盾構同步注漿及二次注漿方案

專項施工方案16-廣州軌道交通二、八號線延伸線工程盾構區(qū)間5標盾構工程盾構同步注漿機及二次注漿方案編制單位:上海吉原公司編制日期:二○○七年一月工程概況【會石區(qū)間軌排井～廣州新客站】和【江泰路站～躍進村站】兩個盾構區(qū)間，分別位于番禺區(qū)和海珠區(qū)?！緯瘏^(qū)間軌排井～廣州新客站盾構區(qū)間】線路從會石區(qū)間軌排井開始后向西南延伸，下穿密集魚塘群、過石壁站，繼續(xù)向西南穿越淺埋密集魚塘群，后到達廣州新客站，盾構機解體、吊出、轉場至江泰路站；【江泰路站～躍進村站盾構區(qū)間】線路從江泰路站出發(fā)沿江南大道向北至躍進村站。【會石區(qū)間軌排井～廣州新客站盾構區(qū)間】里程范圍為：左線長730.262m+290.093m(含長鏈0.126m)；右線長729.81m+294.42m?！窘┞氛尽S進村站盾構區(qū)間】里程范圍為：右線長721.71m，左線ZCK長722.287m(含長鏈0.577m)。整個標段線路平面最小曲線半徑為600m，最大縱坡為25‰?！緯瘏^(qū)間軌排井～廣州新客站盾構區(qū)間】地處珠江三角洲后緣地帶，為珠江水網(wǎng)交錯的平原區(qū)，根據(jù)場地地貌成因及形態(tài)特征，區(qū)間地貌單元主要表現(xiàn)為珠江三角洲海陸沖積平原地貌；區(qū)間沿線為農田、苗圃、魚塘，塘深2～3m，沿線建筑物少，場地開闊，地下沒有管線的鋪設，周邊正處于規(guī)劃開發(fā)階段?！窘┞氛尽S進村站盾構區(qū)間】沿線地形較平坦，地面高程為13.4m～17.8m，地貌單元屬珠江三角洲沖積平原，微地貌單元有河流沖淤積階地、河床（槽）、微丘臺地。襯砌背后注漿的目的盾構施工中，隨著盾構的向前推進，當管片脫離盾尾后，在土體與管片之間會形成一道寬度為115～140mm左右的環(huán)行空隙。若不將這一空隙及時充填則管片周圍的土體將會松動甚至發(fā)生坍塌，從而導致地表沉降等不良后果。為此必須采用注漿手段及時將盾尾建筑空隙加以充填。同時，背襯注漿還可提高隧道的止水性能，使管片所受外力能均勻分布，確保管片襯砌的早期穩(wěn)定性。襯砌背后注漿的方式和定義同步注漿與即時注漿同步注漿是通過同步注漿系統(tǒng)及盾尾的注漿管，在盾構向前推進盾尾空隙形成的同時進行。漿液在盾尾空隙形成的瞬間及時起到充填作用，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，控制地表的沉降。在地層穩(wěn)定性差，采用EPB模式掘進時，同步注漿的重要意義更為明顯。即時注漿是通過管片上注漿孔將漿液注入管片背后的方法。其漿液充填時間滯后于掘進一定的時間。一般運用于自穩(wěn)能力較強的地層。二次補強注漿為提高背襯注漿層的防水性及密實度，考慮前期注漿效果不佳以及漿液固結率的影響，必要時在同步注漿結束后進行補強注漿。補強注漿一般在管片與巖壁間的空隙充填密實性差，致使地表沉降得不到有效控制的情況下才實施。根據(jù)地表沉降監(jiān)測的反饋信息，結合洞內超聲波探測所得的背襯后空洞情況，綜合判斷是否需要進行補強注漿。同步注漿注漿材料及配比設計注漿材料采用水泥砂漿作為同步注漿材料，該漿材具有結石率高、結石體強度高、耐久性好和能防止地下水浸析的特點。水泥采用42.5抗硫酸鹽水泥，以提高注漿結石體的耐腐蝕性，使管片處在耐腐蝕注漿結石體的包裹內，減弱地下水對管片混凝土的腐蝕。漿液配比及主要物理力學指標根據(jù)盾構施工經(jīng)驗，同步注漿擬采用表1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，通過現(xiàn)場試驗優(yōu)化確定。同步注漿漿液的主要物理力學性能應滿足下列指標:表1 同步注漿材料配比和性能指標表水泥（kg）粉煤灰（kg）膨潤土（kg）砂（kg）水（kg）外加劑80～140381～24160～50710～934460～470按需要根據(jù)試驗加加入膠凝時間:一般為3～10h，根據(jù)地層條件和掘進速度，通過現(xiàn)場試驗加入促凝劑及變更配比來調整膠凝時間。對于強透水地層和需要注漿提供較高的早期強度的地段，可通過現(xiàn)場試驗進一步調整配比和加入早強劑，進一步縮短膠凝時間。固結體強度:一天不小于0.2MPa，28天不小于2.5MPa。漿液結石率:>95%，即固結收縮率<5%。漿液稠度:8～12cm。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%。同步注漿主要技術參數(shù)注漿壓力注漿壓力略大于該地層位置的靜止水土壓力，同時避免漿液進入盾構機的土倉中。最初的注漿壓力是根據(jù)理論靜止水土壓力確定的，在實際掘進中將不斷優(yōu)化。如果注漿壓力過大，會導致地面隆起和管片變形，還易漏漿。如果注漿壓力過小，則漿液填充速度趕不上空隙形成速度，又會引起地面沉陷。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3.0～4.0bar。由于從盾尾圓周上的四個點同時注漿，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，各點的注漿壓力將不同，并保持合適的壓差，以達到最佳效果。在最初的壓力設定時，下部每孔的壓力比上部每孔的壓力略大0.5～1.0bar。注漿量根據(jù)刀盤開挖直徑和管片外徑，可以按下式計算出一環(huán)管片的注漿量。V=π/4×K×L×（D2-D22）式中:

V——一環(huán)注漿量（m3）L——環(huán)寬（m）D1——開挖直徑（m）D2——管片外徑（m）K——擴大系數(shù)取1.5～2代入相關數(shù)據(jù)，可得:V=π/4×(1.5～2)×1.5×（39.4-36）

=6.0～8.0m3/環(huán)根據(jù)上面經(jīng)驗公式計算，注漿量取環(huán)形間隙理論體積的1.5～2倍，則每環(huán)（1.5m）注漿量Q=6.0～8.0m3。注漿時間和速度在不同的地層中根據(jù)需不同凝結時間的漿液及掘進速度來具體控制注漿時間的長短。做到“掘進、注漿同步，不注漿、不掘進”，通過控制同步注漿壓力和注漿量雙重標準來確定注漿時間。注漿量和注漿壓力達到設定值后才停止注漿，否則仍需補漿。同步注漿速度與掘進速度匹配，按盾構完成一環(huán)掘進的時間內完成當環(huán)注漿量來確定其平均注漿速度。注漿結束標準及注漿效果檢查采用注漿壓力和注漿量雙指標控制標準，即當注漿壓力達到設定值，注漿量達到設計值的85%以上時，即可認為達到了質量要求。注漿效果檢查主要采用分析法，即根據(jù)壓力-注漿量-時間曲線，結合管片、地表及周圍建筑物量測結果進行綜合評價。對拱頂部分采用超聲波探測法通過頻譜分析進行檢查，對未滿足要求的部位，進行補充注漿。同步注漿方法、工藝壁后注漿裝置由注漿泵、清洗泵、儲漿槽、管路、閥件等組成，安裝在第一節(jié)臺車上。當盾構掘進時，注漿泵將儲漿槽中的漿液泵出，通過四條獨立的輸漿管道，通到盾尾殼體內的4根同步注漿管，對管片外表面的環(huán)行空隙中進行同步注漿，見“圖1同步注漿示意圖”，在每條輸漿管道上都有一個壓力傳感器，在每個注漿點都有監(jiān)控設備監(jiān)視每環(huán)的注漿量和注漿壓力；而且每條注漿管道上設有兩個調整閥，當壓力達到最大時，其中一個閥就會使注漿泵關閉，而當壓力達到最小時，另外一個閥就會使注漿泵打開，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、開挖面的水和泥土從外殼內表面和管片外周部之間縫隙不會流入盾構里，確保壁后注漿的順利進行。圖1同步注漿示意圖注漿量和注漿壓力的大小可以實現(xiàn)自動控制和手動控制，手動控制可對每一條管道進行單個控制，而自動控制可實現(xiàn)對所有管道的同時控制。注漿工藝流程及管理程序見“圖2管片襯砌背后同步注漿工藝流程及管理程序”。nononoyesyes注漿系統(tǒng)準備參數(shù)設計設定控制方式注漿注漿工況分析繼續(xù)注漿注漿完成注漿效果檢查下一循環(huán)數(shù)據(jù)采集與管理采取補強注漿措施調整控制方式和參數(shù)清洗設備和管路noyes配制漿液檢驗試驗運輸漿液信息反饋圖2管片襯砌背后同步注漿工藝流程及管理程序同步注漿的注意事項在開工前制定詳細的注漿作業(yè)指導書，并進行詳細的漿材配比試驗，選定合適的注漿材料及漿液配比。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，分析注漿速度與掘進速度的關系，評價注漿效果，反饋指導下次注漿。成立專業(yè)注漿作業(yè)組，由富有經(jīng)驗的注漿工程師負責現(xiàn)場注漿技術和管理工作。根據(jù)洞內管片襯砌變形和地面及周圍建筑物變形監(jiān)測結果，及時進行信息反饋，修正注漿參數(shù)和施工工藝，發(fā)現(xiàn)情況及時解決。做好注漿設備的維修保養(yǎng)，注漿材料供應，定時對注漿管路及設備進行清洗，保證注漿作業(yè)順利連續(xù)不中斷進行。環(huán)形間隙充填不夠、結構與地層變形不能得到有效控制或變形危及地面建筑物安全時、或存在地下水滲漏區(qū)段，在必要時通過吊裝孔對管片背后進行二次補強注漿。在石壁站～廣州新客站區(qū)間，由于盾構隧道埋深較淺地質較差，在同步注漿時嚴格控制注漿壓力，防止冒頂現(xiàn)象發(fā)生。二次注漿盾構機穿越后考慮到環(huán)境保護和隧道穩(wěn)定因素，如發(fā)現(xiàn)同步注漿有不足的地方，通過管片中部的注漿孔進行二次補注漿，補充一次注漿未填充部分和體積減少部分，從而減少盾構機通過后土體的后期沉降，減輕隧道的防水壓力，提高止水效果。二次注漿的注漿方式首先是先注水泥漿液（膨潤土、粉煤灰、黃沙、水、水泥）對背襯進行填充，然后是注水玻璃雙液漿對注漿孔（開孔位置）進行封口。注漿漿液的配比二次注漿采用水泥漿以及水玻璃雙液漿，二次注漿總的配比為：（/m3）水泥漿膨潤土：粉煤灰：黃沙：水：水泥＝100kg：400kg：680kg：430kg：160kg水玻璃雙液漿水泥漿水灰比0.5，水泥漿和水玻璃比例1∶1。注漿量二次注漿的水泥漿注漿壓力為0.2Mp～0.4Mp，漿液流量：10～15L/Min，使?jié){液能沿管片外壁較均勻的滲流，而不致劈裂土體，形成團狀加固區(qū)，影響注漿效果；水玻璃雙液漿注漿壓力為0.3Mp～0.6Mp。二次注漿一般每5環(huán)注一次。形成有一定范圍的環(huán)箍，從而限制隧道的變形和沉降。注漿孔位為支撐塊和連接塊的中心孔，長區(qū)間如遇鄰接塊注漿孔封住時，在下一環(huán)注漿。每5環(huán)注漿量一般約為2m3，并根據(jù)實際隧道沉降監(jiān)測情況調整，以保證隧道線形在規(guī)范要求范圍內。施工設備二次注漿使用專用的泥漿泵，注漿前鑿穿管片吊裝孔外側保護層，安裝專用注漿接頭。設備數(shù)量液壓注漿機1臺灰漿輸送泵1臺儲漿桶2個注漿管若干質量控制工程質量保證制度：成立工程項目經(jīng)理負責人質量管理小組，完善質量保證體系的質量管理責任制，嚴格按照質量體系中規(guī)定的責權要求運行。定期召開質量分析會議，組織質量教育，嚴格執(zhí)行“三檢”制度，加強技術交底工作，強化工序控制，由責任化強經(jīng)驗豐富的工程師提任質量控制人員，配合監(jiān)理工程師實施監(jiān)督檢查，保證工程質量。加強現(xiàn)場施工材料管理，嚴格執(zhí)行進料檢驗程序，保證施工材料滿足設計和規(guī)范要求，不合格材料不得進場使用，確保工程質量。配備好施工機具和計量工具以滿足施工要求，建立健全各種資料、原始記錄、使之成為評價工程質量的重要依據(jù)。加強與甲方，監(jiān)理的配合，認真接受指導和監(jiān)督。工程質量措施：配料：采用經(jīng)計量準確的計量工具，嚴格按照以設計配方配料施工。注漿：注漿一定要按程序施工，每段進漿要準確，注漿壓力一定要嚴格控制，專人操作。當壓力突然上升或從孔壁、地面溢漿時，應立即停止注漿，每段注漿量應嚴格設計進行，跑漿時，應采取措施確保注漿量滿足設計要求。注漿完成后，應采用措施保證注漿水不溢漿跑漿。每道工序均要按排專人，負責每道工序的操作記錄。整個注漿施工應密切注意和防止地面出水溢漿、隆起等情況，加強對施工地段的沉降觀測。注漿前必須做好充分的注漿準備，注漿一經(jīng)開始應連續(xù)進行，力求避免中斷。每根施工結束后，要及時清洗漿管，避免堵管，對于沉積凝固嚴重的注漿管要及時更換。安全措施及文明施工安全措施：建立健全各種崗位責任制，嚴格執(zhí)行現(xiàn)場交接制度。注漿泵及高壓管路必須驗試運轉，確認機械性能和各種閥門管路，壓力表完好后，方準施工。每次注漿前，要認真檢查安全閥、壓力表的靈敏度，并調整到規(guī)定注漿壓力位置。安裝高壓管路和泵頭各部件時，各絲扣的聯(lián)接必須擰緊，確保聯(lián)接完好。注漿過程中，禁止現(xiàn)場人員在注漿孔附近停留，防止密封膠沖式閥門