盾构工法中的衬砌背后注浆施工工艺.doc

20 盾构工法中的衬砌背后注浆工艺

20.1 总则

20.1.1 合用范围
本标准合用于盾构法施工的隧道。
20.1.2 编制参考标准及规范
20.1.2.1 地下铁道工程施工及验收规范(GB50229－1999)
20.1.2.2 盾构法隧道施工技术及应用.周文波编著.中国建筑工业出版社.2023年11月
20.1.2.3 盾构隧道施工手册.张凤祥、傅德明、杨国祥、项兆龙 编著.人民交通出版社.2023年6月
20.1.2.4 盾构隧道.张凤祥、朱合华、傅德明 编著.人民交通出版社.2023年9月

20.2 术语

20.2.1 背后注浆
指向管片背后的空隙填充固结性浆液，用以控制地层变形，它是盾构工法中必不可少的一道施工工序。
20.2.2 注入时期
指往衬砌背后注浆在何时进行，它与注浆作业与掘进作业的时间关系有关。
20.2.3 浆液泄漏
由于盾尾密封不严，注入的浆液由盾尾间隙泄漏。
20.2.4 二次注浆
指一次注浆未达成设计规定期进行补充注浆。在以下3种情形中应进行二次浆：
(1)一次注入中未填充到的部位。
(2)一次注入的浆液发生了体积缩减。
(3)需要提高抗渗效果。

20.3 施工准备

20.3.1 技术准备
根据土质条件和盾构具体情况设计注浆方案，涉及以下几方面：
(1)注浆浆液；(2)浆液注入时期；(3)注入量和注入压力；（4)防止浆液泄漏；(5)二次注浆；(6)注浆设备。
20.3.2 材料准备
图20.3.2.1 根据土质条件选择背后注浆浆液
20.3.2.1 根据土质条件选择注浆材料，见图20.3.2.1。
20.3.2.2 根据注入方法选择注浆材料。一般情况下，同步注浆时多采用单液浆，非同步注浆时多采用双液浆。
20.3.3 重要机具
20.3.3.1 材料贮藏。有纵型筒仓和横型筒仓两种，可按现场条件选用。
20.3.3.2 材料计量。通常粉体计量重量，液体计量体积，分别配备计量器具。
20.3.3.3 拌浆机。有搅拌式和旋喷式两种，以搅拌式使用较多。搅拌式拌浆机由圆筒形罐和旋转叶片构成，有单槽型、横双槽型、上下双槽型等多种。
20.3.3.4 贮浆槽、料仓。搅拌好的注浆材料在注浆之前需用贮浆槽或料仓贮存。
20.3.3.5 注浆泵。浆泵有适于压送浆液的压送泵和适于注浆的注入泵两种。
20.3.3.6 注入输浆管。输浆管的口径直接影响到管的阻力和泵的功能。
20.3.4 作业条件
根据注浆方式拟定各种机具的布置，优化作业条件，方便施工作业。
20.3.5 劳动力组织
根据施工进度安排和工程数量，按劳动定额和和工班组织安排劳动组织计划。每工班每台注浆设备劳动力配备机手2人，搅拌工2人，辅助工4人，远地运送工若干。

20.4 工艺设计和控制规定

20.4.1 技术规定
20.4.1.1 注浆的最佳时期是在盾构推动的同时注入或者推动后立即注入，注入的宗旨是应完全填充尾隙。
20.4.1.2 土质条件是拟定注入工法的先决条件，对易坍塌的均粒系数小的砂质土、含粘性土少的砂、砂砾及软粘土地层，必须在尾隙产生的同时立刻进行注浆。
20.4.1.3 尽量减少对管片拼装的干扰是拟定注入工法的重要因素，为此，对于土质坚固，尾隙能维持较长时间的地层，可不必规定同步注浆。
20.4.1.4 对于泥水盾构，应选用对切削泥水无影响的浆液材料。
20.4.1.5 对于地下水含量大的砂砾地层，应选用不易被水稀释的浆液材料。
20.4.1.6 制浆规定
(1)必须严格遵循注浆材料的混合顺序，否则将无法达成预期效果。
(2)拌和时间要连续，不能间断。
(3)材料应严格按设计规定配置，杜绝使用风化固结水泥及混有杂物的砂。
20.4.1.7 运送规定
(1)运送过程中要使用搅拌装置，保证浆液在运送过程中不出现离析现象。
(2)需要运送时应使用固结延迟剂。
20.4.1.8 注浆规定
(1)注浆前，应检测从注入孔到泵的输浆管接头的好坏。
(2)注浆时，应密切观测注入孔位置的阀门和泵的工作状况；观测注浆压力和注入量。
(3)在注入结束时，应注意从注入孔阀门的关闭到移动输浆管的工作顺序。
(4)取下注入孔的阀门时，应装上柱塞。
(5)管片出现破损、上浮等现象时不能注浆。
(6)当浆液从管片外漏时，应停止注浆，待采用措施后再行注入。
(7)作业结束后，作业员必须对制浆设备、泵、输送管、注入管等进行彻底地清洗，不能留有废液残余。
20.4.2 材料质量规定
20.4.2.1 浆液对尾隙的充填性好，且不会流失到尾隙以外去。
20.4.2.2 浆液流动性好、离析少。
20.4.2.3 浆液应具有不易受地下水稀释的特性。
20.4.2.4 材料分离少，以便能长距离压送。
20.4.2.5 初期强度能均匀，其强度值能与原状土相称。
20.4.2.6 凝结后体积变化小、渗透系数小。
20.4.3 职业健康安全规定
20.4.3.1 在制浆阶段由于涉及到粉体，故应特别注意使用防尘面罩和胶皮手套。
20.4.3.2 在注浆现场应保持良好的通风。
20.4.3.3 在拌浆、冲洗设备时，应注意不要被搅拌机卷入，不被泵的皮带夹住。当制浆场地湿滑时(特别是泄露的水玻璃非常之润滑)，应及时解决，并特别注意防滑。
20.4.3.4 当取下注入旋塞时，假如管内有残存压力，则也许出现残液飞贱的现象，应注意防范。浆液假如溅到皮肤上必须用水冲洗干净，假如溅到到眼睛中除应立即用水清洗外，还应请医生解决。
20.4.4 环境规定
注浆过程不得对周边环境导致不良影响。应加强对周边水体和土体的检测，一旦发现浆液产生环境污染，应立即停止注浆，定出改正措施后才干继续施工。

20.5 施工工艺

20.5.1 工艺流程
注浆工艺流程见图20.5.1。
图20.5.1背后注浆工艺流程图(双液浆)
20.6.2 操作工艺
20.6.2.1 注浆方式
(1)直接压送式
由洞外拌浆设备直接把浆液压送到管片等注入口处。合用于盾构直径较小、推动距离较短的场合。
(2)中继设备式
由洞外拌浆设备把浆液压送到放置在后方台车上的中继设备上，由装在台车上的注浆泵进行注浆。合用于推动距离长、盾构直径较大的场合。
(3)洞内运送式
在洞外拌浆，浆液存于罐中，经洞内运送，用洞内注浆泵注入的方式。适于定量注入。
(4)洞内拌浆方式
把各种浆液材料搬到装在洞内后方台车上的洞内拌浆设备上，然后混拌注入的方式。可用于大直径隧道。
20.5.2.2 注入时期
背后注浆的最佳注入时期，应在盾构推动的同时进行注入(同步注入法)或者推动后立即注入(即时注入法)。本地质条件和施工条件许可时，也可采用后方注入法和半同步注入法。
图20.5.2.3 交替式同步注入法
20.5.2.3 注入方式
(1)后方注入式：从数环后方的管片上注入浆液。
(2)即时注入式：掘进一环后立即注入一环。
(3)半同步注入式:注浆孔从尾封层处伸出，在推动的同时进行跟踪注入。
(4)同步注入式:在盾构推动过程中进行跟踪注入（从盾尾直接向尾隙注入）。以同步注入式为例，又有：
①由安装在盾构机上的注入管直接向尾隙注入的方法；
②把管片上的注浆位置设立在管片的端头上，边推动边注入的方法；
③运用管片上的前后两个注浆孔交替注入的方法(见图20.5.2.3)。
20.5.2.4 注入压力、注入量和注入顺序
(1)注入压力
①注入压力大体为地层阻力强度再加上0.1～ 0.2MPa，一般为0.2～0.5Mpa
②后期注入压力要比先期注入压力大0.05～0.1MPa。
③当注入压力大于0.5MPa时，也许导致管环变形，故对最高注入压力要慎重采用。当注浆时的阻力很大时，一定要加强观测与量测，控制注入压力在管环能承受的范围之内。
(2)注入量
根据设计注入量注浆，但要根据土体空隙率、注入损耗率(如长距离管道输送时的浆液损耗等)、超挖情况以及浆液是否为加气类等因素进行调整。实际注入量一般大于设计注浆量，约为130%～180%。
(3)注入顺序
背后注浆不仅仅是要充填盾尾空隙，还要渗透到盾构壳体周边，使之与周边土体紧密粘结。注入顺序宜先从隧道两腰开始，注完顶部再注底部，有条件时，最佳是多点同时进行注浆。
20.5.2.5 输浆管的疏通
图20.5.2.5 疏通球的种类
输浆管发生堵塞后，可采用在注入时往输浆管浆液中投放疏通球的方式来疏通，以消除粘附于输浆管壁上的沉积物。疏通球的种类多种多样，如图 20.5.2.5所示。
20.5.2.6 注入橡皮管
在使用双液型浆液的情况下，当注入结束时，应先停止B液的注入，只压送A液，随后停止A液。若不这样操作，则橡皮管内会产生注入浆液的固结物，影响继续注浆。
橡皮管的长度因洞内施工条件的变化而变化，并受浆液胶凝时间长短的支配。假如过长，则也许导致橡皮管的堵塞；假如过短，则浆液易在尾隙中凝胶或在地下水多时被稀释。
20.5.2.7 小曲率半径盾构的背后注浆
(1)注浆材料应具有初期强度高和急凝的特点。建议采用瞬凝固结型浆液，它能按限定范围进行背后注浆。
图20.5.2.7截止袋防止背后注入浆液流失实例
(2)为了防止浆液向工作面流动，可在管片背面设立截止袋，袋中注入浆液，可止住背后浆液向工作面的通路（见图20.5.2.7）。
(3)必须同时对盾尾和超挖的尾隙进行同步注浆，否则盾构千斤顶的推力无法准确地传递到后方，致使盾构发生变形和出现之字形轨迹。
(4)为了使千斤顶的推力能准确传递到后方，在管片组装后到下一轮推动中止的时间（约为1～1.5h)内，注浆的强度必须大于周边土体往盾构的横向挤压强度。
20.5.2.8 特殊地层中的背后注浆
(1)缺少自立性的超软弱粘性土地层，因不能形成盾尾空隙，其注浆方式类似于劈裂注浆，应使用瞬凝型、初期强度好且可实现限定注入的浆液。
(2)坍塌渗水地层，因注入时已出现土体坍塌，尾隙不存在了，故必须是可以向土颗粒间隙作渗透的浆液，其胶凝时间应稍长一点，粘性应较低一点。
20.5.2.9 自动背后注浆
盾构机的自动背后注浆已经实现，且已成为发展的方向，这方面的工艺是自动化进行的，涉及的重要是机械和自动化方面的内容，不在本章讲述之列。

20.6 质量标准

20.6.1 材料质量与配比
材料质量应严格符合规范与设计规定。材料配比原则上按注浆设计规定进行，但应根据现场实际情况，在确认注浆效果的同时，予以适当的调整。施工时必须使用合格的计量器具对配比进行准确的管理。
20.6.2 实验检查
对浆液定期进行实验检查，以确认质量符合规定。重要实验项目有流动度、粘性、析水率、凝胶时间、强度等。

20.7 成品保护

20.7.1 气温变化影响
环境温度的变化对浆液初期强度和凝胶时间的影响较大，要注意观测]气温与初期强度的关系，防止浆液质量发生变化。
20.7.2 材料管理
天天检查背后注入材料的使用量，以保证材料的合理供应。此外，还应检查配比是否异常。

20.8 安全环保措施

20.8.1 材料选择
应选用毒性小、污染少的注浆材料，从源头上控制污染。
20.8.2 施工作业
切实做好施工管理工作，尽量减少配制浆液过程中的撒漏和注入浆液的漏失。
20.8.3 解决措施
应严格采用措施，防止浆液流入地面水系统和人畜用水水源。一旦流入，应采用积极措施，按相关环境保护条例进行解决。

20.9 质量记录

20.9.1 注浆管理日报表
背后注浆管理日报表应记录注入环的序号、注入位置、注入压力、注入量等参数，还可以把这些参数用于注入率的计算、用料的管理、沉降量的监视等方面，并作成资料。通常可根据现场特点自行设计格式，参见表20.9.1。
背后注入作业日报表 表20.9.1
昼夜 值班员 年 月 日

20.9.2 质量登记表
根据浆液实验项目(如流动度、粘性、析水率、凝胶时间、强度等)制定相关登记表。根据需要可采用钻探或地质雷达等方式进行填充状态的调查，并制定相关登记表。