注浆加固方案.docx
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注浆加固方案
一、工程概况
龙华站～浦江南浦站盾构区间重龙华站南端头井出发沿龙华路北行，基本呈南北走向，途径华荣路、宛平南路后进入浦江南浦站。
区间上行线长1031.350m，下行线长1040.217m。
隧道纵坡为单坡，隧道顶埋深约8.55m～15.12m。
区间包含旁通道一座，采用Φ6340盾构推进。
区间1~900环均处于全断面⑤2砂质粉土中进行出洞与推进施工，90还过后隧道上部逐步出现④2层淤泥质粉土、④1层淤泥质粘土，至480环⑤2含量约占50％，至70环后逐渐消失。
图1-1区间地质剖面图
土层参数
表1-1地基承载力一览表
层序
土层名称
静探
Ps值
（MPa）
土的
重度
γ
（kN/m3）
固结快剪
强度指标
地基承载力设计值
地基承载力
特征值
C
（kPa）
φ
（0）
fd
（kPa）
fak
（kPa）
④1
淤泥质粘土
0.58
16.6
12
11.0
70
55
④2
粘质粉土夹粉质粘土
1.11
18.0
11
22.5
100
80
⑤2
砂质粉土
4.81
18.1
4
32.0
145
115
第⑤2层微承压水水位埋深约为4.73m（相应绝对标高约为-0.76m）。
承压水水位观测曲线详见下图:
图1-2⑤2层微承压水位观测曲线图
表1-2渗透系数表
层序
试验深度（m）
现场注水试验渗透系数（cm/sec）
室内土工试验渗透系数（cm/sec）
④1
13.00~15.00
9.98E-06
Kv=1.11E-07
KH=2.25E-07
④2
16.50~18.50
1.76E-05
Kv=1.01E-06
KH=2.66E-06
⑤2
20.50~22.50
1.28E-04
Kv=1.84E-04
KH=3.19E-04
二、工程问题分析
2.1工程问题
2013年6月10日，龙华站~浦江南浦站区间下行线盾构始发，盾构始发后即进入全断面⑤2层砂质粉土，在砂质粉土盾构推进施工过程中遇到多种问题，主要如下：
（1）沉降大：
盾构在穿越过程中，盾构前方微隆0～2mm，盾尾基本保持不动，出盾尾后沉降控制在-1～+3mm，盾构穿越过后，根据监测情况大多数监测点单次沉降0~2mm，十天累计沉降超过10mm并且无收敛迹象。
以下行线20环轴线点6月监测数据为例，盾构切口6月18日到达该点累计沉降为+0.64，6月19日盾尾脱离该点累计沉降-0.31，到7月1日累计沉降达到27mm。
（2）隧道轴线高程超标：
盾构施工过程中盾构切口及盾尾整体下沉导致隧道轴线偏低。
（3）隧道上浮及下沉：
盾构施工完成后，对隧道轴线进行监测，发现管片在脱出盾尾5环后开始上浮，上浮最大点达到92mm，后续又下沉约30mm左右。
（4）管片碎裂严重：
管片大面积碎裂，主要集中在B块与L块邻接处及L块与F块邻接处。
（5）收敛变形超标：
区间0~310环范围内收敛变形超标，盾构脱出车架后横径最大位置达到5573mm。
2.2原因分析
古河道影响：
在开挖过程中螺旋机出土中发现了大量贝壳。
对区间探孔资料进行分析，区间Q9XZ1~Q9XZ7七个探孔中，④1层含水量均超过50％，其中Q9XZ4及Q9XZ6探孔超过60％，根据上海工程经验判断，区间断面位于古河道内。
古河道地层土质软弱、渗透系数大、土体摇振反应快，盾构推进后周边土体受扰动后水土迅速分离快，导致了以上工程问题。
三、盾构推进过程保证措施
（1）双液浆环箍稳定隧道，防止隧道上浮并提供后坐力。
每隔15环在盾尾后6环~后10环打一道环箍，环箍材料为双液浆，注浆量为10T水泥。
防止隧道上浮并提供后坐力，并起到二次补浆控制沉降作用。
（2）使用泡沫剂改良前方土体
推进前方加入泡沫剂，本工程采用康达克品牌泡沫剂，发泡率：
30倍。
根据出土情况适当调整泡沫剂用量，用量约10~15环一桶。
（3）合理设定土压力
推进过程中适当提高前方土压力设置值，防止超挖造成的土体损失，施工中控制切口累计沉降1~3mm，通过土压力设置值及埋深反算K0取值为0.85。
（4）同步注浆改良：
改善同步注浆浆液质量
改善同步注浆浆液质量，控制好同步注浆坍落度及比重，坍落度为14~16mm，浆液比重=1.9。
浆液中增加石灰比例，提高浆液早期强度，保证隧道稳定。
（5）增加同步注浆量
根据地面沉降情况，适当增加同步注浆量，目前龙华站~浦江南浦站区间下行线同步注浆量达到6m³每环，相当于理论间隙的350％。
盾尾确保单次微隆0~1mm。
四、后期加固方案
根据区间所遭遇的古河道地质条件及盾构推进过程中遇到的各种问题，计划对区间进行加固以达到稳定隧道及止水作用，根据隧道情况，注浆主要分两部分：
1、微扰动注浆稳定隧道收敛变形。
2、聚氨酯注浆止水并稳定隧道底部。
4.1微扰动注浆
采用微扰动注注浆工法对推进过程中收敛变形最大下行线0~310环进行加固确保隧道稳定，控制区间收敛变形。
注浆要求
1、本注浆工程主要的目的：
在含水量很高的⑤2粉性土中（微层压水），通过注浆，稳定隧道。
2、注浆思路：
通过隧道两腰侧向的水泥水玻璃双液注浆，稳固隧道，减少隧道横向收敛。
3、注浆原则：
采用微扰动注浆工艺，根据刘建航院士提出的“少量、多次、对称、均匀”注浆原则进行注浆。
（1）注浆范围
注浆范围0~310环，根据区间收敛变形情况将注浆范围大致分三个区域
第一区域：
0~100环收敛变形7~8厘米（收敛最大）
第二区域：
100~200环收敛变形4~6厘米
第三区域：
200~310环收敛变形2~4厘米
（2）注浆深度
第一区域（0~100环）
侧向注双液浆2.5米厚。
第二区域（100~200环）
侧向注双液浆2.0米厚。
第三阶段（200~310环）
侧向注双液浆1.5米厚。
合计注浆3080次。
（3）注浆孔的位置
注浆孔的位置在两腰水平线的上下，两侧各布置3个注浆孔。
（B块吊装孔、B块上增孔、L块下增孔）
注浆范围示意图（图中阴影部分为加固范围）
4.2聚氨酯注浆
根据区间工程地质剖面图，可以看出区间隧道穿越了④2粘质粉土夹粉质粘土和⑤2砂质粉土层。
根据隧道穿越地质情况区间全线下卧层均为砂性土，所以区间全线均需进行壁后聚氨酯注浆
根据上海城市轨道交通网络建设标准化技术文件地下区间《聚氨酷壁后注浆建设指导意见（试行）》（STB/DQ-010005），结合区间施工情况，聚氨酯注浆分两部分区域。
（1）上行线1~859环、下行线311环~866环采用D、B1、B2三点注浆。
合计1415环
注浆量：
20L/孔，每环3个孔（D、B1、B2），共60L/环。
合计84.9m³
（2）下行线1~310环位置
该范围内由于计划采用微扰动注浆工法B1、B2注浆孔被占用，聚氨酯注浆位置改为D、B1下增孔、B2下增孔
注浆量：
由于下行线1~310环位置盾构施工过程中为稳定隧道层采取双液浆环箍施工，双液浆环箍位置聚氨酯注浆需打穿500mm厚双液浆进行施工，聚氨酯注浆量相应需增加。
具体用量分为下面两种情况：
①双液浆环箍位置聚氨酯注浆：
1~45环全部采用了双液浆注浆，45环后每15环注5环双液浆，共计130环。
注浆量：
40L/孔，每环3个孔，共120L/环。
合计15.6m³
②无双液浆环箍位置聚氨酯注浆：
共180环
注浆量：
20L/孔，每环3个孔，共60L/环。
合计10.8m³
五、施工安排
5.1微扰动注浆工期安排
注浆区域
第一区域（0~100环）
侧向注双液浆2.5米厚。
每次注17.5厘米，每孔约注12次，合计1200次。
第二区域（100~200环）
侧向注双液浆2.0米厚，每次注17.5厘米，每孔约注10次。
合计1000次
第三区域（200~310环）
侧向注双液浆1.5米厚，每次注17.5厘米，每孔约注8次。
合计880次
该区域注浆共计3080次，本工程计划采用6套注浆泵同时施工，每台注浆泵每天施工8~12孔，合计每天60次。
预计工期52天.
施工计划在区间旁通道施工期间进行微扰动注浆，计划2013年11月11日进场，12月23日完成。
5.2聚氨酯注浆工期安排
区间共需聚氨酯施工1725环。
计划聚氨酯施工分两次完成。
第一次：
完成1150环（上行线1~500环，下行线1~650环）。
计划施工时间：
2013年11月20日~2014年1月15日。
（区间旁通道施工期间对已完成区间隧道进行注浆施工）
第二次：
完成剩余625环（上行线501~859环，下行线651~866环）
计划施工时间：
2013年4月15日~2013年5月15日。
六、注浆工艺
6.1微扰动注浆施工工艺
（1）注浆参数
1、注浆顺序
注浆由里向外一层一层的注浆，每个注浆层厚度为17.5厘米。
2、注浆材料
采用双液浆注浆工艺，水泥浆水玻璃比为2.5-3.0:
1，水泥浆水灰比为0.6-0.7水泥采用海螺PO42.5水泥，水玻璃波美度为35，模数2.85。
3、注浆单节高度及拔管速度
注浆单节厚度为17.5cm，单次注浆时间为4分钟，注浆总量80L，双液浆流量为20L/Min。
4、注浆流量：
水泥浆泵流量：
14-16L/Min；
水泥璃泵流量：
5-6L/Min。
采用双液浆注浆工艺，注浆压力不宜超过0.4Mpa。
注浆管插入到隧道侧向管片外，由里向外一层一层注浆。
每孔每次注浆厚度为17.5cm，每次注浆时间约4分钟左右，每孔每次注双液浆量约为80升。
（2）注浆分三个区域进行
第一区域（0~100环）
侧向注双液浆2.5米厚。
每次注17.5厘米，每孔约注12次。
第二区域（100~200环）
侧向注双液浆2.0米厚，每次注17.5厘米，每孔约注10次。
第三区域（200~310环）
侧向注双液浆1.5米厚，每次注17.5厘米，每孔约注8次。
注意：
注浆要采用跳孔注浆，对称注浆，每孔注浆以后要间隔8小时才能注第二次
1、实际注浆中，一切服从监测数据每环隧道抬升量的变化来反馈给下一步注浆，以确定下一次注浆的部位。
2、单次注浆终止条件及最终终止注浆条件。
①浆量达到每次注浆的要求，注浆厚度17.5cm；注浆量80L
②单次注浆抬升超过报警值（5mm）
③线路平顺性调整达到预期和隧道结构处于稳定状态，月沉降速率小于0.6mm。
④隧道稳定，收敛稳定
（3）设备配置要求
一套班组主要设备配置应满足以下要求：
注浆泵：
12台。
水泥浆泵和水玻璃泵各6台（德国进口P5螺杆水泥注浆泵）
混合器：
12个，含压力表
钻孔机：
6台，每台配足4m以下钻杆。
压管机：
5台
拔管器：
5台（杆杠拔管器）
注浆头：
60个（滑动开闭式）
注浆管：
5×100=500m
拌浆桶：
12个
接水管：
至少6根，应有足够的长度
其他相关辅助设备据需要配足。
如安排两套班组施工，应根据以上要求增加一倍注浆设备和施工人员。
注浆施工应配好足够的相应施工队人员，并且按工种分配施工，一套班组人员不少于10人。
若二套设备注浆需20个施工人员。
似分五个作业面，每个作业面两套设备施工。
每套设备每日施工约40次/孔左右。
（4）施工管理要求
1、钻孔：
可先钻孔多个孔，以方便后面插管；
2、插管：
采用压管器插管，应先下好多套管；
3、注浆：
按工艺参数注浆，如不能注进浆，直接换个孔进行注浆，由其他工种人员进行拔管和再插管工作，后面再注浆；
4、拔管：
主要负责拔管和清理注浆头，并安装新的注浆头。
以上各工作应独立安排人员，相互配合，形成流水作业线，注浆现场有专人进行指挥，所有工种以注浆为中心，全面加快注浆进度。
（5）监测与记录要求
注浆施工的同时由专业监测单位对隧道变形进行严密监测，监测的主要内容为垂直沉降。
注浆过程中实行信息化施工，根据注浆孔位置随时调整监测位置，及时跟踪测量并进行全断面测量。
采用专门表格记录施工进程中的参数，每孔都建立独立的档案。
记录的内容包括：
孔号、注浆深度、水灰比、水玻璃水泥浆比、水泥浆用量、水玻璃用量、注浆次数、注浆高度、水泥浆注浆压力、水玻璃注浆压力、混合器压力、水泥浆流量、水玻璃浆流量。
水泥浆和水玻璃用量还需采用人工计量予以复核。
1、注浆孔的编号
注浆孔编号依据上下行分别连续编号，沿横断面；
2、注浆前的记录
根据前次注浆记录记录好此次准备注浆的孔号，同时记录注浆时间、注浆次数、下管深度。
3、注浆过程中的记录
记录水泥浆注浆开始时间，水玻璃注浆开始时间，时间精确到分，过程中需记录水泥浆注浆压力、水玻璃注浆压力、混合器压力、水泥浆流量、水玻璃流量，记录好拔管高度。
在注浆过程中如产生位移，记录实时监测数据，注浆快完成时记录水玻璃和水泥浆停止时间。
如注浆过程中因发生堵管或隧道沉量超标等情况而中断或中止注浆，要及时记录并分析。
4、注浆后的记录
注浆完成后，记录总水泥浆注浆量、总水玻璃注浆量变、此次注浆高度、人工计量复核的总水泥浆用量和总水玻璃用量、监测数据。
并将所有数据汇总到一张总表并电子化，所有原始记录表都留存备查。
6.2聚氨酯注浆施工工艺
（1）注浆要求
本工程在砂性土中如出现壁后注浆孔或环纵缝的渗漏情况，需采用聚氨酯注浆，并严格执行《聚氨酷壁后注浆建设指导意见（试行）》（STB/DQ-010005）。
1、注浆施工前，须对隧道内管片的渗漏情况进行详细的调研和记录，以便注浆结束后，进行注浆效果分析。
2、聚氨酯注浆加固应根据设计要求，采用恰当的注浆工艺和注浆材料，注浆过程中应遵照多点、少量、均匀的原则，并根据隧道沉降监测数据反馈适时调整注浆量和注浆时间间隔，确保沉降稳定。
3、注浆过程中及时填写的各项注浆记录表与质量抽检报告，并作为注浆质量验收的依据。
（2）注浆材料
一般选用油溶性聚氨酯浆液（主剂），通过副剂来调节聚氨酯浆液的初始发泡时间。
副剂的加入量可根据不同土层、气温等调节。
混合后的浆液物理性能应符合下表规定。
序号
项目
指标
1
主剂密度（g/cm3）
1.05～1.2
2
主剂粘度（MPa.s）
100～500
3
膨胀率（％）
＞1000
4
诱导凝胶时间（s）
10～1200
（3）注浆工艺
注浆设备选用电动泵，注浆管端部喷口分布4个，空间按90°布置，其开口孔径为3～5mm。
利用隧道管片原有壁后注浆孔，打开孔端堵头螺丝，安装外接头、球阀和防喷装置，从防喷装置中振入注浆芯管，振入深度为超出管片外壁5～10cm（须打穿壁后注浆层）。
连接注浆泵，注入配置好的聚氨酯浆液，浆液隧道管片外壁发泡形成防水保护膜。
注浆结束待聚氨酯发泡稳定后，拆除外接头和防喷装置，清理注浆孔，用微膨胀水泥进行封孔，并盖上钢闷头。
施工流程如下：
聚氨酯注浆流程
（4）注浆工序控制要求
注浆加固工序应标明注浆孔位、注浆顺序、注浆时机，满足多点、少量、均匀的原则，确保浆液分布均匀。
在注浆施工的同时对隧道的轴线、管片的变形进行严密及时监测，一旦发现位移或变形接近或达到报警值，立即停止注浆，以防止注浆对隧道产生不利影响。
注浆顺序：
1、同一衬砌内不同注浆孔的注浆应注意保持对称平衡；
2、隧道纵向注浆顺序采取不跳环连续施工；
3、每环注浆顺序为至下而上，D块——B块，为隧道下部三个孔。
利用隧道管片下半圈落地块及标准块上原有壁后注浆孔，打开孔端堵头螺丝，安装外接头、球阀，连接注浆泵，注入配制好的聚氨脂。
通过浆液在土体中起到充填、挤密、固结等作用形成一道防水层。
（5）施工方法
1、按施工要求调制聚氨酯浆液,应根据不同工况、气温调节其性能和凝固速度；
2、打开管片壁后注浆孔，安装螺孔外接头、球阀和防喷装置；
通过防喷装置用小型钻具疏通注浆孔钻孔深度在隧道管片外0.05～0.10m位置；
3、在注浆准备的同时，对该注浆管片和相邻管片进行初值测量；
4、连接注浆泵，注入聚氨酯浆液，在注入过程中进行跟踪监测；
5、注浆结束关闭球阀待凝；
6、待聚氨酯完全固化后拆除球阀根据要求封堵注浆孔，再用钢制闷头盖住；
7、对有可能产生的管片嵌缝破坏处进行修补；
8、垃圾清理，保持隧道内清洁。
（6）施工控制参数
1、注浆深度：
隧道外侧0.05～0.1m；
2、注浆量:
每孔原则上不超过20L（特殊情况可以调整，必须现场监理通过）；
3、注浆流量：
5～10L∕min（常规情况下应采用流量下限）；
4、注浆泵：
流量可调速的小流量注浆泵；
5、注浆压力：
不超过起始压力0.15Mpa；
6、注浆顺序：
应从下至上,左右对称进行,先落底块后标准块，跳孔注浆；
7、单孔注浆管片变形报警值：
轴线位移2mm，收敛变形1mm。
8、累计变形控制值：
轴线位移不超过10cm，管片变形不超过1cm（含注浆施工前的隧道变形）；
9、注浆须达到注浆孔处无滲漏,环纵缝处无线流或滴漏。
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