盾构施工同步注浆二次注浆施工方案.docx
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盾构施工同步注浆二次注浆施工方案
1、编制依据及原则
1.1编制说明
在认真研究**市轨道交通***线二期及同步实施工程总承包合同文件、***站～***站和**站～***站区间平纵断面和现场实际的基础上，针对本工程的特点，结合我部人员在城市地铁工程中的施工经验，本着“组织合理，技术先进，经济可行，优质高效，简明扼要，重点突出”的原则编制本区间施工方案。
1.2编制依据
1）**市轨道交通***线二期工程十项目土建工程合同文件及有关问题澄清的函；
2）《**市轨道交通***线二期工程线路平、纵剖面图》（第二版2017年9月）；
3）《**市轨道交通***线二期及同步实施工程土建工程***盾构施工组织设计方案》；
4）《地下铁道工程施工及验收规范》GB50299-1999（2003版）；
5）《盾构法隧道施工与验收规范》GB50446-2017；
6）《地下防水工程质量验收规范》GB50208-2011；
7）国家及地方政府颁布的有关法律、法规。
1.3编制原则
1）以确保安全为前提，具有可操作性。
2）选择合理施工方案，确保注浆质量。
3）采用先进、成熟、有效的施工方法。
4）采用ISO9002质量认证体系标准，对施工过程进行全方位质量控制。
5）采用先进科学的检测手段，利用信息反馈指导施工。
6）严格执行广东省、**市有关文明工地的标准，做好文明施工和环境保护。
2、工程概况
盾构机自***站西端头始发后以曲线半径为R=450m（右线曲率半径为R=600m）的右转弯并先以2‰坡度再以25‰坡度下坡掘进下穿向西掘进并以9.906‰的坡度上坡进入***站（***站采用先隧后站的施工方案）。
盾构穿越***站后以8.697‰的坡度下坡沿***直线向西掘进，采用平面避让+纵向避让相结合的方式避开多根桩基下穿黄埔立交桥后进入**站吊出完成施工任务。
***站～***站区间左线起讫里程ZCK***～ZCK***，短链***,长***m，区间右线起讫里程YCK2***～YCK***，长链***，长***m。
区间设置一个联络通道兼废水泵房。
***～**站区间左线起讫里程ZCK***～ZCK***，长链***m，区间长***m，区间右线起讫里程YCK***～YCK***，区间长***m。
区间不设联络通道。
***站起讫里程CK***～CK***，车站长***m。
***站～***站、***～**站区间沿线主要穿越<9-1>微风化砾岩，<9-3>微风化泥质粉沙岩，<8-3>中风化泥质粉沙岩，<7-1>强风化砾岩，<7-3>强风化泥质粉沙岩。
区间隧道埋深约为21-33m。
3、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。
4、衬砌背后注浆的方式和定义
4.1同步注浆
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。
4.2二次补强注浆
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，判断是否需要进行补强注浆。
5、同步注浆
5.1注浆前准备工作
1）注浆原材料的选用应根据地质条件及环保要求并经试验合理选定，一般要求如下：
（1）注浆作业全过程浆液不易产生离析；
（2）具有较好的流动性，易于注浆施工；
（3）压注后浆液固化收缩率小；
（4）有较好的不透水性；
（5）压注后强度能很快超过土层；
（6）使用前必须进行材料试验，符合要求后方可正式用于工程。
2）注浆设备按采用的注浆工艺合理选择，应包括：
注浆泵、软管、管接头、阀门、压力传感器等控制系统。
选用的设备应保证浆液流动畅通，接点连接牢固，防止漏浆。
拌浆设备宜采用强制式搅拌机，其容量要与施工用浆量相适应。
搅拌站必须配有浆液质量测定的稠度仪，随时测定浆液流动性能。
5.2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
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:
（1）硬岩掘进中的同步注浆浆液，应重点考虑增加浆液的流动性，因此浆液配比要在保证砂浆稠度、离析率、固结率、强度等指标的基础上延长凝结时间（控制在12～30h）已获得更为均匀的填充效果，配合比见表5.2-1。
表5.2-1硬岩中浆液配合比参考值（单位：
Kg）
水泥
粉煤灰
砂
膨润土
减水剂
水
250
200
840
70
2
400
（2）较软弱、自稳能力较差的岩层，注浆后应能尽快获得浆液固结体强度。
因此。
浆液配合比要保证砂浆的固结率和强度，并将凝结时间适当缩短为5～7h，以便在较短时间内加固地层，增强地层的稳定性，配合比见表5.2-2。
表5.2-2不同地层浆液配合比参考值表
组别
水泥
粉煤灰
砂
膨润土
水
适用地层
1
40
461
779
56
463
软弱地层
2
80
421
779
56
464
软弱地层
3
120
381
779
54
465
软弱地层
4
160
341
779
56
466
始发接收段
（3）富水地层要求浆液的保水性要好、不离析，凝结时间在5～6h。
若同步注浆后还有漏水现象，则采用水泥-水玻璃双液浆，以固结堵水，配合比及性能见表5.2-3、表5.2-4。
表5.2-3同步注浆普通单液砂浆配合比参数表
水胶比
水泥/粉煤灰
胶砂比
水
水泥
配合比（kg/m2）粉煤灰
砂
BE
砂浆密度（kg/m3）
0.7
20/80
1:
3
315
90
361
1353
28
2147
表5.1-4同步注浆普通单液浆砂浆性能表
稠度（cm）
流动度（cm×cm）
坍落度（cm）
泌水率
分层度
工作性能
强度（Mpa）
抗渗等级
0h
2h
0h
2h
0h
2h
A
mm
3d
7d
28d
11.7
11.3
21.5×21.0
18.5×18.5
4.5
4
3.09
5
优
0.75
1.95
6.5
P5
（4）在盾构始发和到达段，总体要求缩短浆液凝结时间，以便在填写填充地同时能尽早获得浆液固结体强度，保证开挖面安全并防止从洞口处漏浆。
因各始发和到达段的地质条件不同，浆液配合比见表5.2-5。
表5.2-5始发到达段同步注浆浆液配合比参考值表（单位：
Kg）
水泥
粉煤灰
砂
膨润土
减水剂
水
180
270
840
70
2
410
同步注浆材料受地质条件、地下水状况等多方面因素的影响，施工应在满足设计要求的前提下，有针对性地进行配合比设计，并根据现场实际情况进行调整，确保各项指标满足施工要求，且经济性良好。
5.3同步注浆主要技术参数
5.3.1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。
1）理论静止水土压力计算：
根据区间设计说明，地下水位水头的水位高度可按地表以下1m考虑。
白天区间平均埋深约30m，最大埋深约33m，最小埋深约22m。
马白区间平均埋深约22.8m，最大埋深约23.4m，最小埋深约22.0m。
区间主要穿过<7-1>、<7-3>、<8-1>、<8-3>、<9-1>、<9-3>地层，相关参数如下表5.3-1。
表5.3-1地层主要参数
岩土分层
岩土名称
天然重度γ（kN/m3）
粘聚力
（kPa）
内摩擦角φ（°）
<7-1>
砾岩、粗砂岩、含砾粗砂岩强风化
21.0
45.0
30.0
<7-3>
粉砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩强风化
21.0
45.0
30.0
<8-1>
砾岩、粗砂岩、含砾粗砂岩中风化
24.7
——
——
<8-3>
粉砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩中风化
25.6
——
——
<9-1>
砾岩、粗砂岩、含砾粗砂岩微风化
27.0
——
——
<9-3>
粉砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩微风化
26.0
——
——
静止水压力Pw=γwhw
静止土压力
，其中
静止水土压力P=Pw+P0
根据上表，对于<8>、<9>地层将不考虑静止土压力，只考虑静止水压力；对于<7-1>、<7-3>地层，其计算结果将统一以<7>地层计算。
根据上式，计算各工况下静止水土压力，结果如下表5.3.2。
表5.3.2各工况静止水土压力（bar）
地层
埋深
<7>
<8>
<9>
白天区间
平均埋深（30m）
5.27
3.00
3.00
最大埋深（33m）
5.83
3.30
3.30
最小埋深（22m）
3.78
2.20
2.20
马白区间
平均埋深（22.8m）
3.93
2.28
2.28
最大埋深（23.4m）
4.04
2.34
2.34
最小埋深（22.0m）
3.78
2.20
2.20
注：
1、此处静止水土压力为埋深处（即拱顶处）的静止土压力，换算其他部位孔处需进行相应换算。
2、该表仅列出平均埋深、最大埋深、最小埋深处的静止水土压力，其他埋深处的静止水土压力请根据上述公式自行计算。
3、以上计算是在假设拱顶上部土体均为所计算的土体的前提下计算所得，其计算结果仅供参考。
2）注浆压力
一般而言，注浆压力取大于静止水土压力0.1～0.2MPa，初步设定同步注浆的起始注浆压力为0.1MPa，终止注浆压力为0.5MPa。
根据以往相同地层的施工经验，实际施工过程中注浆压力控制在0.3～0.4MPa。
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。
5.3.2注浆量
1）理论注浆量计算：
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。
V=π/4×λ×L×（D2-d2）式中:
V——一环注浆量（m3）；
L——填充长度（m）；
D——开挖直径（m）；
d——管片外径（m）；
λ——填充系数，根据地质情况，施工情况和环境要求确定。
本工程填充长度取单环长度L=1.5m，所选用盾构机的开挖直径D=6.68m，管片外直径6.4m。
不考虑填充系数时，根据上述公式，计算得
V=π/4×L×（D2-d2）=π/4×1.5×（6.682-6.42）=4.32m3
2）施工注浆量
施工中注浆量根据注浆效果应做调整，注浆量与盾构掘进时扰动土层范围有关系，扰动范围是变量。
一般情况下填充系数取1.3～2.5，此时注浆量为5.61m3～10.79m3。
实际施工过程中同步注浆量取6m3～8m3
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，对未满足要求的部位，进行补充注浆。
5.4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5.4-1同步注浆示意图”，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5.4-1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5.4-2管片衬砌背后同步注浆工艺流程及管理程序”。
图5.4-2管片衬砌背后同步注浆工艺流程及管理程序
5.5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。
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。
6、二次注浆
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，通过管片吊装孔进行二次补注浆，补充同步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。
6.1二次注浆的注浆方式
二次注浆是通过在管片吊装孔开孔，通过专用的注浆逆止阀安装在吊装孔内，利用铁钎和手锤将吊装孔外的保护层打穿，注浆孔打开安装专用二次注浆头，连接管路进行管片背后二次注浆，二次注浆完成后拆除注浆头，将管片吊装孔利用专用堵头上紧。
6.2注浆浆液的配比
二次注浆材料可根据地质地层、隧道埋深及地下水情况选择，一般为水泥浆液或者水玻璃-水泥浆液。
1）水泥浆液（单液浆）：
宜用32.5级以上的硅酸盐水泥。
水灰比根据漏水情况、沉降情况而定。
一般采用1.5:
1、1:
1、0.75:
1、0.5：
1等几种。
注浆过程中应经常搅拌，为提高浆液的早期强度，可掺入早强剂或者其他惨合料。
2）双液浆（水玻璃-水泥浆液）：
在双液浆中水玻璃波美度应根据地质地层控制在20~38°Be左右。
其比例为1:
1.5、1:
1、1:
0.8等。
3）拌制后浆液比满足工程使用要求，要求如下：
（1）注浆作业的全过程中不易产生离析。
（2）具有较好的流动性，易于施工。
（3）注浆后浆液固化的体积变化小，即凝固收缩率小。
（4）有较好的不透水性。
（5）注浆后能很快超过土层强度。
6.3注浆量
二次注浆的水泥浆注浆压力为0.2Mpa～0.4Mpa，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0.3Mpa～0.5Mpa。
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1m3，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。
6.4施工设备材料
二次注浆使用专用的二次注浆泵，注浆前凿穿管片吊装孔外侧保护层，安装专用注浆接头。
施工设备材料见下表6.4-1。
施工设备材料表表6.4-1
设备及材料
数量
液压注浆机
1台
灰浆搅拌桶
1台
注浆管
若干
水泥（32.5R）
若干（根据配合比）
水玻璃
若干（根据配合比）
专用注浆头
若干
逆止阀
若干
吊装孔专用堵头
若干
7、质量控制
7.1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。
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。
7.2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。
8、安全措施及文明施工
8.1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。
3）每次注浆前，要认真检查安全阀、压力表的灵敏度，并调整到规定注浆压力位置。
4）安装高压管路和泵头各部件时，各丝扣的联接必须拧紧，确保联接完好。
5）注浆过程中，禁止现场人员在注浆孔附近停留，防止密封胶冲式阀门破裂伤人。
6）注浆时不得随意停水停电，必要时要事先通知，待注浆完成并冲洗后才可停水停电。
7）注浆施工期间，必须有专门机电修理工，以便出现机械和电器故障时能及时处理。
8）注浆现场操作人员必须配制安全帽、防护眼镜、口罩和手套等劳保用品，方可进行注浆施工。
8.2盾构停机状态处理措施
盾构机在处于停机状态下进行二次补浆，为保证停机期间的地层稳定和盾构机设备的正常运转，采取以下措施：
1）停机前，依据具体的停机时间制定详细的停机计划，安排监测组和盾构队组织专人负责停机期间的工作。
2）做好停机前的最后一环的掘进，调节停机时的土仓压力比设定压力略大于0.2～0.3bar（0.02～0.03Mpa）。
3）根据同步浆液的初凝时间，安排停机5～7小时后，再掘进10～20mm。
掘进过程不进行注浆和出土，防止浆液凝固盾尾密封刷。
4）如果停机时间较长，通过中盾和前盾的膨润土加入系统，在盾体周围注满泥浆，保持地层稳定。
5）加强对盾构机土仓压力的监视和调整，根据地层情况确定土仓压力警戒值。
当土仓压力低于警戒值时，通过膨润土系统加入泥浆来保持土仓压力。
8.3文明施工
1）注浆施工后，及时清理隧道，保持场地整洁。
2）施工现场的各种标牌字体应书写正确、规范、工整、美观，并经常保持整洁完好。
3）搅拌站内及时清理废料，保持施工现场内整洁，无杂物。
4）施工现场要有排污池，及时清理沉淀物，保持现场清洁。
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