盾构同步注浆及二次注浆方案

专项施工方案-1-广州轨道交通二、八号线延伸线工程盾构区间5标盾构工程盾构同步注浆机及二次注浆方案编制单位:上海吉原公司编制日期:二○○七年一月专项施工方案-2-一.工程概况【会石区间轨排井～广州新客站】和【江泰路站～跃进村站】两个盾构区间，分别位于番禺区和海珠区。【会石区间轨排井～广州新客站盾构区间】线路从会石区间轨排井开始后向西南延伸，下穿密集鱼塘群、过石壁站，继续向西南穿越浅埋密集鱼塘群，后到达广州新客站，盾构机解体、吊出、转场至江泰路站；【江泰路站～跃进村站盾构区间】线路从江泰路站出发沿江南大道向北至跃进村站。【会石区间轨排井～广州新客站盾构区间】里程范围为：左线长730.262m+290.093m(含长链0.126m)；右线长729.81m+294.42m。【江泰路站～跃进村站盾构区间】里程范围为：右线长721.71m，左线ZCK长722.287m(含长链0.577m)。整个标段线路平面最小曲线半径为600m，最大纵坡为25‰。【会石区间轨排井～广州新客站盾构区间】地处珠江三角洲后缘地带，为珠江水网交错的平原区，根据场地地貌成因及形态特征，区间地貌单元主要表现为珠江三角洲海陆冲积平原地貌；区间沿线为农田、苗圃、鱼塘，塘深2～3m，沿线建筑物少，场地开阔，地下没有管线的铺设，周边正处于规划开发阶段。【江泰路站～跃进村站盾构区间】沿线地形较平坦，地面高程为13.4m～17.8m，地貌单元属珠江三角洲冲积平原，微地貌单元有河流冲淤积阶地、河床（槽）、微丘台地。二.衬砌背后注浆的目的盾构施工中，随着盾构的向前推进，当管片脱离盾尾后，在土体与管片之间会形成一道宽度为115～140mm左右的环行空隙。若不将这一空隙及时充填则管片周围的土体将会松动甚至发生坍塌，从而导致地表沉降等不良后果。为此必须采用注浆手段及时将盾尾建筑空隙加以充填。同时，背衬注浆还可提高隧道的止水性能，使管片所受外力能均匀分布，确保管片衬砌的早期稳定性。专项施工方案-3-三.衬砌背后注浆的方式和定义(一)同步注浆与即时注浆同步注浆是通过同步注浆系统及盾尾的注浆管，在盾构向前推进盾尾空隙形成的同时进行。浆液在盾尾空隙形成的瞬间及时起到充填作用，从而使周围岩体获得及时的支撑，可有效地防止岩体的坍陷，控制地表的沉降。在地层稳定性差，采用EPB模式掘进时，同步注浆的重要意义更为明显。即时注浆是通过管片上注浆孔将浆液注入管片背后的方法。其浆液充填时间滞后于掘进一定的时间。一般运用于自稳能力较强的地层。(二)二次补强注浆为提高背衬注浆层的防水性及密实度，考虑前期注浆效果不佳以及浆液固结率的影响，必要时在同步注浆结束后进行补强注浆。补强注浆一般在管片与岩壁间的空隙充填密实性差，致使地表沉降得不到有效控制的情况下才实施。根据地表沉降监测的反馈信息，结合洞内超声波探测所得的背衬后空洞情况，综合判断是否需要进行补强注浆。四.同步注浆(一)注浆材料及配比设计1.注浆材料采用水泥砂浆作为同步注浆材料，该浆材具有结石率高、结石体强度高、耐久性好和能防止地下水浸析的特点。水泥采用42.5抗硫酸盐水泥，以提高注浆结石体的耐腐蚀性，使管片处在耐腐蚀注浆结石体的包裹内，减弱地下水对管片混凝土的腐蚀。2.浆液配比及主要物理力学指标根据盾构施工经验，同步注浆拟采用表1所示的配比。在施工中，根据地层条件、地下水情况及周边条件等，通过现场试验优化确定。同步注浆浆液的主要物理力学性能应满足下列指标:专项施工方案-4-表1同步注浆材料配比和性能指标表水泥（kg）粉煤灰（kg）膨润土（kg）砂（kg）水（kg）外加剂80～140381～24160～50710～934460～470按需要根据试验加入（1）胶凝时间:一般为3～10h，根据地层条件和掘进速度，通过现场试验加入促凝剂及变更配比来调整胶凝时间。对于强透水地层和需要注浆提供较高的早期强度的地段，可通过现场试验进一步调整配比和加入早强剂，进一步缩短胶凝时间。（2）固结体强度:一天不小于0.2MPa，28天不小于2.5MPa。（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%。(二)同步注浆主要技术参数1.注浆压力注浆压力略大于该地层位置的静止水土压力，同时避免浆液进入盾构机的土仓中。最初的注浆压力是根据理论静止水土压力确定的，在实际掘进中将不断优化。如果注浆压力过大，会导致地面隆起和管片变形，还易漏浆。如果注浆压力过小，则浆液填充速度赶不上空隙形成速度，又会引起地面沉陷。一般而言，注浆压力取1.1～1.2倍的静止水土压力，最大不超过3.0～4.0bar。由于从盾尾圆周上的四个点同时注浆，考虑到水土压力的差别和防止管片大幅度下沉和浮起的需要，各点的注浆压力将不同，并保持合适的压差，以达到最佳效果。在最初的压力设定时，下部每孔的压力比上部每孔的压力略大0.5～1.0bar。2.注浆量根据刀盘开挖直径和管片外径，可以按下式计算出一环管片的注浆量。专项施工方案-5-V=π/4×K×L×（D2-D22）式中:V——一环注浆量（m3）L——环宽（m）D1——开挖直径（m）D2——管片外径（m）K——扩大系数取1.5～2代入相关数据，可得:V=π/4×(1.5～2)×1.5×（39.4-36）=6.0～8.0m3/环根据上面经验公式计算，注浆量取环形间隙理论体积的1.5～2倍，则每环（1.5m）注浆量Q=6.0～8.0m3。3.注浆时间和速度在不同的地层中根据需不同凝结时间的浆液及掘进速度来具体控制注浆时间的长短。做到“掘进、注浆同步，不注浆、不掘进”，通过控制同步注浆压力和注浆量双重标准来确定注浆时间。注浆量和注浆压力达到设定值后才停止注浆，否则仍需补浆。同步注浆速度与掘进速度匹配，按盾构完成一环掘进的时间内完成当环注浆量来确定其平均注浆速度。注浆结束标准及注浆效果检查采用注浆压力和注浆量双指标控制标准，即当注浆压力达到设定值，注浆量达到设计值的85%以上时，即可认为达到了质量要求。注浆效果检查主要采用分析法，即根据压力-注浆量-时间曲线，结合管片、地表及周围建筑物量测结果进行综合评价。对拱顶部分采用超声波探测法通过频谱分析进行检查，对未满足要求的部位，进行补充注浆。(三)同步注浆方法、工艺壁后注浆装置由注浆泵、清洗泵、储浆槽、管路、阀件等组成，安装在第一节台车上。当盾构掘进时，注浆泵将储浆槽中的浆液泵出，通过四条独立的输浆管道，通到盾尾壳体内的4根同步注浆管，对管片外表面的环行空隙中进行同步注浆，见“图1同步注浆示意图”，专项施工方案-6-在每条输浆管道上都有一个压力传感器，在每个注浆点都有监控设备监视每环的注浆量和注浆压力；而且每条注浆管道上设有两个调整阀，当压力达到最大时，其中一个阀就会使注浆泵关闭，而当压力达到最小时，另外一个阀就会使注浆泵打开，继续注浆。盾尾密封采用三道钢丝刷加注盾尾油脂密封，确保周边地基的土砂和地下水、衬背注浆材料、开挖面的水和泥土从外壳内表面和管片外周部之间缝隙不会流入盾构里，确保壁后注浆的顺利进行。图1同步注浆示意图注浆量和注浆压力的大小可以实现自动控制和手动控制，手动控制可对每一条管道进行单个控制，而自动控制可实现对所有管道的同时控制。注浆工艺流程及管理程序见“图2管片衬砌背后同步注浆工艺流程及管理程序”。专项施工方案-7-图2管片衬砌背后同步注浆工艺流程及管理程序(四)同步注浆的注意事项1.在开工前制定详细的注浆作业指导书，并进行详细的浆材配比试验，选定合适的注浆材料及浆液配比。2.制订详细的注浆施工设计和工艺流程及注浆质量控制程序，严格按要求实施注浆、检查、记录、分析，及时做出P（注浆压力）－Q（注浆量）－t（时间）曲线，分析注浆速度与掘进速度的关系，评价注浆效果，反馈指导下次注浆。nonoyesyes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信息反馈专项施工方案-8-3.成立专业注浆作业组，由富有经验的注浆工程师负责现场注浆技术和管理工作。4.根据洞内管片衬砌变形和地面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工艺，发现情况及时解决。5.做好注浆设备的维修保养，注浆材料供应，定时对注浆管路及设备进行清洗，保证注浆作业顺利连续不中断进行。6.环形间隙充填不够、结构与地层变形不能得到有效控制或变形危及地面建筑物安全时、或存在地下水渗漏区段，在必要时通过吊装孔对管片背后进行二次补强注浆。7.在石壁站～广州新客站区间，由于盾构隧道埋深较浅地质较差，在同步注浆时严格控制注浆压力，防止冒顶现象发生。五.二次注浆1.盾构机穿越后考虑到环境保护和隧道稳定因素，如发现同步注浆有不足的地方，通过管片中部的注浆孔进行二次补注浆，补充一次注浆未填充部分和体积减少部分，从而减少盾构机通过后土体的后期沉降，减轻隧道的防水压力，提高止水效果。2.二次注浆的注浆方式首先是先注水泥浆液（膨润土、粉煤灰、黄沙、水、水泥）对背衬进行填充，然后是注水玻璃双液浆对注浆孔（开孔位置）进行封口。3.注浆浆液的配比二次注浆采用水泥浆以及水玻璃双液浆，二次注浆总的配比为：（/m3）水泥浆膨润土：粉煤灰：黄沙：水：水泥＝100kg：400kg：680kg：430kg：160kg水玻璃双液浆水泥浆水灰比0.5，水泥浆和水玻璃比例1∶1。专项施工方案-9-4.注浆量二次注浆的水泥浆注浆压力为0.2Mp～0.4Mp，浆液流量：10～15L/Min，使浆液能沿管片外壁较均匀的渗流，而不致劈裂土体，形成团状加固区，影响注浆效果；水玻璃双液浆注浆压力为0.3Mp～0.6Mp。二次注浆一般每5环注一次。形成有一定范围的环箍，从而限制隧道的变形和沉降。注浆孔位为支撑块和连接块的中心孔，长区间如遇邻接块注浆孔封住时，在下一环注浆。每5环注浆量一般约为2m3，并根据实际隧道沉降监测情况调整，以保证隧道线形在规范要求范围内。5.施工设备二次注浆使用专用的泥浆泵，注浆前凿穿管片吊装孔外侧保护层，安装专用注浆接头。设备数量液压注浆机1台灰浆输送泵1台储浆桶2个注浆管若干六.质量控制(一)工程质量保证制度：1.成立工程项目经理负责人质量管理小组，完善质量保证体系的质量管理责任制，严格按照质量体系中规定的责权要求运行。2.定期召开质量分析会议，组织质量教育，严格执行“三检”制度，加强技术交底工作，强化工序控制，由责任化强经验丰富的工程师提任质量控制人员，配合监理工程师实施监督检查，保证工程质量。专项施工方案-10-3.加强现场施工材料管理，严格执行进料检验程序，保证施工材料满足设计和规范要求，不合格材料不得进场使用，确保工程质量。4.配备好施工机具和计量工具以满足施工要求，建立健全各种资料、原始记录、使之成为评价工程质量的重要依据。5.加强与甲方，监理的配合，认真接受指导和监督。(二)工程质量措施：1.配料：采用经计量准确的计量工具，严格按照以设计配方配料施工。2.注浆：注浆一定要按程序施工，每段进浆要准确，注浆压力一定要严格控制，专人操作。当压力突然上升或从孔壁、地面溢浆时，应立即停止注浆，每段注浆量应严格设计进行，跑浆时，应采取措施确保注浆量满足设计要求。3.注浆完成后，应采用措施保证注浆水不溢浆跑浆。4.每道工序均要按排专人，负责每道工序的操作记录。5.整个注浆施工应密切注意和防止地面出水溢浆、隆起等情况，加强对施工地段的沉降观测。6.注浆前必须做好充分的注浆准备，注浆一经开始应连续进行，力求避免中断。7.每根施工结束后，要及时清洗浆管，避免堵管，对于沉积凝固严重的注浆管要及时更换。七.安全措施及文明施工(一)安全措施：1.建立健全各种岗位责任制，严格执行现场交接制度。2.注浆泵及高压管路必须验试运转，确认机械性能和各种阀门管路，压力表完好后，方准施工。专项施工方案-11-3.每次注浆前，要认真检查安全阀、压力表的灵敏度，并调整到规定