中铁隧道股份有限公司河南郑州450003
摘要：文章主要针对地铁盾构隧道施工中自稳地层的同步注浆问题，首先分析了同步注浆在盾构法施工中的影响和重要性，然后以地铁某区间为实例，详细介绍了改进后的同步注浆施工方法，为相关地铁盾构隧道施工作业提供了指导和借鉴。
关键词：自稳地层；地铁盾构；同步注浆
0、引言
在地铁盾构隧道施工过程中，地质情况复杂多变，需根据地层情况配置不同的同步注浆浆液，在一般的自稳性较好的地层中，采用常见的同步注浆方法并不能满足自稳地层的掘进需求，经常会造成管片大面积渗水、管片上浮错台等质量问题，不仅给企业声誉带来不良社会影响，还有大大增加后期的堵漏成本，影响到工程进度。在以往的研究中，主要是针对盾构隧道中同步注浆所用材料[1]的试验性研究[2]，分析了可硬性浆液、传统性浆液、双液浆以及一种新型浆液的原材料配比及浆液特性[3]，未对自稳地层中浆液注浆方法进行研究优化，本次自稳地层盾构隧道同步注浆方法研究是开辟先河的创造性研究。
同步注浆作业是盾构施工作业中非常重要的一个施工工序，掘进过程中通过同步注浆管道向管片背部注入砂浆，及时充填管片与地层之间的空隙，砂浆凝固后包裹管片外部，起到了及时稳定管片和止水的作用，同时填充饱满后也可以保证地层的稳定性，防止地层应力变化，导致坍陷，所以说同步注浆工艺是盾构掘进中不可或缺的一个重要工序，盾构掘进作业流程详见图1。
1、工程项目实例概况
广州市某地铁区间沿线地形较为平坦，上覆土为第四系人工填土以及砂层，局部含淤泥层，下卧基岩，主要地层：<1>、<2-1B>、<2-3>、<2-4>、<5-N2>、<5-Z2>、<6Z>、<6>、<7Z>、<7>、<8Z>，隧道穿越地层主要为<6Z>、<6>、<7Z>、<7>、<8Z>，局部穿越<9>地层，地下水丰富，地层描述详见表1，地层分布详见图2。区间隧道埋深9.1m～18.8m，水位标高9.4m～11.5m之间，隧道开挖直径为6.28m，管片外径为6m。
通过地质资料揭示，由于穿越地层多为<7>、<8Z>号地层，盾构掘进地层自稳性高，且地层的盾构推力比一般普通的软土地层的推力大很多，管片受力非常大，地下水丰富，常规同步注浆注入的浆液受地层裂隙水、止浆板磨损及其它因素影响，导致砂浆大多数流失进土仓，无法填充管片背部间隙，无法在管片外部形成有效防水壳体，引起区间隧道渗漏水严重，渗漏水情况详见图3，管片壁后注浆检查详见图4。
采取措施之前，隧道管片100环中有20处左右渗水，其中严重漏水3～5处，漏水部分主要是在封顶块和邻接块之间。
从现状看，之前的同步注浆工艺已经无法满足填充管片背部空隙的要求，根本原因是因为地下裂隙水较大，盾尾止浆板磨损，同步注浆浆液流失严重，导致成型隧道渗漏水严重。
2、自稳地层同步注浆施工方法概述
通过现场开孔检查分析，隧道3、9点以下存在砂浆，基本密实，腰部以上基本为空腔，主要是由于在自稳地层中掘进土仓内渣土的堆积高度为半仓，仓内渣土对后部同步注浆及地下水存在反压作用，所以下部浆液基本饱满，但上部浆液流失，引起上浮及漏水。为确保上部浆液饱满，必须将浆液凝结时间缩短，让其快速凝固，确保注浆密实。因此，项目现场采用三阶段同步注浆方式，确保管片背部浆液密实。
第一阶段：掘进过程中盾尾通过下部两路同步注浆管路注入砂浆，注浆压力控制在3bar左右，注浆量按照3/9点控制。注浆量约3方/环。该阶段主要是解决盾构下部浆液的饱满。
第二阶段：掘进过程中在盾尾退后3环每环管片1/11交错开孔，使用改装后的砂浆+水玻璃注浆头依次注入砂浆+水玻璃，注浆压力3bar左右，浆液凝结时间控制在5～10分钟，凝结时间根据现场试验确定。注浆量约为2～3方/环。该阶段与第一阶段同步进行，主要是解决盾构上部浆液的饱满。
第三阶段：单独停机强制补充注浆，在盾尾退后10环/次，直接补充注入3～5方同步砂浆，使其向刀盘前方及管片正上方强制补充砂浆。该阶段单独进行，主要是对管片顶部可能存在的空隙进行补充，确保上部密实。三阶段注浆横纵断面详见图5、图6。
3、现场施工控制
3.1施工前准备工作
（1）管路改造：掘进时将同步注浆原有的顶部两路注浆管拆除，将其连接在拖出盾尾5环管片的注浆孔上，底部注浆管路不变；在注浆头上增加一个三通，注入水玻璃，并增加一套单独注水玻璃泵。三通改造详见图7。
（2）管片开孔：管片安装完成后安装在管片顶部1点、11点位安装球阀并进行开孔，防止拖出盾尾开洞导致盾尾漏气漏浆，当管片拖出盾尾3-5环后安装三通头对管片进行同步注浆+水玻璃作业，注浆管直径为250mm，采用浓度为35波美度的水玻璃，注浆机型号ZYB-70/100D。
（3）连接注浆管路：当注浆头拖到相应位置后，利用改造的三通头连接同步注浆管、水玻璃注浆管。双液注浆机放置于拖车上，具体位置位于注浆操作面板对面，便于交替注浆操作。
3.2注浆方法
（1）盾构开始掘进300mm后开始同步开启底下4点、7点两路注浆，注浆速度根据掘进速度而定，压力控制在3bar左右，注浆量按照3/9点控制，约3方左右。
（2）盾构开始掘进300mm后，打开球阀开始注浆，首先注入同步砂浆，注入量按照0.5m3控制，同步注浆时将水玻璃管路关闭，注入到指定方量后打开水玻璃管路球阀，注入水玻璃，停止同步注浆，注入约50L水玻璃后再次注入砂浆，依次循环，压力控制在3bar左右，注浆量约2-3方左右，砂浆+水玻璃为10：1的比例，注浆时注意控制量。
（3）停机强制注浆，补充3-5方砂浆，每环平均0.3-0.5方的量，压力控制在3bar左右。
3.3注浆孔封孔
管片背衬注浆完成后要对注浆孔进行封孔。封孔时适当加大水玻璃注入量，如未能封孔可采用双液注浆机单独进行封堵。
3.4管片壁后强制补充注浆
为再次加强管片背衬的注浆效果，掘进每间隔10环停机进行一次强制补浆。一般选择在退后10环位置。浆液采用砂浆，直接采用同步注浆机进行注浆。
4、效果验证
背衬注浆完成后每间隔5环可进行一次注浆密实度检查，检查方法可选择靠近顶部的管片注浆孔开孔检查，如果管片壁后未见砂浆或有流水证明注浆效果未到达要求。可继续进行二次注浆直至饱满为止。区间左右线通过该种注浆方式，经检查管片背部填充密实，基本无渗漏水和管片上浮导致的错台，大大提高了管片成型质量。效果检查详见图8。
采取措施后效率相对于之前管片漏水后补充注浆有所提高，成本对比有所降低，在实际施工中不影响隧道正常掘进，相对来说，节约了后期堵漏成本，还加快了工期，保证了管片成型质量和隧道整体结构质量和美观质量。
5、结语
在地铁隧道施工过程中，遇到自稳地层容易造成止浆板磨损，盾构机与地层之间形成通道，掘进中浆液流失，导致同步注浆无法有效填充管片背部间隙，同步注入砂浆无法起到二次防水作用，引起管片上浮及渗漏水。因此，在隧道实际施工过程中，应该根据地层合理选择注浆方式和注浆参数，在自稳地层中本文所述的同步注浆方法能够有效保证成型管片质量，填充管片背部空隙，大大的提高了隧道整体质量。
参考文献：
[1]周东，李明文，盾构隧道施工中同步注浆新材料的试验研究[J]，地下工程与隧道学报，2002（1）：10-13
[2]乔国刚，孔恒，蔡锐，张丽丽，盾构同步注浆浆液类型及地层适应性研究[J]，中国土木工程学会运营安全与节能环保的隧道及地下空间暨交通基础设施建设第四届全国学术研讨会，2013
[3]袁镇，饱和砂性地层盾构法隧道同步注浆配合比研究[J]山西建筑学报，2012，38（7）：192-193