盾构掘进同步注浆用抗剪切干粉砂浆施工质量控制

顾 杰（上海市机械施工集团有限公司，上海 200072)

随着城市地下空间资源的开发和利用，盾构施工技术在我国重大地下工程的应用越来越广泛。同步注浆是盾构施工的一道重要工序，对控制地面沉降、隧道上浮及稳定起着关键作用。同步注浆是指盾构推进时，通过在管壁外进行注浆来填充盾尾空隙的一种工艺。该工艺中用于注浆的特种砂浆称为同步注浆特种砂浆。

在传统同步注浆浆液使用过程中，为了控制地面沉降，往往采用了超量同步注浆方法控制地表沉降，一次注浆量是理论量的 200%～250%。抗剪切干粉砂浆俗称厚浆，与传统浆液有着明显区别。完全按照传统浆液技术指标实施，不仅起不到有效控制地面沉降的作用，反而容易打破了盾尾密封，造成了盾尾漏浆的情况，地面沉降反而得不到控制。

1 抗剪切同步注浆与抗压型可硬性浆液的区别

对于常规盾构掘进来讲，同步注浆材料一般采用可硬性砂浆，在盾构掘进过程中，根据地层条件和工程特点选择合适的注浆参数，必要时适当地调整材料配比、凝结时间、注浆压力、注浆量等参数，以确保注浆效果。以初凝时间以及早期强度作为浆液质量控制核心，根据理论盾尾间隙，及时填充浆液来控制地表沉降以及隧道质量。

抗剪切同步注浆浆液与传统抗压型可硬性浆液有所不同，主要区别在于抗剪型同步注浆浆液不再受初凝时间以及早期强度限制，这种浆液在充填至盾尾间隙时，不会迅速凝结，其控制隧道以及地表沉降的能力并非早期强度，主要是依靠浆液自身的体积质量（≥1.9 g/cm³）和抗剪切屈服强度。拌制好的浆液本身呈牙膏状，具有较高的坍落度，即使搁置 24 h 也能利用，同时，其抗剪强度会随时间延长而增大，有利于隧道的稳定。

2 浆液拌制施工质量控制分析

在现场盾构掘进过程中，抽查管片注浆浆液，检测坍落度、泌水率、密度三大性能指标，发现浆液坍落度直接影响了隧道施工质量。同样注 3 m³ 浆液，坍落度＞16 cm，浆液明显变稠，地表沉降明显；同样注入 3 m³ 浆液，密度＜1.9g/cm³，隧道管片姿态偏差较大，管片错台增多。所以，控制好浆液的坍落度以及密度成为关键。浆液坍落度与地表沉降关系、浆液密度与隧道错台关系见图1、图2。

图1 浆液坍落度与地表沉降关系表

图2 浆液密度与隧道错台关系表

所以，抗剪切同步注浆浆液必须控制浆液坍落度在12～16 cm 范围内、密度＞1.9 g/cm³，才能够保证地表以及隧道管片的稳定。

3 同步注浆的注浆系数 K 值的确定

无锡地铁1号线南延线隧道区间采用外径为6.2 m、内径为5.5 m、环宽为1.2m 的管片衬砌，选用2台（Φ6 340 mm）小松土压平衡式盾构机进行掘进，根据刀盘开挖直径和管片外径，可计算出 1 环管片的空隙量。

理论间隙量：V理=π(R2-r2）L=3.14×（3.172-3.102）m2×1.2 m =1.655 m3

每环同步注浆的注浆系数K=V实÷V理；

因地质、盾尾间隙、线形等因素，注浆率有所不同，一般情况下，注浆量取理论注浆量的 100%～140%，并根据每日地表沉降观测数据表和隧道内管片沉降观测数据来调整每环的注浆量，过程中对盾构掘进监测点位进行研究（见表1）。

综上所述：管片脱出盾尾后，一般需要 2～3 d 地表开始趋于稳定。该同步浆液每环实际注浆量 2.8～3.0 m³，超过 3.0 m³ 地表有上抬趋势，低于 2.8 m³ 地表发生沉降，地层灵敏度较高。注浆量与地表沉降关系见图3。

图3 注浆量与地表沉降关系图

因此，注浆量控制在 2.8 m³/环可以有效控制地面沉降，注浆系数 K 值得以确定，K = V实÷V理=2.8 ÷ 1.655 =1.69。

4 结 语

无锡地铁1号线南延线在施工过程中，采用了抗剪切干粉型同步注浆材料。该浆液在无锡市是第一次使用。通过同步注浆以及监测控制分析，研究了该浆液泌水率以及坍落度控制指标。总结了无锡地层注浆系数 K 值，有效地解决了地面不均匀沉降问题。研究成果在后期盾构掘进中得到了验证，为更多的隧道工程建设提供了基础。