低瓦斯隧道盾构施工注浆控制技术

低瓦斯隧道盾构施工注浆控制技术

刘生

中国水利水电第五工程局有限公司、中电建成都建设投资有限公司

摘要：盾构掘进过程中，同步注浆是保证管片及时稳定的关键工序。文章从浆液选取、注浆控制、设备管理、工序衔接对大直径盾构掘进过程中同步注浆技术进行了研究，并提出了控制措施。

关键词：大直径盾构；同步注浆；高浓度抗剪切砂浆；管片上浮

1工程概况

1.1概况

成都轨道交通18号线土建4标段项目位于龙泉山脉以西，合江镇镇区东北面，太和路西侧，区间右线盾构全长4498.4m，左线盾构全长4505.4m。线路出兴隆站后，由西向偏东方向沿规划路敷设，沿线依次下穿红星路南延线、35KV兴平路高压铁塔基础、鹿溪河桥、威青线燃气管线、成自泸高速等建（构）筑物，如图1-1，区间两侧主要为现状农田、林地，山头较多，地形起伏大，最大高差40m。区间位于苏码头油气田与三大湾油气田交接部位，影响程度为天然气危害低区，为低瓦斯盾构掘进区间，如图1-2。区间隧道最小纵坡坡度为2‰，最大纵坡坡度为28‰。线路最大隧顶埋深约45.2m，最小隧顶埋深约9.3m，最小平面曲线半径1200m。相应附属工程含8个洞门、6个联络通道。本区间隧道主要穿越<5-1-3>中风化泥岩，占95.59%，局部穿越<5-2-3>强风化泥岩，占4.31%。

图1-1盾构区间线路走势图

图1-2区间油气田分布图

1.2隧道衬砌形式

隧道内径7500mm，隧道外径8300mm，管片厚度400mm，管片宽度1800mm。采用圆形装配式钢筋混凝土管片单层衬砌，其砼强度等级不小于C50、抗渗等级不低于P12。每环管片采用7块方案，由1块封顶块管片、4块标准块管片与2块邻接块管片组成。设计采用了左、右转弯楔形环，通过与标准环的组合来达到满足曲线地段线路拟合及施工纠偏的需要。楔形环楔形量40mm，为双面楔形式，衬砌环采用纵向螺栓19根、环缝螺栓14根连接。

2低瓦斯隧道注浆目的

低瓦斯管片衬砌背后注浆是盾构施工中的一项十分重要的工序，其目的主要有以下四个方面：

（1）及时填充盾尾建筑空隙，支撑管片周围岩体，有效地控制地表沉降；

（2）为管片提供早期的稳定并使管片与周围岩体一体化，有利于盾构掘进方向的控制，并能确保盾构隧道的最终稳定；

（3）凝结的浆液作为盾构施工隧道的第一道防水屏障，增强隧道的防水能力；

（4）凝结的浆液作为盾构施工隧道的第一道防气屏障，屏蔽瓦斯侵入隧道内。

3注浆方式和特点

3.1同步注浆

根据隧道洞身穿越地层的特点，为能尽早充填盾尾建筑空隙及时支撑管片周围岩体，防止地层产生过大变形而危及周围环境安全，采用盾构边掘进边注浆方式，通过盾构机自设的同步注浆系统注浆，注浆在盾构机推进时同时进行。

3.2二次注浆

为及时减少管片上浮量，管片拖出盾尾后第三~四环采取二次注浆双液浆（水泥－水玻璃）注浆，通过对双液浆液方量及压力双向控制，确保缩短浆液的凝固时间，有效控制管片上浮，控制成型管片姿态，又进一步加强管片外部防水效果，使地层填充更加密实，切断瓦斯气涌入隧道。

3.3后期补浆

同步注浆使盾尾建筑空隙得到及时填充，地层变形及地表沉降得到控制，在浆液凝固后，强度得到提高，但可能有局部不够均匀或因浆液固结收缩产生空隙，因此为提高背衬注浆层的防水性、气密性及密实度，必要时再补浆，进一步填充空隙并形成密实的防水层和隔离层，同时也达到加强隧道衬砌的目的。

4施工控制措施

4.1注浆材料和配合比配合比控制

盾构施工背衬注浆选用具有料源广、可注性强、经久耐用、固结实体强度能达到设计要求、对地下水和周围环境无毒性污染、价格低廉等特点的材料。注浆浆液要流动性好，便于盾构移动过程中持续不停的注浆，而一环注浆结束后，浆液凝固有较好的强度，具有膨胀性，避免后期收缩变形，补浆材料要可注性强，能补充同步注浆的缺陷，对同步注浆起充填和补充作用。同步注浆材料为：膨润土、粉煤灰、细沙、水、水泥、外加剂等。

同步注浆材料配比表

因本标段地下水比较丰富，为了控制同步浆液的稠度，同步浆液抽入在盾构机上的砂浆罐里，按照水泥用量3%加入增稠剂（羧甲基纤维素），通过砂浆罐不停的搅拌，增稠剂与同步浆液均匀接触，吸收水份，增大浆液稠度，减少浆液对管片的浮力。

二次注浆材料为水泥-水玻璃双液浆。

因本工程隧道处于中风化泥岩地层，地下水特别丰富，管片上浮量大，同步浆液前期不能需要对地下水封堵，不能控制管片上浮，二次注浆可采用水泥-水玻璃双液浆，将浆液的凝胶时间控制到40s～60s。在极短的时间内，将管片姿态稳住。

二次注浆配比表（双液浆）

补浆材料为水泥浆，配合比1：1.

4.2参数控制

4.2.1注浆压力

同步注浆时要求在泥岩地层中的浆液压力大于该点的静止水压力及土

压力之和，做到尽量填补同时又不产生劈裂。注浆压力过大，管片周围土层将会被浆液扰动而造成后期地层沉降及隧道本身的沉降，并易造成跑浆；而注浆压力过小，浆液填充速度过慢，填充不充足，会使地表变形增大，注浆压力设定2～3bar，二次注浆压力控制在2～4bar，并根据监控量测结果作适当调整。

4.2.2注浆量

同步注浆量理论上是充填盾尾建筑空隙，但同时要考虑盾构推进过程中的纠编、浆液渗透（与地质情况有关）及注浆材料固结收缩等因素。注浆量可用下式进行计算：

Q=V×λ

式中：Q——注浆量（m3）

λ——注浆率（取1.4～2.0，曲线地段及粉细砂地层段取较大值，其它地段根据实际情况选定）

V———盾尾建筑空隙（m3）

Q=π（D2-d2）L/4

Q=π（8.62-8.32）×1.8/4=8.39m³

其中：刀盘直径为8600mm，管片外径为8300mm，管片环宽1800mm。

根据经验注浆量一般为理论注浆量的1.5～1.8倍，并应通过地面变形观测来调节。则实际注浆量：10～12m³/环。

补强浆量根据地质情况及注浆记录情况，分析注浆效果，结合监测情况，由注浆压力控制。

4.2.3注浆速度及时间

根据盾构机推进速度，以每循环达到总注浆量而均匀注入，盾构机推进开始注浆开始，推进完毕注浆结束。

4.2.4注浆顺序

采用6个注浆孔同时压注，在每个注浆孔出口设置压力检测器，以便对各注浆孔的注浆压力和注浆量进行检测与控制，从而实现对管片背后的对称均匀压注。二次注浆应先注10~2点钟方向，有效控制管片上浮，来控制成型管片姿态。补浆应先压注可能存在较大空隙的一侧

4.2.5结束标准

注浆效果检查主要采用分析法，即根据P-Q-t曲线，结合掘进速度及衬砌、地表与周围建筑物变形量测结果进行综合分析判断，采用双指标标准，即注浆压力达到设计压力或注浆压力未达到设计压力，但注浆量达到设计注浆量，即可停止注入，正常情况下要求每环注浆量不得小于计算值，必要时采用无损探测法进行效果检查。

5其他方面

由于停机或换刀时间较长，为避免出现盾尾堵塞情况，在推备停机前，盾构司机或现场土木工程师提前通知拌和站搅拌膨润土，将同步注浆管和盾尾用膨润土填充，确保下次掘进时，盾构机不被同步浆液包裹住，注浆管通顺。

6结语

盾构施工中非常重要的辅助手段是壁后注浆施工，其发展非常迅速，在注浆施工中，地质条件对于注浆材料的选择具有决定性因素，而注浆量、注浆压力及注浆速度则是注浆施工中的关键参数，合适的注浆量及注浆压力是注浆质量的保证。注浆效果的检测则是对地层改善程度的确认，对于工程有非常重大的意义现在我们主要应用有机壁后注浆材料。