广州地铁3号线盾构区间同步注浆施工技术.pdf

隧道地下工程广州地铁3 号线盾构区问同步注浆施工技术孙立功，金花，庞旭卿，郭亚宇(陕西铁路工程职业技术学院，陕西渭南7 1 4 0 0 0)摘要：在盾构施工中，基于刀盘开挖直径与盾构管片外径问存在空隙、地质条件、地下水、隧道埋深、掘进模式等因素的影响，易造成地层变形、管片错台、隧道漏水等不良现象，因此要对管片背后的空隙选择合理的注浆材料进行充填。以广州地铁3 号线客一大盾构区间的施工实际情况为背景，对盾构施工中的同步注浆技术进行总结分析。关键词：盾构区间；同步注浆；施工技术中图分类号：U 4 5 5 4 3文献标识码：B文章编号：1 0 0 4 2 9 5 4(2 0 1 0)l O 一0 1 2 5 一0 31工程概况广州地铁3 号线客一大区间采用两条分离式的单线盾构隧道，单线长度l4 8 4I T I，两线间距1 5 2 1 1 2m，隧道纵断面埋深9 3 7m。混凝土管片衬砌，管片外径60 0 0m m，内径54 0 0m m，厚度3 0 0m m，宽度l5 0 0m m，环间采用错缝拼装。1 台盾构机施工，盾构机长83 2 5m m，刀盘直径6 2 8 0m m，盾尾直径62 3 0m m。该隧道主要穿越(7)岩石强风化带、(8)岩石中风化带、(9)岩石微风化带，岩性为泥质粉砂岩、(6)岩石全风化带；局部穿越(5 1)可塑或稍密状残积土、(5 2)硬塑或中密状残积土。隧道上方主要为中风化、强风化、残积层。通过地层属较软地层，岩质较均一，有一定自稳能力，但节理裂隙较发育，局部易碎裂坍塌。本区间下穿建筑物共1 5 0 栋，房屋层数多为2 9 层，以天然基础为主；有少量的高层，桩较长。2 盾构施工同步注浆技术本标段采用1 台海瑞克土压平衡盾构机进行施工。根据区间地质情况、地面建筑、掘进模式，采用以同步注浆为主，二次补浆和地面跟踪注浆为辅的3 种注浆形式。2 1同步注浆加固的机理2 1 1注浆填充加固关键因素充填性，限域性(防止流失)，固结强度(早期强度)。对浆液的特性要求如下。(1)充填性好，并不流窜到应填充空隙以外的其他地域(不流失到开挖面及围岩土体中去)。收稿日期：2 0 1 0 0 4 0 6；修回日期：2 0 1 0 一0 7 一1 9作者简介：孙立功(1 9 6 4 一)，男，教授，1 9 8 6 年毕业于兰州铁道学院铁道工程专业E-m a i l：l i g o n g s u n 2 9 9 7 1 2 6 C O I I I。铁道标准设计R A I L W A YS T A N D A R DD E S I G N2 0 1 0(1 0)(2)浆液流动性好，离析少，以便能长距离压送。(3)浆液注人时应具备不易受地下水稀释的特性。(4)背后注浆填充后，希望早期强度能均匀，其数值与原状土的强度相当。(5)浆液硬化后的体积收缩率和渗透系数要小。(6)无公害、价格便宜。上述部分条件是相互矛盾的，所以实现上述目标并不是一件容易的事。客一大区间同步注浆选用水泥砂浆，是单液浆，此浆液的优点是流动性好，凝固后强度大；缺点是初期强度小，易流失，常会从受损或脱落的止浆板流入盾构机的土仓，造成浆液浪费，也易使隧道管片背后最重要的顶端部位出现无浆液充填的现象。2 1 2 单液浆液硬化特性及注浆机理单液浆液在搅拌机等搅拌器中一次拌和成为流运的液体，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)。但是，由于水泥的水化反应非常缓慢，所以达到固结需要几个小时。因此注入时要求浆液是流动性好的液态，以利于充填。客一大盾构隧道主要穿过有一定自稳性的强风化带和中风化带，针对此地层，水泥砂浆的注浆机理可用4 种模式来表示。海瑞克盾构机在盾尾设计有止浆板，为防止浆液和地下水倒流到盾体外部，或进入土仓，但往往在盾构机掘进一段后，止浆板就会堕掉(由于盾体与土体之间的摩擦)。在盾构始发的1 0 0 多m 内，止浆板一般比较完整，同步注浆的浆液不会流窜到土仓，注浆压力容易建立，管片顶部容易注饱满。止浆板完整时的注浆模式如图1 所示。注：最先注入的浆液；第二批注入的浆液；第三批注入的浆液；未充填到的部位。图1止浆板完整时的注浆模式盾构机掘进一段后，部分止浆板脱落，同步注浆压力在管片顶部无法建立，浆液顺脱落的止浆板流人土仓，若不采取措施，管片顶部注不饱满，形成空壳，易引起地面沉降。部分止浆板脱落后注浆的模式如图1 2 5万方数据隧道地下工程2 所示。注浆孙立功，金花，庞旭卿，等一广州地铁3 号线盾构区间同步注浆施工技术图2部分止浆板脱落后的注浆模式盾构机从客一大盾构始发端大塘工地始发时，止浆板未受磨损，非常完整，所以大塘端洞门注浆很饱满，洞门渗水小。盾构机中间风井二次始发时，有1 4 止浆板脱落，而且没能及时修复，所以风井始发洞门无法注饱满，漏水严重。下面是两种洞门注浆模式。止浆板完整时的洞门注浆模式如图3(盾构第一次始发)所示。罄图3 止浆板完整时的洞门注浆模式无止浆板时的洞门注浆模式如图4(盾构风井始发)所示。一掘进方向镶图4 无止浆板时的洞门注浆模式由图1 一图4 可见，单液型浆液在注入时完全没有自立性的流体，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。2 2 同步注浆加固设备海瑞克盾构机自带自动注浆系统，使用的两个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。搅拌站采用四川核工业部出产的J D Y 5 0 0 C 型搅拌机，配有自动上料和电子计量系统。每锅进料8 0 0L，出料5 0 0L，搅拌时间2 5 3 0s，每小时拌浆量2 5m 3。运浆车是隧道局生产的8m 3 运浆车，带有自动搅拌系统。拌和站到运浆车的下浆管采用,6 2 0 0I T I I T l的铁管，下浆管靠近储浆罐一侧安装阀门。运浆车到盾构机砂浆存储罐的上浆管采用4,1 0 0m m 的软管。2 3同步注浆加固施工工艺浆液在搅拌站配置好以后，则砂浆运输车(即搅拌叶片)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，并设定压力、流量进行注浆。在每个注浆孔出口设置分压器，以便对各注浆压力和注浆量进行检测与控制，从而获得对管片背后对称均匀压注。注浆流程见图5。坑外竖井内坑内注人材料渺于、水泥、粉煤灰、水、膨润土、添加剂等)计量器灰浆拌和贮液罐搅拌器压送注入泵管道压送泵l 管道后方台车旋转搅拌罐注入泵专用运输乍旋转搅拌罐f(运输)搅拌装置H 盾构机开始掘进垄尘图5 注浆流程2 4 同步注浆加固材料同步注浆材料为水泥砂浆，由水泥、砂，粉煤灰，膨润土，水和添加剂等组成。2 5同步注浆加固主要技术参数客一大区间各里程地层变化明显，浆液配比必须适应地层特性。每m 3 各种浆液配比见表l 表4。表1洞门浆液配比k g m 3水泥粉煤灰膨润土砂减水剂水l8 02 7 07 08 4 024 1 n表2(6)全风化带、(5-1 、残积土中浆液配比k g m 32 6 同步注浆量确定注浆量的确定是以盾尾建筑空隙量为基础并结合地层、线路及掘进方式等考虑。适当的饱满系数，以保证达到充填实的目的，根据施工实际，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。一般主要考虑压密系数和超挖系数。以上饱满系数在考虑时须累计。同步注浆量经验计算公式1 2 6铁道标准没-R A I L W A YS T A N D A R DD E S I G N2 0 1 0(1 0)万方数据孙立功，金花，庞旭卿，等一广州地铁3 号线盾构区问同步注浆施工技术Q=q,h式中q 充填体积；q=”(b 2 一d 2)L 4其中g 盾构施工引起管片背面的空隙，1 1 1 3；6 盾构切削外径，n l；d 预制管片外径，1 1 1；L 回填注浆段长即预制管片每环长度。A 注浆率；A=a 1+2+0 3+口4+1其中a 压密系数，取0 3 0 5，土质系数，取0 0 5 0 1 5；口，施工损耗系数，取0 1 0 2 0；口。超挖系数，取0 1 0 2。在(6)全风化带、(5 一I)、(5 2)残积土中注浆率取1 2 0 1 5 0，在(7)强风化带、(8)中风化带、(9)微风化带注浆率取1 8 0 一2 1 5。从目前的施工实际来看入均位于1 3 5 一2 1 5，这与工法、土质、浆液及注入压力等因素有关系。2 7同步注浆压力确定及控制2 7 1注浆压力确定注浆压力主要取决于地层阻力，但与浆液特性、土仓压力、设备性能、管片强度也有关系。注浆压力通常为0 1 0 3M P a，一般计算是不准确的，必须结合现场实际情况和地面沉降监测分析数据来确定。本工程注浆压力统计结果是：(6)及以下的地层中，一般在0 1 5 0 3M P a；(7 9)的岩层中，注浆压力取决于围岩条件和裂隙水压力，一般在0 1 0 1 5M P a。洞口注浆压力0 0 6 0 1 5M P a。混凝土管片，当注入压力为4M P a 左右时，K 型管片的螺栓会被剪断。2 7 2 注浆压力控制注浆过程有注浆压力、注浆量两个控制标准，以注浆压力控制注浆过程为主；如果地层自稳性好，地下水压小时，以注浆量控制为主。客大盾构区间盾构始发的前2 0 0m 内是(5 、(6)号地层。理论注浆量为6 0m 3，海瑞克盾构机注浆泵为活塞式注浆泵，每冲程理论的注浆量为1 2L，由于活塞泵前面的储浆囊里经常有凝结的水泥块，根据经验，每冲程的注浆在1 0 1 1L，施工时一般按1 0L考虑，6I l l 3 浆液冲程数就是6 0 0 个。海瑞克盾构机注浆管沿盾尾圆周方向均匀布置，相临两个注浆管的圆心角为9 0。注浆管布置见图6。注浆过程控制要求如下：(1)、号管注浆量应达到4 5 0 冲程，注浆压力控制在0 1 5 0 2 5M P a；(2)、号管注浆量应达到1 5 0 冲程，注浆压力铁道标准没汁R A I L W A YS T A N D A R DD E S I G N2 0 1 0(1 0)隧道地下工程注：1 阴影部分为1、4 号管注浆范围；2 空白部分为2、3 号管注浆范围；3 1、4 号注浆量：2、3 号注浆鼍；3：1图6 注浆管布置控制在0 1 5 0 3M P a；(3)当4 条注浆管的冲程与掘进长度不成比例，注浆量偏小时，调大、号管注浆压力，加快注浆速度；(4)、号管注浆冲程能超过1 0 0 个，注浆压力接近0 3M P a 时，一般不要调大；(5)当4 条注浆管的压力都大于限值时，停止注浆，以防堵管。2 8同步注浆速度注浆速度应与掘进速度相匹配，所以注浆泵的单环注浆量要满足注浆速度的需求。Q，=Q x V x t L o式中Q。在长度V 范围内理论注浆量，1 1 0 一m 3：Q 理论注浆量，lX 1 0。1 1 1 3；卜掘进速度，m m m i n；t 掘进有效时间，r a i n；厶管片宽度减去1 5 0m m。若掘进速度稳定，Q。与t 是线性关系。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8 0 以上，对注浆不足或注浆效果不好的地方进行二次补强注浆，以增加注浆层的密实性并能提高防水效果。3结论(1)在硬岩地段盾构注浆易采用同步注浆和二次注浆相结合的背后注浆方式，浆液配比要在保证砂浆稠度、离析率、固结率、强度等指标的基础上延长其凝胶时间，控制在5 1 2h，同步注浆压力约为0 1 0 1 2M P a。地下水发育时，浆液的凝胶时间调短。(2)在自稳能力较差的强风化、全风化岩地层和黏土层，盾构注浆，单液浆和双液浆都可选，凝胶时间适当缩短为4 7h，同步注浆压力为0 1 5 0 2M P a，必要时进行二次衬砌强注浆以及采取地层加固辅助施工措施。(3)在自稳性差的软弱黏土地层，盾构向前推进，土体出露后很快就可能坍塌，待进行注浆时盾尾空隙可能已经很小，因此同步注浆时，可适当增大注浆压1 2 7万方数据房屋建筑从北戴河碧螺塔谈形态仿生建筑的结构技术陈诗白(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京1 0 0 0 5 5)摘要：为促进铁路房屋形态的文化性和先进性，针对目前国内虽然已经开始关注形态仿生建筑(建筑造型仿生)，但对于形态仿生建筑中的核心课题结构技术的探讨尚处于起步阶段的现状，对形态仿生建筑的结构技术展开讨论。作为我国形态仿生建筑先例“北戴河碧螺塔”的结构设计师，以北戴河碧螺塔为具体工程实例，探讨了结构师如何用结构技术实现建筑的仿生造型。如何实现结构体系与仿生形态的一致化；结合对国内外有代表性的形态仿生建筑其他范例的结构技术分析，归纳总结出形态仿生建筑中的结构设计若干要点，分析目前制约结构技术在形态仿生建筑中开拓发展的原因，分析结构技术在形态仿生建筑中的发展前景。关键词：北戴河碧螺塔；形态仿生建筑；结构技术；设计要点中图分类号：T U 3文献标识码：A文章编号：1 0 0 4 2 9 5 4(2 0 1 0)l O 0 1 2 8 一0 41概述形态仿生建筑也称建筑形式仿生 1，或称造型仿生建筑，近几十年来开始在国内外起步。它的研究意义是为了建筑应用类比的方法从自然界吸取灵感进行创新。1。形态万千的自然界蕴藏着海螺、贝壳、骨骼、林木花草、蜘蛛网、巢穴等无数优美的可供人类建筑模仿的自然生物结构。我国形态仿生建筑先例“北戴河碧螺收稿日期：2 0 1 0 0 4 2 6；修回日期：2 0 1 0 一0 5 1 7作者简介：陈诗自(1 9 5 7 一)，女，高级工程师，1 9 8 1 年毕业于西南交通大学研究生部铁道建筑专业，E-m a i l：c h e n s h i b a i 0 1 1 6 3 c o r n。塔”(图1)已经建塔2 0 年了。作为世界独一无二的仿海螺形状的螺旋观光塔。4。，碧螺塔飘入了无数中外游客的相册，也引起业界不断的学术关注”4o。与大量方块建筑形成鲜明对比，形态仿生建筑中成功的结构技术以其均衡、稳定的力学美感，使建筑与大自然共舞，和谐而悠远。图1北戴河碧螺塔形态仿生建筑中成功的结构技术，是结构师超越模仿而升华为结构技术扩展创新的一种过程。对于被模仿的自然生物和被设计的建筑结构，结构师以其特有的理性思维，致力于力学与美学的转化，从整体到局部地对二者进行类比，从中萃取二者的结合点，同时使结构安全适用、经济合理。2形态仿生建筑的结构技术实例北戴河碧螺塔2 1碧螺塔工程简介北戴河碧螺塔位于北戴河海滨小东山，主体塔高2 1 8m，主体建筑面积约8 5 0m 2，共7 层。业主和建筑师旨在通过其近似海螺、远若帆轮，与三面环海呼应的一l-l o 一-H I _ 一。-_ m r-_ _，一p _ 一H。一H。一I-J-_ r】_-H-一-_-_ _ 一”_-力，以获得更好的充填效果。(4)在富含水地层中注浆要求能迅速阻水，快速充填。故要求浆液凝固时间短，黏性大，保水性强，不离析，凝胶时间在4 6h，若掘进时建立了土压或气压，则应尽量确保盾尾密封完好，以防止仓中的水由盾尾被压人管片背后。当管片背后已被水充填，则需要提高注浆压力，以便将地下水随着浆液的推进被挤入土体中。(5)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。参考文献：1 邹耕广州地铁二号线盾构隧道同步注浆技术 J 隧道建设，2 0 0 2。2 2(3)：1 5 2 1 1 2 8邹耕盾构隧道同步注浆技术 J 现代隧道技术，2 0 0 3。4 0(1)：2 6 3 0 郑鹏武，谭忠盛，吴金刚齐岳山隧道注浆必要性的数值分析与论证 J 铁道建筑，2 0 0 6(1)：2 0 2 3 蒋忠信，王衡南昆铁路岩溶洞穴预报技术 J 水文地质工程地质，2 0 0 2(2)：3 5 3 7 唐雨齐岳山隧道大型充填溶腔处理施工技术 J 铁道标准设计，2 0 0 6(5)毕守森，田淑贤，管晓炯，等引黄工程国标、m 标T B M 施工段溶洞处理 J 水利水电技术，2 0 0 2(3 3)：3 4 3 6 杨昌宁武隆隧道岩溶暗河整治方法探讨 J 现代隧道技术，2 0 0 3(6)：1 2 1 6 段贵安，张勇华蓥山隧道涌突水、涌泥、涌砂原因分析及综合整治措施 J 铁道建筑技术，2 0 0 1(1)：3 6 3 9 熊柯，吕兵暗挖地铁工程二衬结构注浆工艺 J 铁道标准设计，2 0 0 8(1 2)铁道标准设计R A I L W A YS T A N D A R DD E S I G N2 0 1 0(1 0)ii心口H”随一万方数据广州地铁3号线盾构区间同步注浆施工技术广州地铁3号线盾构区间同步注浆施工技术作者：孙立功，金花，庞旭卿，郭亚宇作者单位：陕西铁路工程职业技术学院,陕西渭南,714000刊名：铁道标准设计英文刊名：RAILWAY STANDARD DESIGN年，卷(期)：2010(10)参考文献(9条)参考文献(9条)1.蒋忠信;王衡 南昆铁路岩溶洞穴预报技术期刊论文-水文地质工程地质 2002(02)2.郑鹏武;谭忠盛;吴金刚 齐岳山隧道注浆必要性的数值分析与论证期刊论文-铁道建筑 2006(01)3.邹翀 盾构隧道同步注浆技术期刊论文-现代隧道技术 2003(01)4.熊柯;吕兵 暗挖地铁工程二衬结构注浆工艺期刊论文-铁道标准设计 2008(12)5.段贵安;张勇 华蓥山隧道涌突水、涌泥、涌砂原因分析及综合整治措施期刊论文-铁道建筑技术 2001(01)6.杨昌宁 武隆隧道岩溶暗河整治方法探讨 2003(06)7.毕守森;田淑贤;管晓炯 引黄工程国标、标TBM施工段溶洞处理 2002(33)8.唐雨 齐岳山隧道大型充填溶腔处理施工技术期刊论文-铁道标准设计 2006(05)9.邹翀 广州地铁二号线盾构隧道同步注浆技术 2002(03)本文链接：