盾構(gòu)穿鐵路時管片背后注漿技術(shù)

盾構(gòu)穿鐵路時管片背后注漿技術(shù)摘要：在富水砂層地質(zhì)中，通過優(yōu)化施工工藝，合理選擇管片背后注漿的技術(shù)參數(shù)，減小地表沉降量，保證盾構(gòu)穿越鐵路時列車的行車安全，將鐵路處的沉降量控制在10mm范圍之內(nèi)。1.工程概況**地鐵二號線工程（**站～**站）區(qū)間盾構(gòu)隧道區(qū)間線路全長1204.232m。盾構(gòu)掘進(jìn)地層主要為粉質(zhì)粘土、中粗砂。根據(jù)地下水的賦存條件、水理性質(zhì)、水力性質(zhì)和含水層結(jié)構(gòu)特征，單井單位涌水量1816.67～3665.02m3/d·m，盾構(gòu)區(qū)段屬水量豐富區(qū)。盾構(gòu)穿越富水砂層地質(zhì)，砂性土透水性強(qiáng)，容易出現(xiàn)涌水和流砂現(xiàn)象，從而引起開挖面失穩(wěn)和地面下沉。在穿越局部含有礫卵石的中粗砂、礫砂層時，容易出現(xiàn)由于被切削頭帶動而擾動地層造成的超挖和地面下沉。注漿過程中，由于管片背后的水量大，對注漿的難度增加很多，施工中如沒有控制好，容易造成管片背后填充不密實(shí)，容易出現(xiàn)地表沉降和管片漏水。盾構(gòu)穿越的主要地面建筑物為鐵路，24小時行走列車共23對(貨車和客車)，車流非常密集，該處隧道埋深為16.3米。2、背后注漿主要施工工藝2.1管片襯砌背后注漿目的管片襯砌背后注漿是盾構(gòu)施工中的一項(xiàng)十分重要的工序，其目的主要有以下三個方面：①及時填充盾尾建筑空隙，支撐管片周圍巖體，有效地控制地表沉降；②凝結(jié)的漿液作為盾構(gòu)施工隧道的第一道防水屏障，增強(qiáng)隧道的防水能力；③為管片提供早期的穩(wěn)定并使管片與周圍土體一體化，有利于盾構(gòu)掘進(jìn)方向的控制，并能確保盾構(gòu)隧道的最終穩(wěn)定。注漿工藝是實(shí)現(xiàn)注漿目的、保證地面建筑物、地下管線、盾尾密封及襯砌管片安全的重要一環(huán)，因此必須嚴(yán)格控制，并依據(jù)地層特點(diǎn)及監(jiān)控量測結(jié)果及時調(diào)整各種參數(shù)，確保注漿質(zhì)量和安全。2.2管片背后注漿施工工藝流程圖nonoyesyes注漿系統(tǒng)準(zhǔn)備參數(shù)設(shè)計(jì)設(shè)定控制方式注漿注漿工況分析繼續(xù)注漿nonoyesyes注漿系統(tǒng)準(zhǔn)備參數(shù)設(shè)計(jì)設(shè)定控制方式注漿注漿工況分析繼續(xù)注漿注漿完成注漿效果檢查下一循環(huán)數(shù)據(jù)采集與管理采取補(bǔ)強(qiáng)注漿措施調(diào)整控制方式和參數(shù)清洗設(shè)備和管路noyes配制漿液檢驗(yàn)試驗(yàn)運(yùn)輸漿液圖2.2-1同步注漿施工工藝流程圖2.3二次補(bǔ)強(qiáng)注漿同步注漿使盾尾建筑空隙得到及時填充，地層變形及地表沉降得到控制，在漿液凝固后，強(qiáng)度得到提高，但可能有局部不夠均勻或因漿液固結(jié)收縮產(chǎn)生空隙，因此為提高背襯注漿層的防水性及密實(shí)度，必要時再補(bǔ)充以二次補(bǔ)強(qiáng)注漿，進(jìn)一步填充空隙并形成密實(shí)的防水層，同時也達(dá)到加強(qiáng)隧道襯砌的目的。二次補(bǔ)強(qiáng)注漿一般在管片與巖壁間的空隙充填密實(shí)性差而致使地表沉降得不到有效控制或管片襯砌出現(xiàn)較嚴(yán)重滲漏的情況下才實(shí)施。施工時采用地表沉降監(jiān)測信息反饋，結(jié)合洞內(nèi)超聲波探測管片襯砌背后有無空洞的方法，綜合判斷是否需要進(jìn)行二次補(bǔ)強(qiáng)注漿。2.4主要參數(shù)2.4.1注漿壓力同步注漿時要求在地層中的漿液壓力大于該點(diǎn)的靜止水壓力及土壓力之和，做到盡量填補(bǔ)同時又不產(chǎn)生劈裂。注漿壓力過大，管片周圍土層將會被漿液擾動而造成后期地層沉降及隧道本身的沉降，并易造成跑漿；而注漿壓力過小，漿液填充速度過慢，填充不充足，會使地表變形增大，本標(biāo)段即0.2～0.5Mpa,二次注漿壓力為0.3～0.6Mpa。2.4.2注漿量同步注漿量理論上是充填盾尾建筑空隙，但同時要考慮盾構(gòu)推進(jìn)過程中的糾編、漿液滲透（與地質(zhì)情況有關(guān)）及注漿材料固結(jié)收縮等因素。注漿量采用下式進(jìn)行計(jì)算：Q=Vλ式中：Q——注漿量（m3）λ——注漿率（取1.2～1.8，曲線地段及②3b地層段取較大值，其它地段根據(jù)實(shí)際情況選定）V———盾尾建筑空隙（m3）V=π（D2-d2）L/4式中：D——盾構(gòu)切削土體直徑（即刀盤直徑6.27m）d——管片外徑（6m）L——管片寬度（1.2m）V=π[（6.272-6.02）×1.2÷4=3.14m3根據(jù)本標(biāo)段的地質(zhì)及線路情況，注漿量一般為理論注漿量的1.2～1.8倍，并應(yīng)通過地面變形觀測來調(diào)節(jié)。 二次補(bǔ)強(qiáng)漿量根據(jù)地質(zhì)情況及注漿記錄情況，分析注漿效果，結(jié)合監(jiān)測情況，由注漿壓力控制。2.4.3注漿速度及時間注漿速度結(jié)合注漿泵性能及單環(huán)注漿量綜合確定，應(yīng)與掘進(jìn)速度相適應(yīng)，如注漿過快易造成盾尾漏漿，如注漿過慢則注漿充填效果不易達(dá)到。盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)開始注漿，推進(jìn)完畢注漿結(jié)束。2.4.4注漿順序同步注漿通過盾尾預(yù)留注漿孔在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)的同時壓注，在每個注漿孔出口設(shè)置壓力傳感器，以便對各注漿孔的注漿壓力和注漿量進(jìn)行檢測與控制，從而實(shí)現(xiàn)對管片背后的對稱均勻壓注。為防止注漿使管片受力不均產(chǎn)生偏壓導(dǎo)致管片錯位造成錯臺及坡?lián)p，同步注漿時必須對稱均勻的注入。補(bǔ)強(qiáng)注漿應(yīng)先壓注可能存在較大空隙的一側(cè)。2.4.5同步注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)及注漿效果檢查①注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)以注漿壓力與注漿量進(jìn)行雙重控制，正常情況下要求每環(huán)注漿量不得小于5.2m3，以下情況應(yīng)例外：A在砂土地層，注漿壓力很小而注漿量較大時，增加注漿量直至注漿壓力達(dá)到注漿壓力的下限；B盾構(gòu)機(jī)位于曲線段，考慮超挖，適當(dāng)增加注漿量；C自穩(wěn)能力差的粘土地層，注漿量很小而注漿壓力較大時，可能是由于盾殼周圍巖土發(fā)生坍塌，影響了漿液的流動。在注漿壓力達(dá)到注漿壓力的上限時停止注漿，隨后應(yīng)進(jìn)行二次補(bǔ)強(qiáng)注漿。②根據(jù)監(jiān)測情況判斷是否需要繼續(xù)注漿注漿效果檢查主要采用分析法，即根據(jù)P-Q-t曲線，結(jié)合洞內(nèi)超聲波探測管片襯砌背后有無空洞、地表及周圍建筑物變形監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行綜合分析判斷，對未滿足要求的，及時進(jìn)行二次補(bǔ)強(qiáng)注漿。3.盾構(gòu)穿越鐵路時管片背后注漿的技術(shù)措施3.1同步注漿壓力及漿液組成由于管片背后的水量大，容易造成管片背后填充不密實(shí)。將同步注漿壓力調(diào)整為規(guī)范底線0.2MPa，并在漿液中適度增加微膨脹劑，減少同步注漿漿液凝固后的收縮。注漿壓力設(shè)定在0.2MPa，則每環(huán)的注漿量達(dá)到5.1～5.2m3，達(dá)到設(shè)計(jì)的162%。同步注漿的漿液組成成份、理論配合比如下表：材料種類水泥砂子水摻和料外加劑粉煤灰膨潤土膨脹劑每m3用量(kg)13080043650060543.2二次注漿壓力及漿液組成前期施工時，二次注漿的漿液為單液漿，組成成份為水泥、水。在注漿后，該單液漿初凝速度較慢，受地下水影響，流失較多。因此，在盾構(gòu)穿越蘇扶鐵路時，采用雙液漿，很好的固結(jié)同步注漿漿液，減少二次注漿漿液的流失。實(shí)行在同步注漿24小時后立即進(jìn)行二次注漿。前、后二次注漿的漿液組成成份、理論配合比對比如下表：對策實(shí)施前對策實(shí)施后材料種類水：水泥水泥漿：水水玻璃1：1水泥漿水玻璃注漿參量1：1水：水泥11：1水：水玻璃2：14．盾構(gòu)穿越鐵路時監(jiān)測措施盾構(gòu)順利穿越鐵路。在該里程范圍內(nèi)共設(shè)了3個監(jiān)測斷面，每個斷面設(shè)7個觀測點(diǎn)，監(jiān)測頻率為1次/2小時，直到監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定。地表累計(jì)沉降量最大的斷面觀測趨勢圖如圖4-1：說明：觀測每日為累積沉降數(shù)據(jù)，單位以mm計(jì)。5.結(jié)論根據(jù)趨勢圖4-1的數(shù)據(jù)顯示，盾構(gòu)穿越鐵路時的累計(jì)沉降量最大值為4.13mm。這種富水砂層中采用盾構(gòu)法施工，通過優(yōu)化施工工藝，合理選擇管片背后注漿的技術(shù)參數(shù)，減小了地表沉降量，沉降量控制在設(shè)計(jì)的10mm范圍之內(nèi)，保證了鐵路的行車安全。通過本次研究，取得以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：1、盾構(gòu)在同步注漿后，在合適的時間使用雙液漿進(jìn)行二次注漿是完全有必要的，即能快速的固化壁后注漿的漿液，填充空隙，又能很好的起到防水作用，而且可避免管片的蛇行運(yùn)動，促進(jìn)管片的快速穩(wěn)定。因此，必須根據(jù)地面沉降數(shù)據(jù)作好洞內(nèi)二次注漿準(zhǔn)備。每塊管片上均有1個注漿孔，可以根據(jù)監(jiān)測信息進(jìn)行注漿，控制地表沉降。2、針對地質(zhì)的特殊性，需要制定一定的特殊措施，及時解決相應(yīng)問題。若不考慮地質(zhì)的特殊性，死般硬套，很多問題就會出現(xiàn)，甚至負(fù)面影響巨大。3、盾構(gòu)穿越鐵路施工時，不能只靠控制沉降來確保行車安全，在穿越鐵路之前，通過走訪調(diào)查鐵道養(yǎng)護(hù)工人了解該處的前期地表狀況、對盾構(gòu)機(jī)所有設(shè)備進(jìn)行檢修、在施工過程中跟蹤注漿情況、在地面進(jìn)行沉降監(jiān)測等都是必須的，絕不能麻痹大意。4、同步注漿要做到真正的與掘進(jìn)同時，嚴(yán)禁在沒有同步注漿的情況下掘進(jìn)。同步注漿漿液配比不僅要有一定的強(qiáng)度，并且凝結(jié)時間需控制在5-6小時。同步注漿的