盾构法隧道施工同步注浆技术.doc

第16页盾构法隧道施工同步注浆技术1 盾构法隧道施工1.1盾构法隧道施工历史回顾盾构法是在软土地基中修建隧道的一种先进的施工方法，用此法修建隧道在欧洲、美国己有160年的历史。盾构机最早是由法国工程师M。I.Brunel于1825年从观察蛀虫在木头中钻洞，并从体内排出粘液加固洞穴的现象,从仿生学角度研制发明的。并于1843年由改进的盾构在英国伦敦泰晤士河下修建了世界上第一条矩形盾构（宽11.4m，高6。8m )隧道,全长458m。其后，P。 W.Bahow于1865年用直径2。2m圆形盾构又在泰晤士河下修建一条圆形截面隧道。1874年，J。H.Greathead第一次采用气压盾构,并第一次开始在衬砌背后进行压浆,修建了伦敦城南线地铁。18801890年间，用盾构法在美国和加拿大的圣克莱( St。Clair)河下建成一条直径6。4m，长1870m的Sarnia水底隧道.仅在纽约，从1900年后，使用气压盾构法先后成功地修建了25条重要的水底隧道.盾构隧道在用于修建地下铁道，污水管道时,得到了广泛的应用。前苏联自1932年开始用直径6。0m及直径9。5m的盾构前后在莫斯科、列宁格勒等地修建地下铁道的区间隧道及车站。在德国慕尼黑和法国的巴黎的地下铁道修建中，均使用了盾构掘进法.日本于1922年开始用盾构法修建国铁羽线折渡隧道.从六十年代起，盾构法在日本得到了飞速发展，土压平衡盾构就是七十年代发明的。我国第一个五年计划期间,在东北阜新煤矿，用直径2。6m的盾构进行了疏水巷道的施工。1957年起在北京市区的下水道工程中采用过直径2。0m及直径2.6m的盾构。上海从1960年起开始了用盾构法修建黄浦江水底隧道及地下铁道的实验研究，从1963年开始在第四纪软弱饱和地层中先后用直径4。2m、5。6m、10。0m、3。6m、3。0m、4。0m、6.2m等十一台盾构机进行了实验隧道,地铁区间隧道扩大实验工程、地下人防通道、引水及排水隧道工程等的施工。近年来又用国际上先进的土压平衡盾构（EPB)修建了地铁一、二号线，标志着中国的盾构隧道施工水平跨入了世界先进水平。盾构法施工经过一百余年的发展日趋成熟，能适用于各种水文地质条件下的施工（松软的、坚硬的、含水与不含地下水层），目前对盾构施工的研究研究分成两类，第一类是着眼于盾构机的改性研究，如:采用同步注浆法代替管片压浆法，采用土压或泥水压力来平衡开挖面的稳定性、盾构切割面形状的研究等等.第二类是研究盾构隧道推进过程中对周围地层的扰动,包括:盾构对前方土体挤压效应，地应力及地层孔隙水压力变化、地表变形及对周围建筑物、管线群的影响,盾构周围土体破坏方式，盾尾特性及压浆、超挖、推进速度、土仓压力等施工参数与地表变化的关系等等.1.2盾构法隧道的国内外研究成果著名教授R。B。Peck在1969年墨西哥召开的国际土力学和基础工程会议上，提出了隧道设计三大准则:隧道设计应保证安全，保证开挖面的稳定;不应对周围设施（地上及地下）产生太大的破坏和扰动;在寿命范围内能抵抗它所受到的各种影响。这三条准则至今仍为世界各国视为准绳，具体说来就是：在隧道掘进中，开挖面超载系数O.F.S 6，如遇到特别低的Cu值，要辅助以相应的平衡压力如气压、土压或泥水压力），使O.F.S小于6,所以根据特定地层的O.F.S值，可以作为选择掘进方式和盾构机类型的依据之一，也是决定辅助施工方法的关键因素.隧道施工中产生的短期及长期沉降（反映土层的扰动程度）要小;管片或内衬设计要合理，防止地下水的渗漏，并满足强度、刚度等要求。目前的生产及科研均围绕此轴心进行.盾构隧道中,控制盾构机切割舱压力(水、土)是掘进中最重要的一环，开挖面的稳定性跟土体特性、隧道几何尺寸，舱压均有关系。英国学者R。J。Mair在80年代通过Cambridge大学的离心模型机试验，揭示了稳定性与地表沉降的数据关系：当地表沉降大于直径的0.025倍时,临界压力为下临界压力（软土盾构隧道）。盾构机通过后,会对附近的土体产生扰动，表现为瞬时变形，塑性区的形成和扩展区。关于隧道施工引起的地表沉降的计算理论，大约是从几十年前在煤矿坑道的上方发生结构物的沉降和破损问题的研究开始的，而在软土地层中盾构隧道引起的地层移动和地表变形则只有30多年历史。关于盾构隧道地表变形的预估方法的探讨是较为活跃的,有许多成果、公式。日本学者小岛田长板于1978年提出了隧道周围土层“松动区域”和“压缩区域的概念计算地表沉降，并提出最大沉降量预报方法;墨西哥学者D。Resendiz和M。Romo根据开挖面应力释放和土体径向位移值，建立了包括应力应变关系、图性参数、几何参数的地表沉降预估公式.国内，侯学渊结合上海地区饱和软粘土盾构法的特点,提出了考虑时效的最大沉降量的预估法。2 注浆法的发展历史注浆技术是一项实用性强、应用范围广的工程技术，它已被广泛地应用于矿山、地下建筑、大坝、隧道、地铁、桥梁和土木工程等各个领域。主要用于减小岩土的渗透性、增加其强度或降低地基土的压缩性。为了达到预期目的，用钻机将注浆孔钻到预定土层后，将浆液以压力注入，直至注浆点周围孔隙或裂隙被浆液充填到满足设计要求为止.另外，注浆技术也被用来修复各种构筑物混凝上的裂缝。注浆技术己有200年的发展历史,其发明者是法国土木工程师查理斯贝里格尼（Charles Bering)。十九世纪初，他采用注浆技术修复被水流侵蚀了的挡潮闸的砾砂土地基。这是在基础工程历史上第一次应用注浆技术.人工“压浆泵”的首次使用是在1845年，由美国的W F沃森（W E Worthen)在一个溢洪道陡槽基础下注入水泥砂浆.1854年又进行了闸墩砌体的加固。那时,注浆仅用作处理地基，而不被认为是一种施工方法。化学浆液用于固砂是在1884年，由英国的豪斯古德(H osagood）在印度建桥时首次采用。自此,化学注浆法在印度问世。1886年，WR奎尼普尔（W R Kinniple)采用粘土水泥砂浆阻止尼罗河的达梅塔（Dmietta）和罗萨塔（Rosetta）坝基下的地下渗流。同时，英国研制了“压缩空气注浆泵，促进了水泥注浆法的发展.注浆技术的进一步发展和广泛应用是在矿井建设工程中,主要用于防止竖井开挖时地下水渗入。所采用的浆液是水泥浆液.1910年采用了自动记录压力表，对记录的注浆性状作了系统的研究，建立了注浆压力和渗透性之间的关系。1920年荷兰采矿工程师EJ尤斯登（Joosten)首次论证了化学注浆的可靠性，采用了水玻璃、氯化钙双液双系统的两次压注法，并于1926年取得了专利。注浆技术有系统的改进始于美国科罗拉多河上的胡佛(Hoover)坝基的帷幕注浆，为了补救因开挖基坑引起的裂缝,进行了加固注浆。根据胡佛坝基的注浆工程实践，首次制定了注浆工程设计和施工规范。上世纪40年代，注浆技术的研究和应用得到了迅速的发展,各种水泥浆材和化学浆材相继问世。特别是60年代以来,各国大力发展新型注浆材料，注浆工艺和设备得到了空前的进步，其应用范围越来越广。我国对注浆技术的研究和应用起步较晚，但发展较快。某些方面己达到世界先进水平。50年代初期我国开始了矽化法的研究，在固砂、防止湿陷性黄土的湿陷和加固构筑物方面作了大量的工作。同时，矿山行业逐渐采用了井巷注浆技术。50年代后期，在水坝的防渗和加固工程中逐渐应用。60年代以后，我国己开始注意化学注浆的毒害及环境污染问题，并提出一系列的改进方法，其应用范围日益广泛。3 盾构法隧道施工中同步注浆技术的运用3.1同步注浆浆液的填充机理同步注浆是盾构一边向前推进，一边不停地向管片背部建筑空隙加压注浆材料的一种注浆方法,用不间断的加压，使注浆材料在充入建筑空隙后，没有达到土体相同强度前，能保持一定的压力和土体相当,从而使地面沉降控制在最小的范围。使用同步注浆，注浆材料会向盾构开挖面渗透，影响盾构开挖面.上海地铁盾构采用的使由法国FCB公司引进的 6300mm土压平衡盾构(EPB),土压平衡盾构由于在切削刀盘内滞留切削土，盾尾带有密封装置,不会因注浆材料向盾构开挖面渗漏而影响盾构施工，是适合采用同步注浆施工的。目前双液型的注浆材料己经成为盾构工法中盾尾同步注浆材料的主流，同时在硬土地层中采用盾构工法，其盾尾的注浆材料应采用瞬间固结型材料，而在软土地层中则使用可塑状固结型注浆材料.注浆材料如果单纯从成分上可以分为单液型和双液型两种.单液型浆液是在搅拌机等搅拌器中一次拌和成为流动的液体，再经过液体固体的中间状态(流动态凝结及可塑状凝结)后，固结（硬化)。譬如常用的水泥砂浆类浆液。双液浆液通常是指化学注浆，即把A液水泥类）和B液(通常是水玻璃类作硬化剂）两种浆液混合，变成胶态溶液,混合液的粘性随时间的增长而增长，随之进入流动态固结和可塑态固结区。单液浆液由于水泥的水化反应非常缓慢，所以达到固结需要几小时至几十小时不等。特别是惰性浆液,不发生化学凝固，所以固结时间更长。而双液型浆液的凝胶时间通常很短（0秒60秒），按凝结时间来分，双液型浆液又可以被分为缓凝型、可塑型、瞬凝型三种类型。由于不同浆液凝结时间不一样，所以各自填充空隙的机理大相径庭:(1) 单液型浆液。如图3-1所示：第一批进入的浆液第二批注入的浆液第三批注入的浆液没有充填到的部位图3-1单液型浆液填充机理由于在单液型浆液在注浆时是没有完全自立性的流体,所以具有非常平缓的倾斜(由流动性的好坏决定）充填，形成后注浆液顺次推压先注的浆液,使浆液逐渐充填到前方的形态。由于是流体状压入，浆液易流失到管片背部建筑空隙之外其他部位(比如开挖面、周围土体等）并且易受地下水影响.而最应该注入的区域，特别是管片的顶端部位却很难充填到。(2) 缓凝型浆液（30s60s)，充填形态如图32所示。第一批进入的浆液第二批注入的浆液第三批注入的浆液没有充填到的部位图32缓凝型浆液填充机理在凝胶前，由于流动性非常好，所以和单液型浆液一样，可以实现平缓的小坡度的大范围的充填。凝胶后的浆液，在经过较短的可塑态区后,若再过渡到固结区（固体）,则浆液自身就不再流动。所以后来的浆液，在未凝胶前顶破固结体,渗到未充填部位后固结.此后反复充填固结渗入，边依次充填。由注入缓凝固结型浆液的模型注浆试验知道，实际的上部没有被浆液全部填充.这种缓凝型浆液，由于到凝胶止的时间较长，并且粘性小，容易流失到远处，所以对限定范围特别是隧道顶部的填充以及防止向开挖的泄漏较为困难.此外,在凝胶前的一段时间里易受地下水稀释，或出现材料分离，存在固结强度不均匀等缺点;但对涌水等止水的性能良好。（3）可塑性浆液(5s20s）。可塑态浆液从双液混合到固结的过程中，存在一个可塑态固结的,实用有效的时间范围。充填形态如图33所示。在可塑态固结区的保持时间内,首批注入的充填浆液、二批注入的充填浆液、三批注入的充填浆液均可以被依次压送到前方。因此在可塑态固结区保持时间内，即使连续注浆暂停几分钟小于保持时间），首批注入的浆液仍能较容易地被压送到前方。由此可以推断出注入可塑性浆液时，随着注入（填充）范围地扩大，浆液的依次压入，能作大范围的充填.此外，由于是可塑态固结，从后面压入，逐渐向前移动直到完全填充空隙，另一方面因为可塑态粘性非常高，所以很难向周围土体中扩散.模型试验的结果表明，浆液可以充填到上部的限定范围.有人从某泥水盾构背后注浆（浆液为可塑性浆液)的现场，拆卸管片时观察到的浆液填充的状态知道,尽管盾构的外径较大(6730mm ),并且仅为一点注浆，但仍能完全填充整个区域,且填充效果较好。第一批进入的浆液第二批注入的浆液第三批注入的浆液没有充填到的部位图3-3可塑性浆液填充机理(4）瞬凝型浆液.与可塑性浆液相比，可塑态固结区的保持时间短。设想对某一限定的空洞进行充填得到的充填形态如图3-4所示。第一批进入的浆液第二批注入的浆液第三批注入的浆液没有充填到的部位图34瞬凝型浆液填充机理首批注入浆液在凝胶时间和可塑态固结区的保持时间重合的一段时间内容易充填，但进入固结区后，固结体就不移动了，故不能同可塑态浆液被依次压送到前方。但是连续地从后面压入浆液，对首批固结体产生劈裂现象，在首批固结体的中心部位形成浆液的一个流通通路。通过该通路注入的浆液即可填充到前方。后继注入的浆液重复与过程完全相同的两过程的同时，依次把浆液送到前方去.若观察这种类型的连续注浆，就可以看到固结的浆液被连续不断的压到前方.但实际上如图34所示，后继浆液是通过位于固结浆液中心部位的通路被依次压送到前方而固结的，此时若使注浆连续停止数分钟,由于通路内浆液凝固，再开机注入时，可发现注入压力猛增，致使注入成为不可能，这是上述浆液通路被闭塞的原因所致.所以用这种瞬凝型浆液作注浆材料,其注入（充填）范围越大，注入阻力(压力)也越大，其结果很可能导致浆液被压入阻力小的周围土体中去。由于不能取得很大的注入范围(距离),所以施工使用受到限制(大断面盾构一点注入的情况等）,在进行同步注浆施工时容易造成事故.3.2盾构同步注浆的目的盾构同步注浆就是在隧道内将具有适当的早期及最终强度的材料，按规定的注浆压力和注浆量在盾构推进的同时填入管片背部建筑空隙内。其目的是:尽早填充地层，减少地表沉陷量，保证周围环境的安全。确保管片衬砌的早期稳定性和间隙的密实性。作为衬砌防水的第一道防线，提供长期、均质、稳定的防水功能.作为隧道衬砌结构的加强层，使其具有耐久性和一定的强度。同步注浆是通过同步注浆系统及盾尾的注浆管，在盾构向前推进、管片背部建筑空隙形成的同时进行，浆液在空隙形成的瞬间及时填充,从而使周围土体及时获得支撑。可有效地防止岩土的坍塌,控制地表的沉降.在地层稳定性差，采用EPB模式掘进时,同步注浆的重要性更加突出和明显。3.3盾构同步注浆系统同步注浆系统为自动注浆系统,使用的注浆泵为全液压双缸双出口活塞注浆泵，该泵由电动液压泵站提供动力。浆液在搅拌站配置好以后，由砂浆运输车（带搅拌叶片）运至注浆站，通过软管抽送至砂浆存储罐内（即搅拌罐），连接好注浆管路，并在设定压力，流量后进行注浆。3.4同步注浆主要技术参数3。4。1注浆压力盾构工法中的同步注浆即向管片背部建筑空隙中充填足够的浆液，注浆压力必须克服地下水压力、土压力及管阻摩擦力等才能将浆液送到空隙中,达到填充作用，但是注浆压力又不能太大,否则会对周围土层产生劈裂作用。因此必须以一定的压力压送浆液，才能使浆液很好的遍及管片的外侧.下面我们通过理论分析来计算理想注浆压力.下临界注浆压力下必须维持土块BCEF的稳定，使之不下塌；上临界必须维持土块ABCDEF的稳定,使之不隆起。理想的就落在这个范围内。因为实际土体塌落范围为，若将上下临界值分别乘以及除以一个安全系数。(n=1。52.5），就可以逐步逼近最优值。根据静力学分析：加上沿程管路阻力损失值：其中：为沿程阻力系数，当浆液层流时，为64/Re; Re为雷诺数；v为流动速率;l为浆液压入口到压出口的长度(没有包括由于管子弯曲、变截面引起的阻力损失)；d为管子内径.所以理想的注浆压力为：。当n的选取满足:根据以上公式分析得，对上海地铁盾构，在取=16Kpa， H=11. 0m， =0时，得到：n=2.18,=220Kpa，而=100200Kpa，故最佳的注浆压力为=320420Kpa。从上述结论可知,以上的注浆压力和国外研究的是吻合的.实际上，在上海地铁盾构施工中,注浆压力正是大约在0. 3Mpa0. 4Mpa,为拱顶土压的2倍以上，并略大于隧道拱底的土压力，在管片背面测得的浆液压力大概为0.2Mpa，原因正是注浆时沿管道产生压力损耗，并且管口有扩散效应。从以上可以看出，上海地铁的同步注浆的注浆压力是合适的。初期阶段，为了保证管片背部建筑空隙得到充分填充，曾特意尽可能用较高压力进行注浆，但是出现过螺栓断裂甚至管片从顶部坠落的事件。目前，一般采取的是设定一个稍微偏高的注浆压力并同时进行注入量的管理。3。4。2注浆量注浆量的确定是以管片背部建筑空隙量为基础并结合地层、线路线性及掘进方式等考虑适当的饱满系数，以保证达到充填密实的目的。根据施工实际，这里的饱满系数包括由注浆压力产生的压密系数、取决于地质情况的土质系数、施工消耗系数、由掘进方式产生的超挖系数等。一般主要考虑土质系数和超挖系数。土质系数取决于地层特征，一般取值为1. 11.5。在完整性好、自稳能力强的硬质地层中，浆液不易渗透到衬砌周围的土体中去,可取较小土质系数甚至不用考虑。但在裂隙发育的岩质地层或以砂、砾石为主的大渗透系数地层浆液极易渗透到周围的土体中，因此对这样的地层应考虑较大的土质系数，可取1.31.5。在以粘土、粉砂为主的小渗透系数地层中,浆液在注入压力的作用下也会对土体产生劈裂渗透，故也应考虑1. 11。 3的土质系数。超挖系数是正常情况下管片背部建筑空隙的修正系数，一般只在曲线段施工中产生(直线段盾构机机体与隧道设计轴线有较大夹角时也会产生,其值一般较小可不予考虑)，其具体数值可通过计算得出。以上饱满系数在考虑时需累计.同步注浆量经验计算公式：V充填体积(盾构施工引起的空隙,）；注浆率（一般取130180% )；D盾构切削外径;D预制管片外径；L回填注浆段长度，即预制管片衬砌每环长度。3.4。3注浆速度注浆速度由注浆泵的性能,单环注浆量确定，应与掘进速度相适应。3.5注浆材料及配比同步注浆材料为水泥砂浆，由水泥、砂、粉煤灰和水组成，外加剂为膨润土等.从施工中的浆液配比使用情况分析，初步得出如下几点结论:（1）对于较坚硬，有其一定的自稳能力的岩层,要均匀地充填地层，就必须增加浆液的流动性，因此浆液配比要在保证砂浆稠度、倾析率、固结率、强度等指标的基础上延长其凝胶时间，控制在1230 h，以获得更为均匀的填充效果。 （2)对于较软弱、其自稳能力较差的岩层，注浆后希望能尽快获得浆液固结体强度，因此浆液配比要保证砂浆的固结率和强度,并将凝胶时间适当缩短为57 h，以便在较短的时间内加固地层，增强地层的稳定性。 （3）在富含水地层中，要求浆液的保水性要好，不离析，凝胶时间为5 6 h。另外，若在同步注浆后还漏水,则应进行补注水泥水玻璃双液浆，以达到固结堵水的目的。(4)在盾构始发和到达段,总体上要求缩短浆液凝胶时间，以便在填充地层的同时能尽早获得浆液固结体强度，保证开挖面安全并防止从洞口处漏浆。由于各始发和到达段的地质条件不同，在此只能定性地下此结论。由此可见，同步注浆材料受地质条件、地下水状况、施工技术等多方而因素的影响，所以，要充分考虑这些因素，在满足设计要求的前提下，有针对性地进行配比设计，并根据现场实际情况进行调整，这样所配制的浆液，不但各项指标能满足施工要求，而且有良好的经济性，有利于降低施工成本。3。6同步注浆施工工艺注浆工艺是实现注浆目的、保证地面建筑物、地下管线、盾尾密封及衬砌管片安全的重要一环,因此必须严格控制,并依据地层特点及监控测量结果及时调整各种参数，确保注浆质量和安全。为了使环形空隙能较均匀地充填,并防止衬砌承受不均匀偏压，同时对盾尾预置的4个注浆孔进行压注,在每个注浆孔出口设置分压器，以便对各注浆孔的注浆压力和注浆量进行检测与控制，从而获得对管片背后的对称均匀压注。同步注浆施工工艺流程见图3-6.图3-6同步注浆施工工艺流程3.6.1质量保证措施(1）注浆前进行详细的浆液配比试验,选定合适的注浆材料及浆液配比，保证所选浆液配比、强度、耐久性等物理力学指标符合设计施工要求。（2）制订详细的注浆施工设计和工艺流程及注浆质量控制程序，严格按要求实施注浆并进行检查、记录和分析，及时做出P(注浆压力） Q(注浆量）t （时间)曲线，分析注浆效果，反馈指导下次注浆。(3）根据洞内管片衬砌变形和地面及周围建筑物变形监测结果，及时进行信息反馈，修正注浆参数及设计和施工方法，发现情况及时解决。（4)做好注浆孔的的密封，保证其不渗漏水。(5)做好注浆设备的维修保养及注浆材料供应，保证注浆作业顺利连续不间断地进行。3.6.2注浆结束标准同步注浆结束标准为注浆压力达到设计压力，注浆量达到设计注浆量的80%以上。对注浆不足或注浆效果不好的地方进行补强注浆，以增加注浆层的密实性，提高防水效果。3.6.3结论（1)在自稳能力较强的中风化、微风化岩地层中,选用敞开模式或半敞开模式开挖,同步注浆压力约为0。1MPa。（2）在自稳能力较差的强风化、全风化岩地层和粘土层中，选用土压平衡模式开挖，同步注浆压力为0。150.2 MPa，必要时进行二次补强注浆以及采取地层加固辅助施工措施.(3）在有较大涌水的地层中选用土压平衡模式开挖，同步注浆压力可适当增大，至少大于地下水压力。另外，对同步注浆效果不好的地段进行二次补强注浆，以获得有效的充填效果。（4）针对不同的地层选择合适的浆液配比，进行同步注浆。在自稳能力较强的地层、且在基本无涌水的情况下，选用凝胶时间较长（12 h）的浆液配比,可增加浆液的流动性，以利于获得均匀的充填效果;在自稳能力较差的地层中,应选用凝胶时间较短(一般为57 h）的浆液配比，以利尽快获得注浆体的固结强度，防止盾尾空隙内的岩壁塌陷造成地层损失，确保管片的早期稳定性；在地层有较大涌水的情况下，应选用保水性强、凝胶时间较短的浆液配比,如采用水泥水玻璃双液浆进行补强注浆，以达到固结堵水的目的.( 5)在自稳性差的软弱粘土地层中，盾构向前推进，土体露出后很快就可能坍塌，待进行注浆时管片背部建筑空隙可能己经很小。因此,同步注浆时，可适当增大注浆压力，以获得更好的充填效果。（6）在富含水地层中注浆，要求能迅速阻水，快速充填，即要求浆液凝固时间短、粘性大、保水性强、不离析.若掘进时确定土压或气压，则应尽量确保盾尾密封完好,以防土舱中的水由盾尾被压入管片背后。当管片背后己被水充填时，则需提高注浆压力以便地下水随着浆液的推进被挤入土体中。3.7同步注浆效果评价3.7。1同步注浆充填率对地表沉降的影响对于中风化岩地层，采用敞开模式开挖。然而由于注浆量不足，注浆填充率小于1，累计沉降达9.4 mm。注浆填充率为1。2左右的地段，地表沉降相对较小，一般沉降量小于5mm。在全风化岩或强风化岩地层中，开挖模式由敞开模式改变为土压平衡模式.但由于在开挖模式转变过程中，没有建立合理的土压力，注浆填充率仍采用1.2左右，相对于该地层填充率偏小，所以出现较大地表沉降，最大沉降值达到39.2 mm .在中风化岩和微风化岩地层中，局部为硬塑残积地层，因该段穿过火车站，为确保铁路安全，仍采用土压平衡模式开挖，注浆填充率大于1。3，这些措施有效地控制了地表沉降，其地表沉降小于5mm。3.7.2采用超声波检测同步注浆效果超声波检测是通过注浆前后超声波波速提高幅度的方法来分析注浆质量和效果的,测试仪器采用SYC- 2型声波岩石参数测定仪和FSS型换能器。在检测注浆效果时，通过岩体声速变化规律和测孔注浆压力、注入量等情况进行分析，得出以下结论:（1）若注浆后信号较弱，声速较低，说明岩层裂隙较多，注浆不足，岩层裂隙没有得到很好地充填;若注浆后波形信号明显，声速值较高，则说明随着注入浆液的充填、固结，形成了比较致密完整的岩体。（2)在围岩松动圈范围内声速变化较大.而在松动圈范围外声速值、波幅值变化不大。这是因为：松动区域围岩较破碎,注浆时进浆量较多，注浆压力由小到大变化，故此区域声速提高幅度也大,这样可测出浆液的有效扩散距离。超声波速度是岩体超声波测定的主要参数之一也是衡量岩体结构的主要指标。用超声波检测注浆质量及效果.主要是将其声速测定的结果进行分析和研究。注浆后声速幅度值越大.说明裂隙被充填越密实.注浆质量和效果越好。从而达到了充填间隙和固结堵水的目的。4 注浆施工中存在的问题及其对策4。1注浆造成的地表沉降超限4。1。1造成地表沉降过大的原因（1)软土地层中没有进行同步注浆.采用管片注浆孔同步注浆的施工过程，如果没有严格的过程控制，或者注浆液初凝时间设定不合理，往往做不到真正意义的同步注浆。(2)掘进过程仅以注浆量为控制指标，限定每环的注浆量范围，导致注浆量偏少，不能有效地对盾尾间隙进行填充。这大多发生在以下情况：某些特殊地段或较小的转弯半径上，土层损失加大；由于地质条件或其他特殊原因，掘进过程某环出土量剧增，而没有相应增大注浆量；地层特性变化，却没有相应调整注浆量，如从粘土变为砂土、从粘土变为裂隙水丰富的风化岩层等情况；盾构机在粘性较高的粘土层掘进时,后壳外壁会附着一层较厚的固结土体，与盾构机同步前进，无形中增大了盾尾间隙。从已有盾构隧道的施工情况石,硬壳层厚度可达10cm。(3）浆液强度过低，或浆液和易性差，易离析而渗透到地层中,发生浆液损失。浆液拌和时的投料顺序也可能对浆液强度造成较大影响.（4）某些浆液凝结后，自身收缩量较大；或者双液浆过早初凝,未能有效填充盾尾间隙。（5)浆液流动性太好，隧道管片最重要的顶部出现无浆液填充;或者双液浆混合不充分，在土中逐渐流失。(6)没有与监测紧密结合，并以监测成果指导施工.从盾构机掘进过程的地表沉降规律来看,一般盾构机前方地表沉降量在5 mm内时，盾尾穿越这个位置时沉降不会超出规范允许的30 mm.因此，当监测结果显示前方沉降量超过5 mm，又没有及时采取有效注浆措施，沉降超出规范允许范围的可能性相当大。4。1。2造成地表隆起的原因(1）注浆压力过大,注浆量偏高。主要在土质软弱的地层出现。如南京某盾构掘进过程,当盾构机经过建筑物时,增大了盾尾注浆压力，盾尾己脱出建筑物下方后，没有及时调整压力，地表出现隆起，甚至有少量浆液沿地层裂隙冒出，污染地表。又如某盾构机在流砂地层始发时,因端头加固质量和洞门密封效果均较差，掘进过程前方有大量流砂涌入，由于其位于一重要道路门下方，为防止地表下沉，采用了二次注浆进行补充注浆，但因为没有控制好注浆压力和注浆量，注浆结束后发现道路中间鼓起近1 m高的小山包,造成交通堵塞，花费了大量财力和时间进行处理。（2)隧道顶部有连通至地表的渗水通道。如原地质勘探孔，如果没有封堵或封堵效果不佳,浆液会沿该孔喷出或渗出地表，这不仅严重污染地面环境，还可能造成地表隆起。4.2注浆液从盾尾流入（1)注浆压力大时，浆液会沿着盾壳流入土仓中,进而从螺旋输送机输出；而注浆压力一旦大于盾尾密封的承压能力,将击穿后尾密封。如果没有及时对后尾密封注入油脂,浆液在盾尾刷中凝固后，会使盾尾密封失效,严重影响施工安全。(2)管片构造不合理，也会造成注浆液的渗漏.如某盾构管片设计时，过多地考虑了管片拼装过程可能发生混凝土面碰撞而破损的问题，将外弧面接缝处设计成斜角.由于这个接缝的存在，注浆压力稍高，浆液即会沿着盾壳与管片之间的间隙流入.在富水砂层掘进时，外部水土也会沿接缝流入。为解决这个问题,施工过程中必须加大盾尾油脂的自动注入压力，同时密切注意掘进过程发生渗漏的部位,及时用手动注入方式在相应位置补充油脂。这种管片构造形式导致盾构掘进过程的盾尾油脂消耗量增加1/2以上。4。3管片上浮管片脱出盾尾后上浮的原因主要有：(1)地质情况。从南京地铁盾构施工情况看，淤泥质粉质粘土层的上浮量大于砂层，而从广州地铁盾构施工情况看,中、微风化岩层管片上浮量较大；(2）浆液选型不当，导致浆液早期强度偏低,不能及时与围岩土体形成共同作用;(3)浆液初凝时间控制不当，没有及时填充盾尾间隙或填充效果不佳;（4)注浆位置选择不当，采用管片注浆孔注浆时,以中下部注浆孔为注浆孔位。广州、上海、南京等地铁盾构施工中,都不同程度地出现过管片脱出盾尾后上浮的现象。近期在某城市盾构施工中，管片脱出盾尾后最大上浮量达170 mm。分析管片上浮原因,不仅仅与地层情况有关，浆液的种类、配比、注浆压力、注浆位置等都会对管片上浮产生一定影响。以上工程实例,所用盾构机是土压平衡盾构，盾尾间隙15cm,在微风化砂岩中掘进，由于采用了惰性浆液作为注浆材料，浆液初凝时间长，强度与围岩强度相差太大,隧道成形后，在裂隙水作用下上浮,而浆液无法快速凝结以抵抗浮力的作用,造成管片上浮。然而，浆液强度也不能过高，否则，会造成浆液过早凝固而堵塞注浆管路.4。4注浆系统管路堵塞管路堵塞是注浆过程最常见、最易发生的问题.注浆系统管路包括注浆管路堵塞、输浆管路堵塞等，主要是由于浆液初凝时间偏短、强度高、工序衔接不合理等原因造成。采用长距离管路输送的，尤其容易发生管路堵塞现象，浆液在管路中的损失量较大。如某城市一盾构隧道掘进初期,拟采用通过盾尾注浆管进行注浆的同步注浆系统,计划下一环浆液的拌制在上一环管片拼装时即开始，但由于管片拼装花费时间过长，期间没有对浆液采取任何处理措施,架上掘进速度很慢，导致浆液堵塞了同步注浆管,因没有配备专用疏通工具,导致浆液在注浆管中凝固,最后只能变换注浆工艺，采用管片注浆孔进行注浆。4.5管片注浆孔渗漏从管片注浆孔进行注浆时,如果处于砂层、流塑状淤泥质地层或地下承压水较高的地层中，开孔时，外部的水土很可能涌入而造成隧道偏移，地表沉降.4.6盾构注浆主要控制措施(1）盾构机设计制造时，应根据地层情况，选择不同的盾尾注浆方式。在条件允许的情况下,尽可能采用通过安装在盾尾的注浆管进行同步注浆的方式，注浆过程应设计为自动控制.并将通过管片注浆孔注浆作为备选注浆方案或补充应急方案。（2)合理选择注浆液类型。惰性浆液初凝时间长，制备成本低,在上海等软弱地层为主的地区应用较为广泛，但由于其强度较低，抗渗性能差,不利于隧道衬砌的早期稳定和隧道防渗效果.硬性浆液制备成本相对较高，初凝时间较长，早期具有一定强度，对于隧道衬砌的稳定较为有利。双液浆初凝时间很短，强度高,相对另外两种浆液而言，注入量最少，沉降量最少，注浆效果最佳，广泛适用于各种地层，但施工工艺较为复杂，施工过程控制要求较高。根据隧道区段变化而调整。在靠近洞门和联络通道前后的注浆，应提高浆液强度和抗渗性能；洞门结构和联络通道施工前,还需用双液浆等进行一次注浆补强。根据地质情况变化而调整.正式掘进前,应根据地质勘探和补充地质勘探成果，进行浆液配合比试验,最好是单液浆和双液浆配比均准备2组以上;浆液初凝时间、早期强度和28d强度均满足与围岩共同作用的要求；液化地层,还应进行浆液抗液化试验。根据浆液运输方式选择。（3)合理选择注浆压力、注浆量、注浆位置。正常施工阶段,以注浆压力控制注浆量,沉降控制要求相当高的地段，采用注浆压力和注浆量双重控制标准。为防止盾尾被击穿，注浆压力不能大于盾尾密封所能承受的设计压力,一般不宜大于0.4 MPa。（4）加强管片沉浮的监测，摸清盾构机通过不同地质断面的沉浮规律,以相应调节盾构机姿态和注浆参数。为控制管片上浮，并防止因浆液流动性好而造成隧道顶部出现无浆液填充现象，在通过盾尾注浆管的同步注浆过程中,宜将位于上部的两根注浆管注浆压力和注浆量提高;在通过管片注浆孔注浆的操作中,一般应选择在顶部的2片管片注浆。（5）合理选择管片外弧面接缝构造形式。(6）通过地面沉降监测成果指导盾尾注浆施工，当盾构机某环掘进过程发现出土量远超出理论方量时，则有可能前方地层发生坍塌，应增加盾尾注浆量。(7）制订详细的注浆施工设计和工艺流程及注浆质量控制程序，严格按要求实施注浆、检查、记录、分析,及时做出P(注浆压力）Q（注浆量）-t(时间)曲线，分析注浆效果，反馈指导下次注浆。(8）盾构掘进指令要和浆液拌制指令相配合，避免过早拌制浆液后发生堵管。盾构机停机前应用膨润土等将注浆管充满，以防浆液回流而堵塞注浆管.同时,配备专用疏通器具，制定有效的疏通措施,使注浆管堵塞时能得以及时疏通。(9)在砂层或透水性高的地层掘进时，若通过管片注浆孔进行注浆，应在管片制造过程即考虑在注浆孔位置理设逆止阀.