盾構法施工壁后注漿與渣土改良方案

1、盾構法施工壁后注漿由于盾構機刀盤的開挖直徑大于管片外徑，管片拼裝完畢并脫出盾尾后，與土體間形成一環(huán)形間隙，簡稱施工間隙。為了避免或減少盾構后部的沉降，在掘進隧道期間，必須回填此環(huán)狀空隙。施工間隙如果不及時得到填充，勢必造成地層變形，使相鄰地表的建筑物、構筑物沉降或隧道本身偏移。因此，襯砌背后注漿是盾構法中必不可少的關鍵性輔助工法，合理的施工工藝選擇是盾構掘進施工安全順利的保證。為防止地表沉降的發(fā)生，在施工間隙中注入壓力灰漿，從而在很大程度上能保持地層的自然應力狀態(tài)。應力變化愈少則引起的地層變化和地面沉降也愈少。如果對剛形成的空隙沒有立即填充，盾殼的錐形，曲線掘進中的土層的位移，及超挖等因素環(huán)狀

2、空隙可能增加。由于不能避免的襯砌對盾尾的偏心及襯砌和盾構可能的變形等，會導致襯砌環(huán)寬度的變化。尾殼密封的設計厚度及其支撐結構和尾殼的厚度確定了環(huán)狀空隙的寬度。對當前制造的密封，理論上環(huán)狀空隙的寬度約為70-120mm之間，其密封區(qū)為20mm到40mm.。必須注意此值與盾構直徑無關。即對較大隧道襯砌施工公差的要求高于對小隧道襯砌的要求。當環(huán)狀空隙大于250 mm時則要灌漿。一、壁后注（壓）漿的目的1、控制地表沉降襯背注漿的最重要目的就是及時填充施工間隙，防止因間隙的存在導致地層發(fā)生較大變形或坍塌。盾構直徑大于隧道襯砌外徑，當盾構向前推進，脫出盾尾的襯砌與土層之間形成的環(huán)形間隙，過了一定的時間土層

3、會變形來填充這一空隙，使地表產生沉降，如果用合適的材料及時填充空隙，使地層有了支撐就不易產生沉降變形，所以說壓漿可有效地控制地表沉降。2、減少隧道的沉降量如上所述，管片出盾尾，管片與土體之間產生空隙，使管片下部失去支撐，由于管片的自重，就產生了下沉，這將使原來成環(huán)良好的軸線受到影響，用具備一定早期強度的漿液及時填充施工間隙，可確保管片襯砌早期和后期的穩(wěn)定。而壓漿后能使管片臥在壓漿的材料上，就好象隧道有了一個墊層，也就防止或減少了隧道的沉降，保證了隧道軸線的質量，滿足工程使用要求。3、增加襯砌接縫的防水性能（即提高隧道的抗?jié)B性）隧道是由預制管片拼裝而成的，所以有眾多的縱、環(huán)向縫隙，而這些縫隙正是

4、防水的薄弱環(huán)節(jié)，設想如果在襯砌外壁均勻地鋪設一定厚度能防水的材料，對提高整條隧道的防水效果是可想而知的，壓漿正起到了這作用。盾尾注漿液凝固后，一般有一定抗?jié)B性能，可作為隧道的第一道止水防線，提高隧道抗?jié)B性能。4、改善襯砌的受力狀況壓漿后防止了地層變形和地層壓力的增加，漿體便附在襯砌圓環(huán)的外周，使兩者共同變形，從而改善了襯砌的受力狀況。盾構隧道是一種管片襯砌與圍巖共同作用的結構穩(wěn)定的構造物，均勻、密實地注入和充填管片背面空隙是確保土壓均勻作用的前提條件。5、有利于盾構推進糾偏盾構推進糾偏效果與管片相對位置有較大關系，有時由于管片位置不佳，限制了盾構糾偏運動，對推進糾偏效果不僅無利，同時有可能損傷

5、管片。如果用壓漿的壓力來調整管片與盾構的相對位置，可選擇在管片外周單側注漿的方法，迫使襯砌移動來糾偏。所以說合理地選擇壓漿位置可有利于盾構推進糾偏，控制盾構的施工軸線，從而保證隧道總體軸線。6、預防盾尾水源流人密封土艙而造成的噴涌在復合地層施工時，如果施工間隙沒有得到良好填充，在很長的一段距離內與地下水系連成一體，該水系通過盾殼與土體之間的縫隙流至開挖面，將對開挖面形成一股較大的水壓，造成噴涌。良好的襯背注漿可以截斷盾尾水源，減少噴涌發(fā)生的機會。二、壁后注漿漿液1、漿液的種類襯背注漿漿液一般分為單液漿和雙液漿兩大類。（1）單液漿是指多由粉煤灰、砂、水泥、水、外加劑等在攪拌機等攪拌器中一次拌合而

6、成的漿液。這種漿液又可分為惰性漿液和硬性漿液。惰性漿液即漿液中沒有摻加水泥等凝膠物質，是早期強度和后期強度均很低的漿液。硬性漿液即在漿液中摻加了水泥等凝膠物質，具備一定早期強度和后期強度的漿液。（2)雙液漿是指由水泥砂漿等攪拌成的A液與由水玻璃等組成的B液混合而成的漿液。雙液漿又可根據初凝時間的不同分為緩結型(初凝時間為3060s)和瞬凝型(初凝時間小于20s)。膠凝時間越長，越容易發(fā)生漿液向密封土艙泄漏和向土體內流失的情況，限定范圍的填充越困難。而且在沒有初凝前，容易被地下水稀釋，產生材料分離。因此，目前多采用瞬凝型漿液注漿。但膠凝時間過短，也會造成注入還沒結束，漿液便失去了流動性，導致填充

7、效果不佳。 （2）漿液原材料的要求漿液主要原材為：水泥、砂、粉煤灰、膨潤土和水及外摻劑。水泥：礦渣水泥較普通水泥中熟料含量比普通水泥多，早期強度低，后期強度高，但難以磨細，親水性差，泌水大。膨潤土：分為天然膨潤土、改性膨潤土和活性膨潤土。天然膨潤土又分鈣基膨潤土和納基膨潤土。優(yōu)選納基膨潤土。根據法國隧道工程協(xié)會推薦：膨潤土水泥漿液配比是每m3加入20-80kg，水泥100-700kg。 應先將膨潤土與水混合，預膨脹后再與水泥攪拌混合。水：不含過量的酸、堿、鹽（0.1%）、氯化物（0.5%）以及其他過量懸浮雜質的水都能用來作為拌漿用水。砂：考慮耐久性、流動性、收縮和堿性反應等因素，要求級配均勻，

8、最大顆粒不超過2mm，當送漿距離遠時，最大粒徑0.5mm。水玻璃：又名硅酸鈉（Na2SiO3），是常見的水溶性硅酸鹽。通常市售水玻璃濃度50-56Be，而注漿需要的濃度多為30-45Be，因此需要稀釋后使用。高分子材料：聚氨酯類：水溶性和油溶性兩類。聚氨酯類漿液遇水后發(fā)生水解反應，凝膠體體積迅速膨脹，同時發(fā)生連鎖反應，產生交聯(lián)形成泡沫凝固體，可注性好。(3) 單液漿和雙液漿的優(yōu)缺點 惰性漿液初凝時間長，制備成本低。硬性漿液制備成本相對較高，初凝時間為1216h左右，早期具有一定強度，對于隧道襯砌的穩(wěn)定較為有利。單液漿由于其施工工藝簡單，易于控制，且不易堵管等優(yōu)點，較廣泛地應用于襯背注漿系統(tǒng)。初

9、凝時間的選擇在注漿施工中至關重要，膠凝時間較長的漿液一般早期強度較低，而過短的膠凝時間極易使注漿管堵塞，或填充效果不佳。(4) 單液漿和雙液漿配合比的調整單液漿：用改變水泥用量的方法調節(jié)漿液凝結時間及固結體強度。增減用水量改變稠度。調整砂、膨潤土、粉煤灰的用量，甚至可摻用外加劑以改變漿液的工作性能。根據通過地層情況及施工位置及時調整漿液配合比，以適用施工需求。雙液漿：水灰比：B液濃度一定時，A/B液體積比一定時，水灰比越大，漿液的凝膠時間越長。A/B液體積比：其他因素不變，水玻璃與水泥漿體積比在1:3-1:10范圍內，體積比越大，凝膠時間越短。調整漿液凝膠時間的最優(yōu)選擇，是調整水灰比，其次調整

10、體積比。通常A液流動粘度控制在25-35s，B液20s左右，27-30Be。三、注（壓）漿工藝注漿工藝主要取決于隧道所處地層的土質，在土質條件好、建筑空隙有一定穩(wěn)定時間時，則一般先壓骨料來支護土體及填充空隙，然后注水泥漿，形成一種壓漿工藝。若遇軟土層，地下水位高，土質的含水量基本飽和，易采用一次注壓漿體材料，以防土體流失。壓漿應隨盾尾后空隙的形成，立即進行壓漿，并保持一定的壓力，壓漿工藝對盾尾密封要求較高，因此，要有一個不易漏漿的盾尾密封裝置及準備有堵漿的措施、設備和材料等。 1、防止?jié){液的泄漏措施（1）加強姿態(tài)管理，防止盾尾間隙過大；（2）加強盾尾油脂的壓入；（3）粘貼海綿條；（4）用碎布，

11、碎紗等堵塞；2、壓漿量控制壓漿量的多少，將直接影響到地表變形量的大小。根據以往的施工經驗，一般壓漿量為理論建筑空隙的150250范圍內，而實際施工應通過監(jiān)測地表變形情況而定。壓漿采用的控制壓力可根據地面建筑物的特點及隧道埋深而定。另外還可采取多次壓漿或增補壓漿，以有效地控制地表變形。 3、壓漿工藝根據襯背注漿與盾構機掘進的關系，從時效性上可將襯背注漿分為同步注漿、及時注漿和二次注漿。(1) 同步注漿：同步注漿是指在盾構向前推進盾尾空隙形成的同時進行的注漿方式。同步注漿通過同步注漿系統(tǒng)及盾尾的注漿管，在盾尾空隙形成的極短的時間內將其充填密實，從而使周圍巖體獲得及時的支撐，可有效地防止巖體的坍陷，

12、控制地表的沉降，地表沉降量控制在要求范圍之內。同步注漿堅持“掘進必須注漿”的原則；注漿結束標準應以注漿量和注漿壓力雙重控制標準進行控制；結合地表監(jiān)測結果，對注漿參數進行調整，嚴格執(zhí)行信息化施工控制。(2) 及時注漿：是指盾構機掘進了一環(huán)或數環(huán)后，向已存在的大量施工間隙進行注漿的方式。這種注漿方式由于不能迅速對施工間隙進行填充，增大了對土體的擾動性，不利于地面沉降的控制，而且由于早期管片脫出盾尾后處于懸空狀態(tài)，受力狀態(tài)較差，管片不能得到及時穩(wěn)定，容易發(fā)生錯臺。(3) 二次注漿：是指在同步注漿或及時注漿效果不理想時，對前期注漿進行補充注漿的方式。一般在隧道發(fā)生偏移、地表沉降異常、滲漏水嚴重、盾尾漏

13、漿嚴重或噴涌時使用。在一些特殊地段，如盾構機機進出站地段和聯(lián)絡通道附近，也需要進行二次注漿。二次注漿可以反復進行，即多次注漿。四、壁后注漿的控制 1、襯背注漿控制方法為了適應不同的注漿量（掘進速度），整個設備根據壓力控制注入量。最小和最大注漿量可以預先選擇。動力源為液壓控制時，泵送注漿量可以通過控制液壓油流量來調整。每個出口都裝有壓力傳感器。在泵的沖程可檢驗的地方，每個活塞都裝有指示器?；钊俣瓤梢噪S液壓變化，這要借助于操作員控制板上的電位器。這樣每條線上的注漿量均可變化以適應盾構的掘進速度。每個注漿點上的壓力傳感器發(fā)出的信號可以用于控制注漿過程。打開和關閉可以在操作員控制板上變化。注漿控制方

14、法有兩種?？筛鶕枰捎檬謩涌刂坪妥詣涌刂?。1）手動操作在手動方式中，有可能單獨的選擇注漿點的每一個，并通過控制板的開關啟動該系統(tǒng)。注入量，注漿泵的活塞速度可借助控制板上的電位器進行變化。2）自動操作自動控制方法即預先設定注漿壓力，由控制程序自動調整注漿速度，當注漿壓力達到設定值時，自行停止注漿。在自動操作中，所有注漿點都設有連續(xù)監(jiān)測，如果壓力超過了最小靜壓力的預設值開始注漿。如果超過了最大靜壓力注漿就會減少，直到該值降到限制值以下然后再次開始。同時注漿壓力在主控制室有顯示，并最小、最大靜壓力的預設也是在主控制室完成的。在管片的裝配與空閑期間，預先計劃的時間推延應加長，將連續(xù)進行注漿靜壓力檢測

15、，如果預設最小靜壓力出現則注漿過程會自動開始。2、襯背注漿的控制措施1）合理選擇襯背注漿方式在盾構機設計制造時，應根據地層情況選擇不同的襯背注漿方式。(1) 在條件允許的情況下，盡可能采用水平襯背注漿方式進行同步注漿的自動控制注漿系統(tǒng)，而將垂直襯背注漿方式作為備選注漿方案或應急補充方案。(2) 在巖層施工時，水平襯背注漿管盡可能不要設計成外凸式；如果一定要設計成外凸式，考慮足夠的超挖量，確保該部分不會發(fā)生磨損。(3) 在盾構機尾殼的水平襯背注漿管上設置疏通口，以便堵塞時疏通。(4) 每套注漿管路設置備用管，一旦出現堵塞而無法疏通的情況，可以立即啟用備用管路。2）合理選擇注漿漿液類型(1) 根據

16、漿液的性能差異合理選擇漿液。惰性漿液初凝時間長，制備成本低，在以軟地層為主的地區(qū)應用較為廣泛，但由于其強度較低，抗?jié)B性能差，不利于隧道襯砌的早期穩(wěn)定和隧道防滲效果。硬性漿液制備成本相對較高，初凝時間較長，早期具有一定強度，對于隧道襯砌的穩(wěn)定較為有利，雙液漿初凝時間很短，強度高，相對另外兩種漿液而言，注入量少，沉降量少，注漿效果較好，廣泛地適用于各種地層，但施工工藝較為復雜，施工過程控制要求較高。(2) 根據隧道區(qū)段變化調整漿液種類和漿液配比。在曲率半徑小的區(qū)段，應采用早強快凝型漿液；在靠近硐門和聯(lián)絡通道前后，應提高漿液強度和抗?jié)B性能；在硐門結構和聯(lián)絡通道施工前，采用雙液漿等進行二次注漿補強；在

17、盾構機長時間停機前，應采用惰性漿液注漿，防止盾殼被卡。(3) 根據地質情況變化而調整漿液配比。在正式掘進前，應根據地質勘探和補充地質勘探和補充地質勘探成果，進行漿液配合比試驗，最好是每種地層準備單液漿和雙液漿配比各兩組以上；漿液初凝時間、早期強度和28天強度均應滿足與圍巖共同作用的要求；在液化地層，還應進行漿液抗液化試驗。(4) 根據盾尾滲漏情況調整漿液類型。在掘進過程中要嚴格控制盾尾油脂的注入壓力和注入量，盡可能保護盾尾不發(fā)生滲漏，一旦出現局部滲漏，可采用手動和自動結合的油脂注入方式。如果滲漏量較大，襯背注漿應調整為初凝時間很短的雙液漿。(5) 根據盾構機種類改變注漿液類型。在采用泥水盾構時

18、，多采用雙液注漿液。(6) 根據漿液運輸方式選擇漿液類型。3）合理選擇注漿參數在正常施工階段，以注漿壓力控制注漿量。在沉降控制要求相當高的地段，采用注漿壓力和注漿量雙重控制標準。為防止盾尾被擊穿，注漿壓力不能大于盾尾密封所能承受的設計壓力。同步注漿時要求在地層中的漿液壓力大于該點的靜止水壓及土壓力之和，做到盡量填補同時又不產生劈裂。注漿壓力過大，管片周圍土層將會被漿液擾動而造成后期地層沉降及隧道本身的沉降，并易造成跑漿；而注漿壓力過小，漿液填充速度過慢，填充不充足，會使地表變形增大。4）合理選擇注漿位置（1）為控制管片上浮，并防止因漿液流動性好而造成隧道頂部出現無漿液填充現象，在通過水平襯背注

19、漿方式進行同步注漿過程中，頂部注漿管壓力不宜低于底部注漿管壓力；在通過垂直襯背注漿方式操作中，除非糾偏的需要，否則注漿點應選擇在隧道上半斷面。（2）在地下水豐富的巖層施工時，每隔數環(huán)應采用雙液注漿的方式全環(huán)二次注漿，將盾尾后方的水源截斷，減小噴涌發(fā)生的機會。5）合理調整注漿參數加強管片沉浮的監(jiān)測模清盾構機通過不同地質斷面的沉浮規(guī)律，相應調節(jié)盾構機姿態(tài)和注漿參數。6）合理選擇管片外弧面接縫的構造形式管片外弧面接縫的構造形式選擇合理，可以防止因管片構造不合理而造成的漿液流失及盾尾滲漏。7）合理增加襯背注漿量通過地面沉降監(jiān)測結果指導襯背注漿施工，當盾構機某環(huán)掘進過程發(fā)現出土量遠遠超出理論方量時，則有

20、可能前方地層發(fā)生坍塌，應增加襯背注漿量。8）制訂詳細的施工方案在注漿時，要制訂詳細的注漿施工設計和工藝流程及注漿質量控制程序，嚴格按要求實施注漿、檢查、記錄、分析，及時做出P(注漿壓力)Q(注漿量)t(時間)曲線，分析注漿效果，反饋指導下次注漿。9）注意指令的配合盾構掘進指令要和漿液拌制指令相配合，避免過早拌制漿液后發(fā)生堵管。盾構機停機前應用膨潤土等將注漿管充滿，以防漿液回流而堵塞注漿管。同時，配備專用的高壓疏通器具，制定有效的疏通措施，使注漿管堵塞時能得以及時疏通。使用雙液漿時，還應注意A、B液混合形式的選擇，A、B液壓力差應較小。10）注意逆止閥的埋設在砂層或透水性高的地層掘進時，若通過管

21、片注漿孔進行注漿，應在管片制造過程中就考慮在注漿孔位置能埋設逆止閥。3、注漿管理（1）注漿管理日報每日均應對環(huán)序號、注入位置、注入壓力、注入量等參數記錄，并與監(jiān)測數據對比。（2）材料管理每天檢查注入材料的使用量，避免材料不合理分布，另外檢查配合比是否異常。（3）注漿機械檢修每天注漿結束都應檢查泵、拌漿機、其他機械、器具是否存在異常，以便及時維修調換。（4）輸漿管檢查不僅僅是水沖洗，還應投放疏通球疏通，另外對于接頭滲漏做好檢查。（5）安全文明施工五、注漿施工中常見問題及對策1、注漿造成地表沉隆超限 1）造成地表沉降過大的原因 （1）軟土地層中沒有進行同步注漿。采用管片注漿孔同步注漿的施工過程，如

22、果沒有嚴格的過程控制，或者注漿液初凝時間設定不合理，往往做不到真正意義的同步注漿。（2）掘進過程僅以注漿量為控制指標，限定每環(huán)的注漿量范圍，導致注漿量偏少，不能有效地對盾尾間隙進行填充。這種情況大多發(fā)生在以下情況：某些特殊地段或較小的轉彎半徑上，土層損失加大；是由于地質條件或其他特殊原因，掘進過程某環(huán)出土量劇增，而沒有相應增大注漿量；地層特性變化，卻沒有相應調整注漿量，如從粘土變?yōu)樯巴痢恼惩磷優(yōu)榱严端S富的風化巖層等情況；盾構機在粘性較高的粘土層掘進時，盾殼外壁會附著一層較厚的固結土體，與盾構機同步前進，無形中增大了盾尾間隙。（3）漿液強度過低，或漿液和易性差，易離析而滲透到地層中，發(fā)生漿液

23、損失。漿液拌和時的投料順序也可能對漿液強度造成較大影響。（4）某些漿液凝結后，自身收縮量較大；或者雙液漿過早初凝，未能有效填充盾尾間隙。（5）漿液流動性太好，隧道管片最重要的頂部出現無漿液填充；或者雙液漿混合不充分，在土中逐漸流失。（6）沒有與監(jiān)測緊密結合，以監(jiān)測成果指導施工。從盾構機掘進過程的地表沉降規(guī)律來看，一般盾構機前方地表沉降量在5mm內時，盾尾穿越這個位置時沉降不會超出規(guī)范允許的30mm。因此，當監(jiān)測結果顯示前方沉降量超過5mm，又沒有及時采取有效注漿措施，沉降超出規(guī)范允許范圍的可能性相當大。2）造成地表隆起的原因（1）注漿壓力過大，注漿量偏高。主要在土質軟弱的地層出現。（2）隧道頂

24、部有滲水通道連至地表。如原地質勘探孔，如果沒有封堵或封堵效果不佳，漿液會沿著該孔噴出或滲出，不僅嚴重污染地面環(huán)境，還可能造成地表隆起。2、注漿液從盾尾流入或從進入土倉（1）注漿壓力大時，漿液會沿著盾殼流入土倉中，進而從螺旋輸送機輸出；而注漿壓力一旦大于盾尾密封的承壓能力，將擊穿盾尾密封。如果沒有及時對盾尾密封注入油脂，漿液在盾尾刷中凝固后，會使盾尾密封失效，嚴重影響施工安全。（2）管片構造不合理，也會造成注漿液的滲漏。 3、管片上浮、錯臺 管片脫出盾尾后上浮的原因有：（1）地質情況。從南京地鐵盾構施工情況看，淤泥質粉質粘土層的上浮量大于砂層，而從廣州地鐵盾構施工情況看，中、微風化巖層管片上浮量較大。（2）長細比很大的柔性構件的偏心受壓。（3）漿液選型不當，漿液早期強度偏低，不能及時與圍巖土體形成共同作用。（4）漿液初凝時間控制不當，沒有及時填充盾尾間隙或填充效果不佳。（5）注漿位置選擇不當，采用管片注漿孔注漿時，以中下部注漿孔為注漿孔位。（6）盾構姿態(tài)較差，千斤頂編組壓力差過大。4、管片后期沉降 二次注漿糾偏處理5、注漿系統(tǒng)管路堵塞管路堵塞是注漿過程最常見、最易