盾构跟踪注浆沉降控制施工工法.docx
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盾构跟踪注浆沉降控制施工工法
盾构跟踪注浆控制沉降施工工法
中铁二局股份有限公司城通公司
1.前言
在城市修建盾构隧道，不可避免的需要下穿城市现有建筑物，施工过程中需要对盾构掘进施工参数（包括土压、掘进速度、出土量及同步注浆量等参数）进行严格的把控，确保施工安全。
若在地铁施工过程中形成一套完善的综合注浆施工技术，能有效的减小地面沉降，确保地表建筑物安全，减小对周边环境的影响。
工法具有强针对性、施工可行性高、指导意义大、环境影响小等优点，可广泛推广于盾构施工。
2.工法特点
2.1加固质量好：
由于采用多次注浆、水泥浆与双液浆结合施工技术，能有效的填充混凝土与盾壳之间的间隙，注浆加固质量良好。
2.2施工环境影响小：
通过采用多次注浆、水泥浆与双液浆结合施工技术，减小了因盾构施工对地面建筑物的影响，能满足城市地下施工的高标准要求。
3.适用范围
适应于地质复杂、线性复杂、地表建筑物多且施工环境保护要求高的城市盾构掘进施工。
4.工艺原理
盾构掘进施工过程中，通过利用盾构机上的同步注浆系统在管片背后填充注水泥浆、双液浆，如通过上述措施，地表沉降仍不能满足施工需要，则通过安装在车架上的二次注浆设备利用车架平台对管片背后进行三次、四次或五次注浆，以达到要求。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
施工准备→盾构掘进→同步注浆→管片拼装→二次注浆→尾部车架处三次、四次或五次注浆。
图1：
工艺流程图
5.2操作要点
1、施工准备
盾构施工前，根据施工组织筹划，盾构机组装、调试完成，反力架安装完成并组织验收，后配套设备安装、调试完成，后配套施工场地布设完成、施工人员进场并进行培训、管片生产完成并增设二次注浆孔，盾构机具备掘进条件。
2、盾构掘进
盾构推进由操作司机在中央控制室内进行。
开始施工时，打开出土闸门，依次开启皮带输送机，螺旋输送机和大刀盘，推进千斤顶，调整好各斤顶的油压，此时大刀盘切削土体，盾构前进。
盾构机根据设定的正面土压力自动控制出土速度或掘进速度。
盾构机的行程、上下左右四个区域千斤顶压力、螺旋输送机转速、盾构扭转、俯仰等参数将在显示屏上显示，盾构司机及时作好参数记录，并参照仪表显示以及其它人工测量和施工经验调整盾构机姿态和各项施工参数，使盾构机始终按设计的轴线推进。
盾构掘进施工参数严格按照施工方案及交底执行，具体参数根据隧道地层制定。
表1：
盾构主要工作参数表
掘进模式
推力（t）
扭矩（t·m）
刀盘转速（rpm）
土仓压力（bar）
螺旋机转速（rpm）
土压平衡式
800～1200
200～400
0.8～1.2
1.8～2.0
4～8
3、同步注浆
（1）、浆液拌制
盾构掘进开始前，由工程部组织进行配合比实验，确定水泥浆的配合比并交底至后配套施工班组组织进行浆液拌制。
水泥浆由地面拌合站拌制，搅拌完成后下放至电瓶车上的转浆罐里，运送至车架存浆罐。
浆液拌制配合比如下表：
表2：
水泥浆配合比表（每方）
浆液类别
材料名称
规格
配合比（Kg/m3）
水泥浆
水泥
42.5R
377
粉煤灰
Ⅱ级
377
水
自来水
754
（2）、同步注浆
在推进过程中正常进行同步注浆，通过盾构机上的双液浆系统以及同步注浆系统管路进行注浆施工。
同步注浆参数为：
注浆总量4m3/环（根据盾构机型号及尺寸），为理论建筑空隙量1.65m3/环的242%。
其中水泥浆3.5m3/环，水玻璃溶液0.5m3/环。
同步注浆压力为0.35～0.40MPa。
表3：
水玻璃配合比表（每方水泥浆）
浆液类别
材料名称
规格
配合比（Kg/m3）
水玻璃溶液
水玻璃
38Be
67
水
-
133
两种溶液独自配备单独的储浆及泵送系统，在盾尾混合器内充分、均匀的混合后再注入管片背后。
图2：
双液浆同步注浆系统
同步注浆流量应与推进速度匹配，当推进速度为3cm/min时，单管注浆流量为45L/min。
注浆施工前，对双液浆配合比进行试验，并根据前期配合比实验以及现场适配预留双液浆试样，确定此配合比下的双液浆的初凝时间为2小时，浆液体凝固后的强度约1.6Mpa，具有良好的自稳性。
。
施工过程中，通过控制水玻璃系统、水泥浆系统的注浆压力及速度来控制注浆量，确保满足填充注入要求。
（3）、膨润土注入
停止推进后，先停注水泥浆，并立即用清水正洗水泥浆管路，同时继续注入水玻璃；
清洗洗水泥浆管路一分钟后，停注水玻璃，用清水正洗水玻璃管路一分钟；
用循环水反洗整个注浆回路，直至反洗出口全部为清水。
清洗完成后，利用盾构机的膨润土注入系统通过盾尾注浆管注入膨润土浆液，扩散至注浆管周边，防止盾尾注浆管堵塞，膨润土注入在同步注浆完成30min内完成。
膨润土的注入量为0.2m3,注入压力为0.3Mpa。
4、管片拼装
隧道衬砌由六块预制钢筋混凝土管片拼装而成。
由封顶块（F）、邻接块（L1、L2）、标准块（B1、B2、B3）各一构成。
衬砌采用错缝拼装，自下而上对称拼装，封顶块和邻接块搭接2/3，径向推上，然最后纵向插入。
封顶块安装时须保证两块邻接块间有足够的插入空间。
管片的拼装施工工艺流程图下图：
图3：
管片拼装工艺流程图
管片拼装的质量要求：
相邻管片允许高差≤4mm，相邻环的环面间隙≤1mm，纵缝相邻块块间间隙≤1mm，衬砌成环后（刚出盾尾时）直径允许偏差：
2%D（D为隧道竖向外径）。
衬砌环椭圆度≤20mm，隧道水平轴旋转角度≤0.6°。
5、二次注浆
二次注浆的浆液采用同步注浆的配合比，注浆系统为盾构机上的同步注浆系统。
施工过程中，将跟踪二次注浆作为常规工序，在穿越过程中严格按照固定的频率进行。
（1）浆液拌制
二次注浆浆液采用同步注浆系统的浆液，浆液配比与运输与同步注浆一致。
（2）浆液注入
二次注浆采用与同步注浆相同的浆液配比，在拼装平台上将注浆管路分为两路，一路保证盾尾同步注浆的压注，一路对脱出盾尾的第三环管片进行开孔注浆，每次注浆量按照1.0～1.5m3控制，注浆压力按照0.50MPa控制。
表4：
二次注浆配合比（初凝时间2小时）
浆液类别
材料名称
规格
配合比（Kg/m3）
水泥浆
水泥
42.5R
377
粉煤灰
Ⅱ级
377
水
-
754
水玻璃溶液
水玻璃
38Be
67
水
-
133
二次注浆采用管片上的增设注浆孔施工。
管片拼装完成后，在拼装机上将注浆孔打开，埋设注浆球阀，管片脱出盾尾2环后，连接注浆管进行二次注浆进行注浆,注浆采用“量、压双控原则”。
注浆压力控制在0.5Mpa，注浆以匀速为主，当压力超过0.5Mpa后即刻停止。
图4：
管片增设注浆孔
图5：
跟踪二次注浆
二次注浆施工过程中，必须与盾构掘进同步开展，防止盾尾被双液浆抱死从而导致盾尾刷拉坏引起盾尾漏浆等情况。
、二次注浆施工过程中，严格控制注浆压力，防止因注浆施工导致管片开裂或破损。
、开孔注浆施工过程中，注意进行梅花跳跃开孔，且每环2个孔,一个为注浆孔，一个为观察孔。
6、多次注浆
为进一步的控制后期沉降，在后配套车架尾部配置了整套的双液浆注浆设备，跟随盾构机一同前进。
根据监测结果及工后沉降情况，利用盾构车架上的注浆平台进行再次有针对性的第三次，乃至于第四次、第五次补浆。
图6：
车架平台补充注浆示意图
图7：
车架平台注浆系统图
（1）、浆液拌制
盾构掘进施工过程中，每列电瓶车进入时运输800KG水泥以及600Kg水玻璃，堆放在车架上。
注浆前，根据施工方案及交底，利用车架上的拌浆桶进行浆液拌制。
配合比如下表：
表5：
洞内注浆配合比（初凝时间30s）
甲液-水泥净浆（水灰比1:
1）
乙液-水玻璃（水玻璃：
水=1:
1）
1m3
1m3
水（Kg）
水泥（P.O.42.5级）（Kg）
水玻璃（Kg）
750
750
583
2）、浆液注入
利用管片上的增设注浆孔，注浆施工前，提前选定环数及注浆点位并组织人员开孔后安装注浆球阀。
注浆采用2环一注，注浆点位为2点、11点。
注浆采用“量、压双控”的原则施工。
注浆施工过程中，严格控制注浆压力和注浆量。
注浆压力控制在0.4～0.6Mpa,同时根据制定的专项监测施工方案进行施工监测，通过监测数据信息化指导二次注浆量。
下穿建筑物施工期间施工监测频率为4次/天，要求建筑物累计沉降控制值为10mm,变形速率不能超过2mm/天。
施工过程中，通过监测变形速率以及累计沉降值来确定二次注浆量及注浆环号。
同步，当地表监测变形速率超限或达到预警值（5mm），则组织开展多次注浆，直至监测数据稳定。
6.材料与设备
本工法采用的机具设备见表6-1：
表1机械设备表
序号
设备名称
型号
单位
数量
用途
1
双液注浆机
CFG-32
台
1
多次注浆
2
同步注浆系统
盾构机系统
台
1
同步注浆及二次注浆
本工法采用的材料见表6-2：
表2材料统计表
序号
设备名称
型号
单位
数量
用途
1
水泥
PO42.5
吨
200
2
水玻璃
盾构机系统
吨
150
7.质量控制
7.1工程质量控制标准
表1综合注浆质量控制标准
序号
内容
质量控制要求
检查方法
1
加固体强度
≥0.8MPa
贯入法检测
2
地表建筑物沉降
≤10mm
沉降监测
7.2质量保证措施
7.2.1防止地表建筑物沉降超限的措施
（1）渣土改良
为确保盾构在穿越危险源的过程中出土流畅，刀盘前段不结泥饼，施工单位充分利用盾构机配备的渣土改良系统进行改良，过程中根据地质情况分别从刀盘、土仓、螺旋机注入水或稀释后的泡沫剂进行分段改良渣土，最终达到出土流畅，无泥饼的理想状态。
（2）土压力控制
在连续穿越风险源地段期间土压设定比该埋深的理论水土压力稍大0.03～0.05MPa。
在穿越过程中，密切关注盾构刀盘到达阶段的房屋监测数据，并结合地质情况对土压力进行动态调整，将土压波动范围严格控制在±0.02MPa，防止波动过大引起的沉降。
（3）出土量控制
穿越过程中出土超量将引发难以控制的沉降危害。
施工单位在施工中排专人量测空载土厢的残余渣土方量及满载土厢的剩余空隙方量，保证每一环的出土量能够得到精确统计。
在推进过程中，每进尺300mm应测量一次土箱内的实际出土量，检查是否与进尺匹配。
（4）掘进速度控制
在下穿建筑物期间，推进速度控制在2～3cm/min左右，既可以避免速度过慢导致刀盘在建筑物下方长时间扰动停留，又能够保证同步注浆充分均匀的注入。
穿越期间控制推进速度趋于平稳，尽量减少对周边土体的扰动。
（5）多次注浆
盾构掘进施工过程中，通过同步注浆量、二次注浆量及注浆压力、多次注浆量及注浆压力，有效填充管片于盾构掘进施工产生的建筑空腔。
同时，根据掘进范围内土层，分析浆液扩散量，及时修正注浆量。
7.2.1加固体强度的保障措施
（1）配合比选定
施工前，根据施工影响范围内土层情况，选择合适的注浆配合比，确保注浆完成后加固体的有效强度满足要求；
（2）加固体检测
注浆完成后，及时对加固体采用贯入法进行检测，如不能满足设计要求，则再次进行补浆处理。
8.安全措施
8.1电瓶车运行必须严格按照限速行驶。
8.2管片开孔过程中，高处作业必须挂设安全带。
8.3注浆施工过程中，必须佩带防护面罩，防止水泥浆、水玻璃溅射至眼睛内。
8.4电缆线路应采用“三相五线”接线方式，电气设备和电气线路必须绝缘良好，场内架设的电力线路其悬挂高度和线间距除按安全规定要求进行外，将其布置在专用电杆上。
8.5施工现场使用的手持照明灯使用36V的安全电压。
8.6不得指派无电工执照人员进行电气设备的安装、维修工作；非专业电气工作人员，严禁乱动电动设备。
专业电工人员必须认真执行有关规程和规定，坚持按电工执照中批准的工作范围工作，自觉抵制任何方面的违章作业命令，必要时向安全部门报告；加强电气防火工作，采取必要的电气防火措施，配备电气专用灭火剂等。
8.7加强盾构机内通风处理。
9.环保措施
9.1施工现场的用水、用电设施严格按规范和安全操作规程安装和使用，临时接用要提出申请，按批复实施，严禁随意乱接水、接电，施工现场及现场休息室严禁使用电炉、碘钨灯等烧水、取暖。
9.2注浆施工完成后，及时对管片进行冲洗，防止污染成型隧道管片。
9.3对职工进行规范教育，从我做起，养成文明、卫生习惯。
成立文明施工小分队，加强对施工现场和周围环境的清扫、检查，确保现场和周围环境达到文明工地的要求。
10.效益分析
10.1本工法运用于隧道掘进施工过程中，通过多次注浆来填充建筑空腔，较小盾构施工对地表建筑物的影响，取代了传统拆除建筑物后施工的方法，节约了大量房屋征拆、还建费用。
10.2通过控制施工参数、多次注浆等措施，有效的保障了地表建筑物安全，社会效益显著。
11.应用实例
昆明轨道交通首期工程市政通道配套土建施工项目得胜桥站~环城南路站盾构区间
11.1工程概况
环城南路站～得胜桥站区间线路自得胜桥站出站后以R=350m沿金碧路右拐穿过盘龙江、昆明铁路局大片住宅区、塘双路；接着以R=350右拐穿过昆明铁路局三角大院（后经鉴定属于D级危房）后进入北京路；然后沿北京路右线以R=1000m先左拐后又以R=1200m右拐，左线以R=1200m左拐后到达环城南路站进行左右线重叠接收。
区间地下段右线长1122m，左线长1140m，区间最大坡度29.5‰，最小坡度2.00‰，覆土厚度5.7m～23.7m，主要穿越圆砾层、粉土粉砂层及粘土层，局部含有泥炭质土。
图5：
盾构与地面重大风险源平面关系图
图6：
盾构与部分地面风险源剖面关系图
据地质勘察资料，场地岩土层按成因可划分为：
自上而下可分为第四系人工活动层（Q/4ml/），第四系全新世冲洪积层（Q/4al+pl/），第四系上更新世冲洪积层（Q/3al+pl/）和第四系上更新统冲湖积层（Q/3al+1/）四大类。
现场勘察期间沿线地下水主要赋存于第四系圆砾土、含砾粉质粘土及粉土中，地下水多以潜水或上层滞水形式存在，局部具微承压。
历年最高水位：
本段历史最高水位为现地表下约2m水位标高：
1888.00～1889.50m。
盘龙江距本线位段较近，与本场区地下水位有联系，盘龙江则当河水水位高时，补给本场区，当河水位较低时，场区地下水往河内排泄。
11.2施工情况
得胜桥站~环城南路站盾构区间自2012年6月28日始发以来，于2012年8月10~12月7日期间完成对建筑物群的穿越，施工质量总体可控。
11.3实际结果及评价
在环得区间盾构连续穿越重大风险源的过程中，始终严格执行以上各项技术措施，坚持精细化管理，目前已成功穿越所有重大风险源，穿越过程中未发生一次监测报警，各建筑物的稳定累计沉降值均控制在10mm的范围内，现场巡视未发现任何结构新增裂缝和既有裂缝扩大的情况，受到业主和其他单位的一致好评，节约至少3.5亿的拆迁费用。
表3：
环得区间沿线重大风险源最大累计沉降量统计表
序号
风险源名称
累计沉降（mm）
序号
风险源名称
累计沉降（mm）
1
省机要通信局
-1.99
6
铁路工程管理所
-8.47
2
昆枢指挥部
-3.11
7
三角大院60、61栋
-7.4
3
南桥新村44栋
-7.46
8
三角大院62、63栋
-4.1
4
南桥新村21、22栋
-3.12
9
三角大院57栋
-4.0
5
南桥新村107栋
-8.46
10
市交警支队特警大队
-5.2
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