在水平位置，用湿布将玻璃板，截锥圆模，搅拌器及搅拌锅均匀擦过，使其表面湿而不带水渍；②将截锥圆模放在玻璃板的中央，并用湿布覆盖待用；③称取浆液，倒入搅拌锅内；④将拌好的净浆迅速注入截锥圆模内，用刮刀刮平，将截锥圆模按垂直方面提起，同时开启秒表计时，任水泥净浆在玻璃板上流动，至30s，用直尺量取流淌部分互相垂直的两个方向的最大直径，取平均值作为水泥净浆流动度。（3）结果表达①表达净浆流动度时，需注明用水量，所用水泥的标号、名称、型号及生产厂和外加剂掺量；②试样数量不应少于三个，结果取平均值，误差为±5mm；2.3.3塌落度试验试验目的：检验浆液的流塑性及可泵性；试验方法同流动度中的试验方法。但测量的是小截锥桶提出后浆液的塌落情况。2.3.4稠度试验仪器见图2.2砂浆稠度测定仪，另外还需要捣棒、拌板、量筒、秒表等。试验步骤如下：（1）将拌和好的砂浆一次装入圆锥筒内，装至距筒口约10mm为止，用捣棒插捣25次，并将筒体振动5～6次，使表面平整，然后移至稠度测定仪底座上；（2）放松制动螺丝，调整圆锥体，使得试锥尖端与砂浆表面接触，拧紧制动螺丝，调整齿条测杆，使齿条测杆的下端刚好与滑杆上端接触，并将指针对准零点；（3）松开制动螺丝，圆锥体自动沉入砂浆中，同时记时，到10秒时固定螺丝。然后从刻度盘上读出下沉深度。图2.2砂浆稠度测定仪2.3.5凝结时间本方法适用于测定砌筑砂浆和抹灰砂浆以贯入阻力表示的凝结时间。测定所用设备符合下列规定：砂浆凝结时间测定仪由试针、容器、台秤和支座四部分组成，如图2.3所示。试针由不锈钢制成截面积为30mm2。盛砂浆容器由钢制成。内径为140mm，高为75mm。台秤的称量精度为0.5N。支座分底座支架及操作杆三部分由铸铁或钢制成；定时钟等。凝结时间试验应按下列步骤进行：(1)制备好的砂浆装入砂浆容器内，低于容器上口10mm，轻轻敲击容器并予抹平。将装有砂浆的容器放在的室温条件下保存；(2)砂浆表面泌水不清除测定贯入阻力值，用截面为30mm2的贯入试针与砂浆表面接触，在10s内缓慢而均匀地垂直压入砂浆内部深25mm，每次贯入时记录仪表读数Np，贯入杆至少离开容器边缘或任何早先贯入部位12mm；(3)在条件下实际的贯入阻力值在成型后2h开始测定（从搅拌加水时起算），然后每隔半小时测定一次，至贯入阻力达到0.3MPa后改为每15min测定一次直至贯入阻力达到0.7MPa为止。(4)砂浆贯入阻力按下计算（2.1）式中：－贯入阻力值,－贯入深度至25mm时的静压力（N）－贯入度试针截面积图2.3稠度测试仪示意图2.3.6水下浇注试验由于注浆是在富水条件下进行的，因此，本项试验模拟水下的注入试验，目的是看浆液在水中的表现性能。2.3.7抗水冲分散试验和上个试验类似，该项试验主要是看浆液是否对水流的抗分散性。如图2.4所示，试验时将浆液和水同时从倾斜圆管上浇下，观察浆液性能。图2.4自制水冲试验的的滑动槽及盆2.3.8析水率该项试验主要检验浆液的性能，方法为将浆液100ml装入量筒，静置，看上面的水占总浆液的比例，如图2.5所示。图2.5析水率试验2.3.9试件的抗压强度试验本项试验测试注浆体的长期强度性能。测试短期及28d的强度。2.3.10主要试验仪器照片主要仪器照片如图2.6所示a)稠度仪b)凝结时间测定仪c)自制塌落度/流动度小桶图d)搅拌机e)100g天平f)8kg天平称g)自制水冲试验的的滑动槽及盆f)浇注试模h)三角板、刮刀、直尺、玻璃板等i)量筒图2.6主要的实验仪器照片2.4试验结果与分析2.4.1各组试验情况(1)A组试验A组试验记录见表2.3，试验照片如图2.7所示。表2.3A组试验记录试验时间2006年9月24日星期日备注原料配合比水：2500g，水泥，600g，粉煤灰：800g，细沙：2500g，膨润土：400g，黄泥粉：1200g，外加剂：试验开始时间11:34搅拌时间10min浆液密度1.625g/cm3“凝结时间测定”试样制作时间11:50流动度试验时间及结果时间：11:53试验结果：（12.5cm+11.5cm）/2=12cm试块制做时间及个数14:01试块个数：1“水的稀释性”试样制作时间14:32初始塌落度试验时间及结果时间：14:22结果：6cm-1.3cm=4.7cm“凝结时间测定”时间及结果16:15=2.5N/30mm2=0.083MPa；19:55=6N/30mm2=0.2MPa；25日：4:30=10N/30mm2=0.33MPa；8:15=12N/30mm2=0.4MPa；12:10=13N/30mm2=0.43MPa；14:10=14N/30mm2=0.47MPa；16:47=15N/30mm2=0.5MPa；22:00=16N/30mm2=0.53MPa；9月26日：8:30=20.5N/30mm2=0.68MPa；12:25=21N/30mm2=0.7MPa；凝结时间测定的试件盒中9个小时过仍有1-2mm的泌水，放置3个小时左右后的流动性不大好。达到0.3MPa的时间（h）15达到0.5MPa的时间（h）24达到0.7MPa的时间（h）44a)A组流动塌落度b)A组放置3.5小时候可以和水分离c)A组凝结时间试件图2.7A组实验照片(2)B组试验B组试验记录见表2.4，试验照片如图2.8所示。表2.4B组试验试验记录试验时间2006年9月24日星期日备注原料配合比水：6000g，水泥，1600g，粉煤灰：1600g，细沙：4600g，膨润土：600g，黄泥粉：2000g试验开始时间16:10搅拌时间15min浆液密度1.575g/cm3“凝结时间测定”试样制作时间16:35流动度试验时间及结果时间：16:45试验结果：（16cm+14.5）/2=15.25cm试块制做时间及个数16:40试块个数：2“水的稀释性”试样制作时间17:10初始塌落度试验时间及结果时间：16:42结果：6cm-1.2cm=“凝结时间测定”时间及结果25日：0:18:=2.5N/30mm2=0.083MPa；4:30=3N/30mm2=0.1MPa；8:15=4.5N/30mm2=0.15MPa；12:10=6N/30mm2=0.2MPa；14:10=6N/30mm2=0.2MPa；16:47=6.5N/30mm2=0.22MPa；22:00=9N/30mm2=0.3MPa；9月26日：8:30=11N/30mm2=0.37MPa；12:25=11N/30mm2=0.37MPa；17:23=12N/30mm2=0.4MPa；22:00=13.5N/30mm2=0.45MPa；9月27日：8:00=20N/30mm2=0.67MPa；流动度稍大，析水较严重达到0.3MPa的时间（h）30达到0.5MPa的时间（h）62达到0.7MPa的时间（h）68a)B组凝结时间测定的试件b)B组初始流动度、塌落度c)B浆液在水中泡3小时后图2.8B组实验照片(3)C组试验C组试验记录见表2.5，试验照片如图2.9所示。表2.5C组试验试验记录试验时间2006年9月24日星期日备注原料配合比水：5500g，水泥，2000g，粉煤灰：2400g，细沙：6800g，膨润土：800g，黄泥粉2000g，外加剂：6g试验开始时间22:25搅拌时间20min试件密度1.625g/cm3凝结时间测定试样制作时间22:55流动度试验时间及结果时间：22:58,试验结果：（12cm+12）/2=12cm时间:25日4:30,结果:(6.5cm+6.3)/2=6.4cm(搅拌状态下)试块制做时间及个数23:10,试块个数：2水的稀释性”试样制作时间23:23塌落度试验时间及结果初始塌落度：时间：22:58结果：6cm-1.5cm=25日4:30塌落度：结果：6cm-4.5cm=稠度试验时间及结果时间：23:08结果：14.5cm时间：25日4:30结果：2cm时间：25日4:30结果：3.8cm（搅拌状态下）“凝结时间测定”时间及结果25日：4:30=3N/30mm2=0.1MPa；8:15=3N/30mm2=0.1MPa；12:10=8.5N/30mm2=0.28MPa；14:10=9N/30mm2=0.3MPa；16:47=11N/30mm2=0.37MPa；22:00=15.5N/30mm2=0.52MPa；9月26日：8:30=20N/30mm2=0.67MPa；12:25=23N/30mm2=0.77MPa；17:23=26N/30mm2=0.87MPa；侵水至26日17:23水稍风干达到0.3MPa的时间（h）14达到0.5MPa的时间（h）24达到0.7MPa的时间（h）34a)C组塌落度、流动度测试b)C组水冲试验图2.9C组实验照片(4)D组试验D组试验记录见表2.6,试验照片如图2.10所示。表2.6D组试验试验记录试验时间2006年9月25日星期一备注原料配合比水：4200g，水泥，900g，粉煤灰：3300g，细沙：6000g，膨润土：600g，黄泥粉0g，外加剂：2.7g试验开始时间11:04搅拌时间10min浆液密度1.65g/cm3凝结时间测定”试样制作时间11:21流动度试验时间及结果时间：11:18试验结果：（19cm+23）/2=21cm试块制做时间及个数11:28试块个数：1水的稀释性”试样制作时间稠度试验时间及结果“凝结时间测定”时间及结果22:00=1.5N/30mm2=0.05MPa；9月26日：8:30=4.5N/30mm2=0.15MPa；12:25=5N/30mm2=0.17MPa；17:23=5.5N/30mm2=0.18MPa；22:00=7N/30mm2=0.23MPa；9月27日：12:15=9.5N/30mm2=0.32MPa；17:30=11N/30mm2=0.37MPa；22:20=13N/30mm2=0.43MPa；9月28日：8:35=15N/30mm2=0.5MPa；12:10=17N/30mm2=0.57MPa；17:10=18N/30mm2=0.6MPa；22:15=18.5N/30mm2=0.62MPa；9月29日：9:05=20.5N/30mm2=0.68MPa；侵水、浆液很稀，水中浇注不能形成体达到0.3MPa的时间（h）24h达到0.5MPa的时间（h）69h达到0.7MPa的时间（h）96h图2.10D组浆液放置之后析水严重(5)E组试验E组试验记录见表2.7，试验照片如图2.11所示。表2.7E组试验试验记录试验时间2006年9月25日星期一备注原料配合比水：3000g，水泥，975g，粉煤灰：3675g，细沙：6300g，膨润土：600g，黄泥粉0g，外加剂：2.93g试验开始时间15:44搅拌时间10min浆液密度1.8g/cm3“凝结时间测定”试样制作时间16:05流动度试验时间及结果时间：15:58试验结果：（13.5cm+14.5）/2=14cm时间：17:00试验结果：（9.5cm+8.5）/2=9cm试块制做时间及个数16:06试块个数：1水的稀释性”试样制作时间16:25细水流试验16:20塌落度试验时间及结果16:05结果：6cm-1cm=时间：17:00结果：6cm-2.5cm=稠度试验时间及结果时间：16:04试验结果:13.8cm.(全部侵入砂浆内)时间：17:00试验结果:11.5cm“凝结时间测定”时间及结果22:00=0.5N/30mm2=0.02MPa；9月26日：8:30=11/30mm2=0.37MPa；17:23=15.5N/30mm2=0.52MPa；22:00=18N/30mm2=0.6MPa；9月27日：8:00=27.5N/30mm2=0.92MPa；侵水、浆液很稀，水中浇注不能形成体达到0.3MPa的时间（h）11达到0.5MPa的时间（h）24h达到0.7MPa的时间（h）34Ha)E组水中浇注试验b)E组水冲试验图2.11E组实验照片（6）F组试验F组试验记录见表2.8,补充试验见表2.9，试验照片如图2.12所示表2.8F组试验试验记录试验时间2006年9月25日星期一备注原料配合比水：4000g，水泥，1050g，粉煤灰：0g，细沙：6450g，膨润土：600g，黄泥粉3150g，外加剂：试验开始时间19:30搅拌时间25min浆液密度1.7g/cm3“凝结时间测定”试样制作时间20:05流动度试验时间及结果时间：19:57试验结果：（7cm+7.5）/2=7.25cm试块制做时间及个数20:37试块个数：1“水的稀释性”试样制作时间细水流试验20:02塌落度试验时间及结果19:57结果：6cm-4cm=稠度试验时间及结果20:10试验结果:11.5cm.(全部侵入砂浆内)“凝结时间测定”时间及结果9月26日：8:30=10N/30mm2=0.33MPa；12:25=14N/30mm2=0.47MPa；17:23=15.5N/30mm2=0.52MPa；22:00=18N/30mm2=0.6MPa；9月27日：8:00=23.5N/30mm2=0.78MPa；侵水达到0.3MPa的时间（h）10达到0.5MPa的时间（h）19h达到0.7MPa的时间（h）28F组由于粘土粉添加量较大，因此，使得其流动性降低，但其稠度（11.5cm）仍较大，说明该浆液还不是很稠，说明仍很软，所以，仍具有较好的可泵性。表2－9试验F补充试验时间2006年9月25日星期一备注原料配合比取F试样1600g试验开始时间20:25搅拌时间手动搅拌3-5min，浆液密度1.7g/cm3“凝结时间测定”试样制作时间流动度试验时间及结果时间：20:30试验结果：（7cm+7.5）/2=7.25cm试块制做时间“水的稀释性”试样制作时间细水流试验塌落度试验时间及结果20:30结果：6cm-3cm=稠度试验时间及结果“凝结时间测定”时间及结果a)F组浆液b)F组塌落度、流动度试验c)F组的抗水冲试验图2.12F组实验照片（7）G组试验G组试验记录见表2.10，试验照片如图2.13所示表2.10G组试验试验记录试验时间2006年9月26日星期二备注原料配合比水：5000g，水泥：1400g，粉煤灰：3000g，细沙：6000g，膨润土：700g，黄泥粉2400g，外加剂：试验开始时间14:30搅拌时间10min浆液密度1.675g/cm3凝结时间测定”试样制作时间14:49流动度试验时间及结果时间：14:42,试验结果：（15.5cm+15.5）/2=15.5cm时间：18:15试验结果：（10cm+9）/2=10.5cm试模制做时间及个数14:52试块个数：2水的稀释性”试样制作时间14:47细水流试验塌落度试验时间及结果14:42结果：6cm-1cm=18:15结果：6cm-3.5cm=稠度试验时间及结果14:55试验结果:13.5cm.(全部侵入砂浆内)稠度7-8cm即可泵“凝结时间测定”时间及结果26日：22:00=3.5N/30mm2=0.12MPa；9月27日：8:00=8N/30mm2=0.27MPa；12:15=9N/30mm2=0.3MPa；17:30=11N/30mm2=0.37MPa；22:20=13.5N/30mm2=0.45MPa；9月28日：8:35=18N/30mm2=0.6MPa；12:10=21N/30mm2=0.7MPa；侵水达到0.3MPa的时间（h）22h达到0.5MPa的时间（h）62h达到0.7MPa的时间（h）69h图2.13G组水中浇注试验:在水中浇注无抗水性，很快被水稀释。（8）H组试验H组试验记录见表2.11，试验照片如图2.13所示表2.11H组试验试验记录试验时间2006年9月26日星期二备注原料配合比水：4500g，水泥：1400g，粉煤灰：3000g，细沙：6000g，膨润土：700g，黄泥粉3000g，外加剂：试验开始时间15:22搅拌时间10min浆液密度1.73g/cm3凝结时间测定”试样制作时间16:02流动度试验时间及结果时间：15:36试验结果：（9cm+7.5）/2=8.25cm时间：16:15试验结果：基本无流动度试模制做时间及个数16:03试块个数：1“水的稀释性”试样制作时间15:59水冲试验16:00塌落度试验时间及结果15:36结果：6cm-3cm=16:15结果：6cm-5cm=稠度试验时间及结果15:49试验结果:12.5cm.18:10试验结果:7cm.“凝结时间测定”时间及结果26日：22:00=4.5N/30mm2=0.15MPa；9月27日：8:00=12N/30mm2=0.4MPa；12:15=13.5N/30mm2=0.45MPa；17:30=16.5N/30mm2=0.55MPa；22:20=21N/30mm2=0.7MPa；9月28日：8:35=25.5N/30mm2=0.85MPa；至27日22:20时水基本风干达到0.3MPa的时间（h）7达到0.5MPa的时间（h）21达到0.7MPa的时间（h）29a)H组搅拌13分钟后b)H组初始稠度测试c)流动度、小桶塌落度试验d)H组水冲试验e)H组水中浇注试验图2.14H组实验照片2.4.2各组试验对比分析(1)试验材料配比通过理论分析与对比，共进行了8组试验,试验材料配比见表2.12：表2.128组试验的材料配比（重量比）水水泥粉煤灰细砂膨润土黄泥粉外加剂A31%8%10%31%5%15%0.015%B37%10%10%28%4%12%0.029%C28%10%12%35%4%10%0.031%D28%6%22%40%4%0%0.018%E21%7%25%43%4%0%0.021%F26%7%0%42%4%21%0.021%G27%8%16%32%3.5%13%0.015%H24%8%16%32%4%16%0.015%(2)流动度/塌落度的试验分析8组试验流动度/塌落度见表2.13。表2.13各组实验浆液的流动性比较ABCDEFGH流动度(cm)初始1215.31221147.315.58.3一定时间后6.4(5.5h后)9(1.5h)10.5(3.5h后)几乎无(1h后)微型塌落度(cm)初始4.74.84.55253一定时间后1.5(5.5h后)3.5(1h后)2.5(3.5h后)1(1h后)从表中2.13看出，流动性较好的是B、D、E组材料。B组含水量在所有试验组中最大37%，D、E两组未添加粘土粉。E、F两组浆液为两组对粘土粉和粉煤灰的试验对比。E组中未添加粘土粉，F组中未添加粉煤灰。试验结果表明，不添加粘土的浆液具有较好的流动性。添加了粘土粉的浆液流动性大大降低。(3)稠度对各组的试验表明，即使个别浆液试件流动度不佳，但其稠度仍可达到理想状态9-13cm之间。(4)析水性从试验可以看出，除了A、F及H组，析水之外每种浆液在静置之后都出现了严重的析水现象。而凝结时间试验大部分是在试件表面有水的情况下进行的。说明浆液都有析水性，析水率大概在1%～6%（体积比）之间。(5)抗水性根据试验结果，抗水性较好的为F组，H组试验。当浆液的流动性减小、整体性强时，其抗水性呈增大趋势，但减少用水量，减少其流动性时，又对浆液的可泵型造成影响。因此，通过调节浆液中的膨润土和粘土粉用量可改善整体性，同时又可增大稠度。(6)凝结时间8组试验凝结时间见表2.14表2.14各时间凝结时间比较凝结时间测定达到0.3MPa所需的时间(h)凝结时间测定达到0.5MPa所需的时间(h)凝结时间测定达到0.7MPa所需的时间(h)A152444B306268C142434D246996E112434F101928G226269H72129D、E两组的对比可以看出，两组试验除了含水量有5%左右的差别外，其他比例都相当，但通过凝结时间的测定，可以看出，两组有较大的差距。G、H两组的对比可以看出，H组中水含量3个百分点。黄泥含量比减少了3个百分点。其他成分的含量都未改变。凝结时间测定的试验表明：H组浆液材料的凝结时间较G组大大缩短。因此，通过试验可以得出，对于该种可塑浆液的凝结时间，起决定作用的是含水量和浆液中粘土的含量。含水量增大，则凝结时间增大；粘土粉的含量增大，则凝结时间缩短。而且对该两种的含量特别敏感，水的含量敏感区大概为：20～30%；粘土粉的含量敏感区大概为：15～25%。2.5盾构推进至不同地段下浆液配比建议同步注浆材料受地质条件、地下水状况、施工技术等多方面因素的影响。因而施工时要充分考虑这些因素，在满足设计要求的前提下，有针对性地进行配比设计,并根据现场实际情况进行调整。这样，所配制的浆液,不但各项指标能满足施工要求,而且有良好的经济性，有利于降低施工成本。根据已有实验结果，针对盾构推进的不同情况，对浆液配比提出如下建议:2.5.1盾构从富水地段通过成都的地层富水，多数情况下盾构在富水地层中通过。盾尾同步注浆时成都的地层富水，多数情况下盾构在富水地层中通过。盾尾同步注浆时，需防止地下水在浆液凝固前冲散浆液，所注浆液应具有较强的保水性和较短凝胶时间。在试验的基础上提出表2.15所示配比。经实验测定，此配比浆液凝结时间：8－10小时，ρ=1500kg/m3表2.15富水段浆液建议配比材料名称水水泥细砂膨润土黄粘土粉外加剂所占百比28%7%38%6%21%每方用量44811260896288kg150g注：由于试验中未测定所采用细砂的含水率，因此，实际注入应测定砂的含水率做相应的调整。2.5.2水位较低的情况下

该种情况即不用考虑浆液被地下水的冲淡，冲散作用，浆液的保水性、抗水冲能力，因此不必添加粘土粉即可。材料的配比见表2.16。经实验测定:初凝时间：8-10小时，ρ=1600kg/m3，28天强度：12.1MPa。表2.16水位较低段浆液建议配比材料名称水水泥细砂膨润土粉煤灰外加剂所占百比28%6%40%4%22%每方用量44896640647042882.5.3盾构穿过建筑物时盾构通过建筑物时，注浆后希望能尽快获得浆液固结体强度，因此浆液配比要保证砂浆的固结率和强度，应选用凝胶时间较短的浆液配比，尽快获得注浆体的固结强度，在较短的时间内加固地层，防止盾尾空隙内的岩壁塌陷造成地层损失，危及上部建筑物。由于原料中黄粘土粉本身性质影响浆液早期强度与凝结时间，而过建筑物时需提高早期强度，相应增加了水泥和减少了黄粘土粉用量。配方中外加剂为GT复合早强减水剂。材料的配比见表2.17。经实验测定，此配比浆液凝结时间：5-8小时，ρ=1700kg/m3表2.17通过建筑物时浆液建议配比材料名称水水泥中细砂膨润土黄粘土粉外加剂所占百分比35％19％35％4％7％每方用量595kg323kg595kg68kg119kg3.23g2.5.4盾构从暗挖隧道内始发盾构从暗挖隧道内始发时，盾尾在暗挖段要停机注浆填充暗挖隧道和管片之间的空隙，时间约几个小时，因此浆液配比要在保证砂浆稠度、倾析率、固结率、强度等指标的基础上延长其凝胶时间，防止停机时间长时把盾尾粘住。经实验选用表2.18配方。凝结时间：8-10小时，ρ=1600kg/m3，28天强度：11.1MPa表2.18盾构从暗挖隧道内始发时浆液建议配比材料名称水水泥中细砂膨润土粉煤灰外加剂所占百比37％5％35％5％18%每方用量592kg80kg560kg80kg288kg150g2.6小结通过试验研究、对比分析，主要得出如下结论。（1）膨润土的加入使注浆浆液的稳定性得到提高，可泵性增大，根据本次试验结果及其他工程应用膨润土的经验，确定在该地层情况的同步注浆的膨润土添加量；（2）黄粘土粉的加入，使注浆浆液的粘聚能力增大，提高了浆液整体性和抗水性，特别水冲情况下的抗分散能力。并使浆液的强度上的比较快。但是，添加了粘土粉的浆液，其流动性明显降低；（3）浆液的含水量和粘土含量是决定浆液凝结时间和流动性的主要因素；（4）本文试验所得出的优化配合比（见2.5节），在盾构推进时得到应用，较好地满足地铁盾构法同步注浆施工工艺的要求，达到了较好的注浆效果。

3同步注浆参数控制研究3.1注浆工艺流程壁后同步注浆施工工艺流程如图3.1所示，浆液在搅拌站拌合好以后，可通过三种方式送至盾构机上的注浆泵，常用的方式通过砂浆专用运输车(有搅拌叶片)运至注浆站，通过软管抽送至砂浆搅拌装置内，注浆管路连接好后，设定注浆压力、流量进行注浆。在每个注浆孔出口设置分压器，以便对各注浆压力和注浆量进行检测与控制，从而获得对管片背后对称均匀压注。nonononoyesyes注浆系统准备参数设计设定控制方式注浆注浆工况分析继续注浆注浆完成注浆效果检查下一循环数据采集与管理采取补强注浆措施调整控制方式和参数清洗设备和管路noyes配制浆液检验试验运输浆液图3.1同步注浆工艺流程框图壁后注浆具体操作方式：在盾尾壳板外表面，装有注浆管和备用注浆管，通常各为6根，但在国内大多实际施工中，仅用到了其中4根。当盾构掘进时，可通过注浆泵对管片外表面与地层之间形成的环形盾尾空隙实行壁后注浆，在注浆泵的上面装有搅拌装置，浆液在地面配置后送入搅拌装置中。在各注浆点处设有电、气控制阀和压力传感器。壁后注浆有三种控制方式:(1)手动控制可任意按下各注浆点的控制按钮，注浆泵开启进行注浆，注浆压力可通过压力传感器监测显示。当所有注浆点控制阀关闭时，注浆泵就自动停止，而当再循环阀打开时，泵再启动并空载循环；(2)自动控制此时注浆控制阀与压力传感器相连，注浆控制阀由压力传感器控制，当任一只传感器检测到设定的最低压力时，注浆控制阀就自行开启进行注浆。当其达到最高设定压力时，就自行关闭，并自动转换到打开下一个最低压力的注浆点控制阀，依次持续进行循环注浆；(3)程序控制各注浆点按预编程序自动循环注浆，直到所有注浆点都达到最高压力为止，泵就自动切换到再循环运行，直到泵自动停止。3.2盾尾同步注浆参数设定同步注浆的必要条件由填充性、限定范围、固结强度（早期强度）三要素组成，如图3.2所示，这三者之间具有相辅相成相互制约的关系。图3.2同步注浆三要素注浆的控制分为以下几个方面考虑：注浆量，注浆压力，注浆时间，注浆点，注浆速率等等。要控制地层位移，合理选择注浆方式、注浆材料、注浆压力及填充率、注浆点位置和滞后时间是至关重要的。下面就主要的注浆参数的设定进行讨论。3.2.1注浆压力注浆压力设定不能太小，太小就不能平衡土压而导致地层变形。但又不能过大，过大会产生劈裂现象，即造成注浆层切入地基的情况，特别是在软粘土地基中，劈裂允许压力计较低，这种现象比较容易出现。因此注浆压力的选取应由以下几方面的因素确定：（1）注浆压力对地层的劈裂劈裂压主要和注浆材料的粘性、覆土压力、覆土高度与盾构直径之比有关。森等人曾经通过室内试验对粘性土的劈裂压问题进行了研究，其试验公式如下所示：（3.1）式中：pf－劈裂压,rt—土层湿容重;h—埋深;—随浆液粘性和直径比而变化qu－土的无侧限抗压强度因此，注浆压力不能大于pf。（2）注浆压力对与上覆土关系对于混凝土管片，当注浆压力在0.4MPa左右时，将使混凝土管片的开裂，甚至于K型管片的螺栓剪断。国内外对盾构注浆压力与地表沉降量之间关系进行的研究表明当注浆压力相当于隧道埋深处的地层应力时，对减少地层损失和地表沉降量效果最为显著。地铁隧道一般埋深在10m~20m之间，采用太沙基的土压力计算方法较为合理。(3.2)(3.3)式中：Pe—土压(kN/m2)D—隧道外径(m)2B—隧道顶部松动圈幅(m)K0—水平土压和垂直土压之比γ—土体的容重(kN/m3)C—土的内聚力(kPa)—土的内摩擦角(°)H—覆土深度(m)W0—地面荷载(kPa)因此，注浆压力应至少大于Pe。（3）注浆压力沿管路的损失根据计算和现场实际量测值，注浆压力沿管路的损失值一般在0.5MPa—1MPa之间。因此，为保证达到对环向空隙的有效充填，同时又能确保管片结构不因注浆产生变形和损坏，根据计算和经验，本区段注浆压力取值为0.2～0.4MPa，具体值根据实际情况实时调整。3.2.2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饱满系数，以保证达到充填密实的目的壁后注浆的注浆量Q，通常可按下式估算:Q=Vα（3.4）式中:V—空隙量；α—注入率，正确的决定α对估算注浆量至关重要，影响a的因素较多，并且复杂地纠缠在一起，这里就其中主要的四种因素：(1)注浆压力决定的压密系数α1拌和好的浆液在压送和注入过程中，由于注浆压力的作用产生密度变大体积减小的现象。这种增加压力浆液密度变大的现象的程度，因浆液种类的不同而存在较大的差异。就单液型浆液面言，为了保持其流动性需保持一定的离析水。如果加压，则压密程度重新变大，加气则因气体被压缩等原因，致使压密现象明显增大。另一方面，水玻璃类双液型浆液从A,B液混合至凝胶前的一段时间里被地下水稀释，而浆液凝胶后到硬化前的一段时间里会发生压密现象。也就是说，从注入起到浆液固化止的一段较长的一段时间内的连续注浆的过程中，可能出现下列现象:①不加气体，在凝胶前的一般溶胶状态下不发生压密；②加气体，A,B液混合后，粘性降低直至凝胶(粘性增大)止的时间内，一部分空气析出，致使体积减少；③从凝胶开始到固结前流动固结及可塑状固结的一段时间里，加压致使脱水压密；④固结后的加压压密现象极少。上述现象因浆液的组成(特别是有无加气)、有无凝胶能力及凝胶时间长短、有无可塑状固结及保持时间的长短、注入压力的高低及其他施工条件(相当于一次注入量)，其程度上存在的差异较大。将这些条件用数值(系数)来表示非常困难，目前的实际状况是，上述条件中黑体字的对应情形的压密的程度高，特别是加气与不加气相比，加气情形的压密效果明显增大。(2)土质系数α2(增加部分)注入率与土质有密切的关系，对于壁后注浆的土质对象而言，有硬土和软土之分，但主要是软土，特别是盾构工法的对象几乎均为软土层。无论哪种土质均对注入率都有一定的影响(即损失增大)。譬如在硬土泥板岩层中，如果没有大的裂缝，浆液就不会流失到周围土体中去。此外，加压对液态浆液的压密现象的影响也不大。但是发生在掘削面上的漏失与土质无关，也就是说即使是泥板岩，掘削面上的泄漏损失仍然存在。总之硬土的场合下仍存在一定的土质系数a2,a2(硬)≠O。在软土层中，就浆液流失到掘削空隙以外的周围土体中去的损失程度而言，粒径小的粘性土(以粘土，粉砂土为主且渗透系数小的土层)，优于粒径大的砂质土(以砂、砾石为主且渗透系数大的土层)，对于砾石层，浆液漏失的现象更为明显。当然这项土质漏失中也包括向盾尾空隙以外的周围土体中的流失及掘削面上的漏失等内容。此外，加压浆液的压密现象也和周围地层的抗渗性有很大的关系，抗渗性越好、压密现象越小。(3)施工损耗系数α3通常在盾构工法中，注浆管大多是从设置在盾构始发坚井附近的注浆泵开始，随着掘进的逐渐延伸，一直持续到最终的到达竖井。在浆液从泵房被压送到注浆孔的过程中，浆液的损耗是不可避免的事，特别是近年来长距离压送及同步注浆施工的情况逐年增加，这意味着和刚刚离开始发竖井时相比，残留在注浆管道内的浆液量的增多。例如每次的注入量为5OOL，设隧道全长为5OOm，平均距离就是250m，设注浆管道的直径为5Omm，则注浆管内残留浆液量为5OOL，和注入量几乎相同。这样的事例并不少见，有时甚至管内残留量超过注入量。为此，对于管内的残留液问题，必须严格地进行施工管理，并且，还要考虑其他的损耗。(4)超挖系数α4这个系数是理论空隙量的修正值。超挖是施工时发生的，与浆液没有直接关系，但与注入率关系极大。超挖系数因工法(掘削方法及机械种类)、土质、有无曲线段及其他施工条件的不同而存在很大的差异。因为有一个超挖和蛇行带来的附加量的问题。如假设盾构全周超挖lcm，其附加量固然因盾构直径大小及盾尾空隙多少有所差异，但总的说来将增加设计量的10%-13%左右。综上所述，用数值表示注入率a非常困难的，所以时至今日仍把施工实绩和经验数据作为大致的选定目标，具体数据见表3.1。表3.1注入率系数表符号因素估算时增加的比例范围设定系数α1注入压力产生的压缩加气1.30－1.500.4不加气1.05－1.150.1α2土质1.10－1.600.35α3施工损耗1.10－1.200.10α4超挖1.10－1.200.15因此，当实际设计时，可从上表中选择系数α1～α4，再在这4个系数的和的基础上加1得出a值，即:α＝α1＋α2＋α3＋α4＋1之后按下式算出一个行程的注浆量：（3.5）式中：D1—理论掘削半径；D2—管片外径；m—行程长度；成都地铁施工使用的盾构外径6.25m，超挖刀外径6.28m，衬砌环外径只有6m，故开挖后与盾尾衬砌间有宽28cm的间隙，掘进一环（1.5m）后的空隙量为4m3。根据本工程实际，注浆量的注浆率（注浆量／理论开挖空隙）控制在130%～180%之间，计算得到注浆量但以下几种情况时，注浆量可不受上述限制：(1)在松散地层时，注浆压力很小而注浆流量却很大时，应考虑增大注浆量，直到注浆压力超过控制压力的下限，此时的空隙因士体坍塌而比往常要大；(2)己经注过浆的管片上部又发生较大沉降或管片间有较大渗漏时，需要进行二次注浆，此时注浆量不受上述限制，只受压力限制；(3)管片下部因地基软弱导致部分管片下沉错台时，可从下部注浆，此时注浆量不受限制，只受压力限制；(4)盾构机出洞和进洞时，洞口有较大空隙，此时注浆量应根据实际需要量确定。3.2.3注浆量与填充率在此定义注浆率及浆液填充率两个概念：注浆率：(3.6)浆液填充率：(3.7)式中：Q—总注浆量VG—理论开挖空隙VK—开挖空隙内的浆液量由上述注浆率的定义可知，注浆率为实际注浆量和理论开挖空隙的比值。但实际上，即使注浆率达到了很高，但浆液对开挖空隙的填充率却有可能达不到完全填充。如图3.3所示，注浆率已达170%，但填充率还未达到100%，只有80%。图3.3浆液填充示意图造成以上不良填充的主要原因有以下几点：（1）注浆压力过大，导致浆液割裂土体进入地层，造成浆液损失；（2）注浆压力不均匀，导致浆液填充不充分；（3）注浆速度跟不上双浆液材料凝固时间。3.2.4注浆量与注浆速度实际施工中靠注入速度来控制注浆量，因此对注入速度进行计算，根据每环注入量和每行程推进时间得到注入速度的计算方法，如下式：v=Q/t(3.8)式中：v—注入速度（m3/s）；Q—每环注入量（m3）；t—每行程推进时间（s）根据以上注浆量及每行程推进时间，可计算得到注入速度。3.3同步注浆参数实测分析在富含水地层中注浆，要求能迅速阻水、快速充填。即要求浆液凝固时间短、粘性大、保水性强、不离析。若掘进时确定了土压或气压，则应尽量确保盾尾密封完好，以防土仓中的水由盾尾被压入管片背后。当管片背后已被水充填时，则需提高注浆压力，以便地下水随着浆液的推进被挤入土体中。而在自稳性差的地层中，盾构向前推进,土体出露后很快就可能坍塌,待进行注浆时盾尾空隙可能已经很小。因此,同步注浆时,可适当增大注浆压力,以获得更好的充填效果。下面针对后子门始发井到天府广场区间盾构隧道同步注浆的实测数据对其参数控制进行分析讨论。3.3.1盾构推进时注浆参数的变化情况本工程所使用的土压平衡盾构机（EPB）在盾尾处设有4个浆液注入点，盾尾同步注浆的压力因浆液注入点位置的不同而不同，盾尾4个注浆点的位置和相互关系如下图3.4所示。P2P2P1P3P4图3.4盾尾注浆点位置示意图图3.5到3.7为盾构机在右线隧道从始发井向天广场方向推进时，第41环到256环间的注浆压力和注浆量变化情况。图3.5P2注浆孔注浆压力图3.6P4注浆孔注浆压力图3.7注浆率从同步注浆现场统计情况分析：P2管注浆压力基本在0.15MPa到0.25MPa之间，平均值0.18bar；P4管注浆压力基本在0.05MPa到0.2MPa之间，平均值0.12bar；同步注浆率多数在125％到175％之间，平均值150％。在整个推进过程，注浆压力和注浆率在一定范围内成跳跃式变化。从实测数据可看出，两管实测的注浆压力大多低于设定值，如果再扣除压力的管道损失（0.05～0.1MPa），注浆压力在盾尾后部出盾尾时大小仅在0.1MPa左右，这表明从注浆压力角度而言，管片背部注浆没有充分的填充盾尾间隙。但从注浆率的角度看，注浆量基本达到了设定的范围内。因而，在注浆压力和注浆率之间就存在一组矛盾，在砂卵石地层同步注浆时，以哪一个指标作为注浆结束的控制标准，才能有效的控制地表沉降是在同步注浆时需要明确的问题之一。下节将从注浆压力和注浆量及注浆参数和地面沉降值的对应关系予以确定。3.3.2注浆压力与注浆率对应关系图3.8为盾构推进时实测的注浆压力和注浆率的对应关系。从图中可看出，盾构在实际掘进时，受各种不确定因素的影响，注浆率与注浆压力并未呈现出一致的变化关系，而是散布在一定区域中（注浆压力在0.1～0.35MPa,注浆率在100～230％）。根据注浆压力和注浆量的大小，其分布可分为图3.9所示的9种情况，现以注浆压力为基准对其进行分区讨论：图3.8注浆压力和注浆率分布示意图图3.9注浆压力和注浆率分区示意图(1)注浆压力较小此时对应图3.9中的A、B、C三区。A区为注浆压力较小，注浆率较大的情况。这一方面由于成都砂卵石地层的渗透系数较大,浆液渗漏严重，注入浆液的一部分渗入周边地层中。另一方面由于盾构掘进对周围地层产生较大扰动，当盾尾脱出时，少量隧道拱顶部位卵石失去下部支撑而塌落，引起超挖。进而导致注浆率较大时，注浆压力仍达不到设定值。B区和C区为注浆压力较小，注浆量较小或处于设定范围内的情况。这是由于在注浆尚未完全充满盾尾间隙时就停止注浆，注浆不完全。上述三种情况都属于在砂卵石地层中注浆不足，需要继续注浆以填充盾尾间隙，直至压力急骤升高至设定范围内时，说明已充填密实，方可停止注浆。(2)注浆压力较大此时对应图3.9中的G、H、I三区。I区为注浆压力较大，注浆率较小的情况。这主要时由于盾尾脱出后受扰动的隧道拱顶的砂卵石大量坍塌，减小了盾尾空隙，造成砂浆流动不畅，在正常的压力下，注入量较少。要获得有效充填，则需增大注浆压力，但应将压力控制在设定范围内，否则容易造成土体劈裂；H区为注浆压力较大，注浆量在设定范围内的情况，此时注浆已基本完成，可停止注浆；G区为注浆压力较大，注浆率也大的情况。对于松散的砂卵石地层，注浆压力过大时，浆液在注入压力的作用下会对土体产生劈裂渗透，进而引起地表的有害隆起或破坏管片衬砌，影响地表建筑物与地下管线的安全，应尽量避免。(3)注浆压力在设定范围内此时对应图3.9中的D、E、F三区。同步注浆压力达到设计范围之内，注浆量达到或超过设计值的85％时，对应于图中的D区和E区，此时可认为注浆完成；当同步注浆压力达到设计压力，注浆量未达到设计值，对应于图中的F区，此情况与I区类似，应继续注浆，直至两者均满足要求。综合以上分析，在结构松散的砂卵石地层注浆时，应通过注浆压力控制注浆量。注浆量应根据实际的开挖情况（地层情况、超挖和局部坍塌等）实时调整，使两者关系处于图3所示的D区、E区和H区，尽可能有效的填充盾尾间隙，减小地层损失和地表沉降。同时应控制注浆压力在设定范围内，否则在此地层下极易造成劈裂。在施工中应根据洞内管片衬砌变形和地表及周围建筑物变形监测结果及时进行信息反馈，修正注浆参数和施工方法，发现情况及时解决。3.3.3注浆参数与地表沉降关系同步注浆的最主要目的是及时填充盾尾，控制地表沉降，因此地表沉降值是衡量注浆效果好坏的重要标准。在此根据盾构施工的实测数据对注浆参数与地表沉降关系进行讨论。图3.10为盾构隧道第7环到154环间注浆参数和隧道中线地表沉降的变化曲线（为便于比较，地表沉降用cm,注浆压力用bar,注浆率采用小数表示）。图3.11为各沉降测量点处对应的注浆压力和注浆量分布图。图3.10地表沉降与注浆参数变化图图3.11监测点处注浆压力和注浆量分布图在图3.10和图3.11基础上，结合上节对注浆参数的分区，对处于不同区域中的典型点进行分析，从注浆压力和注浆量共同作用的角度探讨注浆参数和地表沉降的关系。(1)沉降量较大时21环和65环处沉降分别达到27mm和30mm为，为本区段沉降最大两点。21环处注浆压力0.075MPa，注浆率141％。65环处注浆压力0.07MPa，注浆率172％。按照分区原则两环应分别位于A区和B区。这是由于注浆压力未达设定值即停止注浆，虽然注入浆液量达到设定标准，仍然未能有效填充由于渗透和少量卵石塌落而突然增大的盾尾间隙，导致地表沉降较大。(2)沉降量较小时90环处沉降仅有3mm，为本区段沉降最小处，注浆压力1.85MPa，注浆率125%，位于E区。此时盾构掘进引起围岩扰动较小，在设定的注浆压力和注浆量下，浆液较好的填充了盾尾间隙，较好的控制了地表沉降；(3)沉降量处于中间时141环处沉降11.8mm，注浆压力1.7MPa，注浆率165％，位于D区。此时注浆压力在设定范围内，但注浆量稍大。在掘进时有一定的超挖，但在注浆时根据实际情况对注浆量的调整有效的控制了地表沉降；对实测数据进行分区讨论可知，注浆压力和注浆量均对地表沉降有较大影响。在本区段内同步注浆参数绝大部分分布在E区内，较好的控制了地表沉降。而在施工中可能出现且对沉降影响较大的是其在A区和B区时的情况，这主要是因为施工时未针对实际情况变化而对参数做出调整，导致注浆不足，在施工时应尽量避免。3.4松散带对注浆量的影响3.4.1注浆量的改变在正常的盾构掘进中，一个行程的注浆量为：（3.7）式中:D1—刀盘的理论掘削直径；D2—管片外径；m—行程长度；—注入率；主要和以下因素有关：注入压力决定的压密系数，土质系数，施工损耗系数，超挖系数。根据《地下铁道工程施工及验收规范》，一般取1.3~1.8左右。常规情况下，D1即为盾构的开挖直径，如图4.16所示。但在砂卵石地层，由于盾构掘进形成的“松散带”的作用，刀盘的前上方的渣土在土仓土压控制不良的情况下，极易造成过量的地层损失，此时的掘进轮廓外径变为DL，如图4.17所示，图4.16盾尾间隙示意图图4.17DL与D1关系因此，同步注浆量变为：（3.8）由于DL的不规则，为方便计算，也可以采用系数法对注浆量进行纠正，即采用一个大于1的系数k来加大注浆量。即：（3.9）扰动范围越小，地层损失越小，所需的注浆量越小。在其他条件不变的情况下，k的大小主要由土仓压力控制和推力控制来决定。根据第2章松散带的计算结果，k值一般在1.2～1.5之间。将k和m合并，即可得到新的m值大小，由于m一般取值为1.3～1.8，因此，在砂卵石地层中的新m值应取为1.6～2.5之间。3.4.2实际注浆参数的分析一般的盾构的设备配备的盾尾同步注浆一般采用4个孔位，间距90°分布于尾盾内。选取某区段的同步注浆参数，如图4.18所示。根据数据，该段的实际注浆压力的平均值，孔1为0.11MPa，孔4为0.12MPa。注浆压力中，有很大比例的环注浆压力都在0.05MPa以下，但此时的注浆量也达到了理论的掘进空隙，如图4.19为对应的注浆量。图4.18该区段注浆压力图4.19该区段注浆量以上施工参数数据表明了即使按常规的D1计算的注浆量达到了Q，但注浆压力仍很小，说明此时建筑空隙仍未得到充分的填充，从而也说明了DL的存在。因此，该地层中的同步注浆系统需要进行适应性的改进。以上数据表明，由于松散带的存在，按常规的注浆量已经不能满足填充掘进间隙。对于砂卵石地层的同步注浆系统应进行适应性的改进。（1）提高相应设备的配备能力，根据实际情况计算出DL，根据DL计算所得的Q值来配备盾构的同步注浆的设备，提高填充率，根据计算结果，在砂卵石地层中的m值应取1.6～2.5，以保证足够高的填充率；（3）由于地层损失率的改变，该地层中的同步注浆的控制，不应采取注浆量来控制，而应以注浆压力来控制同步注浆。3.5小结（1）在成都砂卵石地层盾尾同步注浆时，注浆压力（顶部）控制在0.2～0.25MPa，注浆率不小于180％；（2）应以注浆压力来控制注浆量，注浆压力达不到时不能停注，这样才能保证浆液填满开挖间隙。同时，若有必要加强二次注浆；（3）注浆压力应综合考虑地质条件、管片强度、盾构机型及注浆材料的特性。防止注浆压力过大,造成地层劈裂或管片错台；（4）根据地层情况和实际地层损失调整注浆填充率，可以较好填充地层，有效控制地表沉降，对注浆不足或注浆效果不好的地方进行补强注浆，以增加注浆层的密实性并提高防水效果。（5）在施工中应根据洞内管片衬砌变形和地表及周围建筑物变形监测结果进行信息反馈，及时修正注浆参数和施工方法。4盾尾注浆施工中常见问题及对策结合本次施工中遇到的问题和已有的施工经验，对盾尾注浆施工中遇到的常见问题进行总结并提出相应对策，以期对以后的注浆施工有所指导。4.1常见问题及原因4.1.1地表沉降过大（1）掘进过程仅以注浆量为控制指标，限定每环的注浆量范围，导致注浆量偏少，不能有效地对盾尾间隙进行填充。这大多发生在以下情况：某些特殊地段或较小的转弯半径上，土层损失加大；由于地质条件或其他特殊原因，掘进过程某环出土量剧增，而没有相应增大注浆量；地层特性变化，却没有相应调整注浆量，如从粘土变为砂土、从粘土变为裂隙水丰富的风化岩层等情况；盾构机在粘性较高的粘土层掘进时，盾壳外壁会附着一层较厚的固结土体，与盾构机同步前进，无形中增大了盾尾间隙。从已有盾构隧道的施工情况看，硬壳层厚度可达10cm。（2）浆液强度过低，或浆液和易性差，易离析而渗透到地层中，发生浆液损失。浆液拌和时的投料顺序也可能对浆液强度造成较大影响。（3）某些浆液凝结后，自身收缩量较大，或者双液浆过早初凝，未能有效填充盾尾间隙。（4）浆液流动性太好，隧道管片最重要的顶部出现无浆液填充,或者双液浆混合不充分，在土中逐渐流失。（5）没有与监测紧密结合，并以监测成果指导施工。从盾构机掘进过程的地表沉降规律来看，一般盾构机前方地表沉降量在5mm内时，盾尾穿越这个位置时沉降不会超出规范允许的30mm。因此，当监测结果显示前方沉降量超过5mm，又没有及时采取有效注浆措施，沉降超出规范允许范围的可能性相当大。4.1.2地表隆起（1）注浆压力过大，注浆量偏高。主要在土质软弱的地层出现。如当盾构机经过建筑物时，增大了盾尾注浆压力，盾尾已脱出建筑物下方后，没有及时调整压力，地表出现隆起，甚至有少量浆液沿地层裂隙冒出，污染地表。又如一盾构机在流砂地层始发时，因端头加固质量和洞门密封效果均较差，掘进过程前方有大量流砂涌入，由于其位于一重要道路正下方，为防止地表下沉，采用了二次注浆进行补充注浆，但因为没有控制好注浆压力和注浆量，注浆结束后发现道路中间鼓起近1m高的小土包，造成交通堵塞，花费了大量财力和时间进行处理；4.1.3注浆液从盾尾流