北京地铁盾构同步注浆及其材料的研究

北京地铁盾构同步注浆及其材料的研究具体包括哪些内容呢，下面鲁班乐标为大家带来相关内容介绍以供参考。

1概况

北京地铁五号线试验段工程，采用了土压平衡式盾构机进行施工。盾构机配备了盾尾同步单液注浆系统，可在盾构掘进的同时进行壁后注浆。在盾构掘进施工中，当管片刚脱离盾尾时即可对管片外侧的建筑空隙进行填充，从而起到控制地表沉降和稳定成型隧道的作用。在施工中我们使用的浆液是自行研制的惰性浆液，此浆液通过施工中达到了很好的效果，有效地控制了地表沉降。

2盾构法施工壁后注浆技术

2.1同步注浆原理

北京地铁五号线盾构试验段工程的施工采取了同步注浆方式。其工作原理是：在盾构机推进过程中，保持一定压力（综合考虑注入量）不间断地从盾尾直接向壁后注浆，当盾构机推进结束时，停止注浆。这种方法是在环形空隙形成的同时用浆液将其填充的注浆方式。如图2-1所示。

2.2注浆材料和配比的选择

2.2.1注浆材料应具备的基本性能

根据北京地区的地质条件、工程特点以及现有盾构机的型式，浆液应具备以下性能：

1）具有良好的长期稳定性及流动性，并能保证适当的初凝时间，以适应盾构施工以及远距离输送的要求。

2）具有良好的充填性能。

3）在满足注浆施工的前提下，尽可能早地获得高于地层的早期强度。

4）浆液在地下水环境中，不易产生稀释现象。

5）浆液固结后体积收缩小，泌水率小。

6）原料来源丰富、经济，施工管理方便，并能满足施工自动化技术要求。

7）浆液无公害，价格便宜。

2.2.2. 注浆材料

为了保证壁后注浆的填充效果，施工中结合现场条件和盾构机自身注浆系统的配置，选取了两种单液浆组成以便进行对比优选：

1）以水泥、粉煤灰为主剂的常规单液浆a

成分：水泥、粉煤灰、细砂、膨润土（钠土）和水；

2）以生石灰、粉煤灰为主剂的惰性浆液b

成分：生石灰、粉煤灰、细砂、膨润土（钠土）和水。

浆液组成a以水泥作为提供浆液固结强度和调节浆液凝结时间的材料，浆液组成b以粉煤灰作为提供浆液固结强度和调节浆液凝结时间的材料。其中浆液组成b中使用的粉煤灰可以改善浆液的和易性（流动性），生石灰能增加浆液的粘度，并有一定的固结作用，膨润土用以减缓浆液的材料分离，降低泌水率，还具有一定的防渗作用。砂在两种浆液中都作为填充料。

2.2.3. 浆液配比及性能测试

在确定浆液配比时，先根据相关资料，确定了两种浆液的各种材料的基本用量，然后结合浆液站调试，每种配比生产一定方量，并对浆液性能进行相关的性能测试，从而对配比单进行筛选，保留能够生产出合格浆液的配比，以便今后用于施工。按测试配比拌制出的浆液送到试验室进行了主要性能指标的测试。根据配比单和浆液配合比试验报告中的测试数据，绘制出浆液流动度、稠度和分层度随时间变化的对比曲线。

由图2-2中可知，水泥浆液（配比1、2、3）的流动性略优于惰性浆液（配比4、5、6、7、8）。但两类浆液随时间的变化趋势略有不同，水泥浆液的流动性随时间推移下降幅度较大，而惰性浆液的流动性保持平稳。

根据测试结果还可得知，与水泥浆液相比，以生石灰、粉煤灰为主剂的浆液的凝结时间较长，在10～12小时左右。考虑到盾构掘进过程中一些不可避免的停机（如管片拼装、连接电缆、风管安装、机器维护保养、盾构机临时停机、电路故障等），若浆液的初凝时间较短，则增加了停机期间发生堵管的可能性，增加额外的清洗工作，并影响盾构的继续掘进。因此，浆液合理的初凝时间应与盾构掘进施工一个工班的时间接近，这样可以在每班结束时再安排浆液输送管路的清理工作，既不影响盾构连续施工，又保证能及时清理管路，避免堵管现象的发生，选用惰性浆液更为可靠。

惰性浆液在主要成分加量不变的情况下，只需调节添加剂的加量就能有效地控制、调节浆液的性能。在施工过程中，可以比较方便地对浆液的性能进行调整，以适应不同地层、不同掘进进度对浆液性能的要求.

2.3注浆工艺参数的确定

2.3.1注浆量的计算

壁后注浆量Q，通常可按下式估算：Q=Vα

式中，V为理论空隙量，α为注入率。

北京地铁五号线试验段采用的土压平衡盾构机刀盘直径6.20m，而预制钢筋混凝土管片外径为6.0m，则理论上每掘进一环，盾构掘削土体形成的空间与管片外壁之间的空隙的理论体积为：V=0.25×π×（6.22-62）×1.2=2.298m3。

注入率α的主要影响因素包括注入压力决定的压密系数α1、土质系数α2、施工损耗系数α3和超挖系数α4。

则α=1 α1 α2 α3 α4

每环实际注浆量可根据地层和施工损耗等情况选取相应的注入率。

2.3.2注浆压力的确定

北京地铁五号线土压平衡盾构机在盾尾处设有四个浆液注入点，盾尾同步注浆的压力因浆液注入点位置的不同而不同。盾尾四个注浆点的位置和相互关系如图2-8所示（图中尺寸仅为示意）。

经计算得出盾构拱顶水土压力，管道中的压力损失在盾构机厂内组装时已测定，则A1、A4点处注浆压力理论计算值为

拱顶水土压力 管道中的压力损失

最大注入压力为

（拱顶水土压力 管道中的压力损失）×1.25

最小注入压力为

（拱顶水土压力 管道中的压力损失）×0.75

A2和A3点处注浆压力理论计算值为

拱顶水土压力 管道中的压力损失 侧压力系数×γ’×H γ水×H

则最大注入压力为：

（拱顶水土压力 管道中的压力损失 侧压力系数×γ’×H γ水×H)×1.25

最小注入压力为：

（拱顶水土压力 管道中的压力损失 侧压力系数×γ’×H γ水×H）×0.75

实际操作过程中，可根据以上理论计算所得结果分别设定A1、A2、A3、A4点的注浆压力。

2.3.3注浆量和注浆压力的控制

壁后注浆的注入量受浆液向土体中的渗透、泄露损失（浆液流到注入区域之外）、小曲率半径施工、超挖、壁后注浆所用浆液的种类等多种因素的影响。虽然这些因素的影响程度目前尚在探索，但控制注入量多少的基本原则是不变的，就是要保证有足够的浆液能很好的填充管片与地层之间的空隙。

一般每环浆液注入量为3～4m3，施工中如果发现注入量持续增多时，必须检查超挖、漏失等因素。而注入量低于预定注入量时，可以考虑是注入浆液的配比、注入时期、盾构推进速度过快或出现故障所致，必须认真检查采取相应的措施，一般可采取加大注浆压力或在盾构掘进后进行补浆。

注入压力要考虑不同地层的多种情况，注入压力一般是2～4bar，由于考虑在砂质或砂卵石地层中浆液的扩散，所以注入压力要比在粘土中的注入压力小一些。

北京地铁五号线试验段的地层条件复杂多变，隧道开挖面土体可分为粘土层、砂性土层、砂卵石层三种。在粘土层盾构施工过程中，浆液实际注入量2.7～3.0m3左右，约为理论计算量的104～117%，与我们预计的基本相符。而在砂、砾石层区段进行的注浆，由于浆液的渗入深度较大，在4～10cm左右，浆液固结体厚度一般在20cm以上，浆液用量相应有所增加，在3.7～4.5m3左右，为理论计算量的161～195%，略超出预计值。