商圣殿

中鐵十一局集團(tuán)城市軌道工程有限公司

1 前言

盾構(gòu)掘進(jìn)過程中產(chǎn)生的地表沉降主要是由于施工引起地層損失，為控制地層損失，盾構(gòu)機(jī)設(shè)置有同步注漿系統(tǒng)，通過在盾尾后方及時(shí)注入同步漿液填充管片外空隙以彌補(bǔ)地層損失；同時(shí)，對尚未填充密實(shí)的地方，通過二次注漿進(jìn)行填充，這一系列方法，對地面沉降控制起到了重要的作用，但該方法不可避免地存在一個(gè)問題，即盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)，因開挖刀盤開挖斷面略大于盾體外徑，更大于管片外徑，而盾體外面的空隙在掘進(jìn)過程中無法及時(shí)填充，若地質(zhì)條件差，因盾體外的空隙無法及時(shí)填充會(huì)出現(xiàn)地面沉降，當(dāng)?shù)侗P上方出現(xiàn)地層塌空時(shí)，需及時(shí)對塌空的地方進(jìn)行填充并形成有效支撐，但盾尾的注漿對此已達(dá)不到效果，即當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至盾尾到達(dá)塌空處需要再推進(jìn)5～6 環(huán)左右，而此時(shí)塌空往往已向上傳遞了較大范圍甚至已到達(dá)地面，故：當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件差或通過重要建構(gòu)筑物時(shí)，傳統(tǒng)注漿方法已難以實(shí)現(xiàn)對沉降的有效控制。

2 工程概況

本標(biāo)段區(qū)間起點(diǎn)為機(jī)場北站，終點(diǎn)為吊出井，起點(diǎn)里程為YDK41 + 437.900，終 點(diǎn) 里 程 為YDK42 + 343.576（ZDK42 +335.972），區(qū)間長度905.676m（左線898.072m），線路埋深在19m～27m 之間，最小線間距12.05m，區(qū)間線路自機(jī)場站端以24‰、28‰及4‰坡度向下直至吊出井。盾構(gòu)先后下穿既有運(yùn)營的11號線右線、11號線入場線、11號線出場線及11號線左線。

3 工程難點(diǎn)

機(jī)重區(qū)間下穿地鐵11 號線機(jī)福區(qū)間隧道群，最小凈距僅2.4m，而穿越長度達(dá)117m，且機(jī)重區(qū)間左右線需連續(xù)8次下穿地鐵11 號線，對11 號線擾動(dòng)將產(chǎn)生累加效應(yīng)，沉降控制難度進(jìn)一步增大。施工過程中需嚴(yán)格控制其對既有11號線的影響，否則將直接危及既有軌道交通線的運(yùn)營安全、也會(huì)對新建盾構(gòu)隧道工程的施工安全、工期和工程造價(jià)帶來不良后果。同時(shí)，已有地鐵運(yùn)營隧道均為重要的交通走廊，是大多數(shù)市民出行最重要的交通工具之一，在城市公共中正發(fā)揮著骨干作用。新建隧道的施工全過程不能影響深圳地鐵11號線的正常運(yùn)營，這對新建盾構(gòu)隧道施工提出了更高的工程控制要求，亟須研究有效、適用、系統(tǒng)的控制既有線變形的整套成熟技術(shù)，以指導(dǎo)在已建線路附近進(jìn)行新建盾構(gòu)隧道施工。

4 同步注漿新型漿液配置技術(shù)

新型漿液原材料由石灰、粉煤灰、細(xì)砂、膨潤土、水泥組成（新型漿液重量配比見表1所示），配合比設(shè)計(jì)過程中，以漿液的坍落度和漿液凝結(jié)時(shí)間控制為核心，經(jīng)現(xiàn)場試拌調(diào)整后得出生產(chǎn)配合比，另外，漿液在制拌過程中采用通用拌合設(shè)備，且在攪拌過程中要確保漿液放漿管道順直。漿液拌制以及新型漿液坍落度試驗(yàn)分別如圖1和圖2所示。

表1 新型漿液重量配比（kg/m3）

圖1 漿液制拌

圖2 新型漿液坍落度試驗(yàn)

其中粉煤灰、膨潤土采用散裝粉煤灰，將上述材料采用經(jīng)改造的拌合設(shè)備進(jìn)行攪拌，拌合時(shí)注意嚴(yán)控粉煤灰、沙子的質(zhì)量，以保證漿液的流動(dòng)性。

5 新型注漿系統(tǒng)及組合注漿技術(shù)

5.1 注漿系統(tǒng)的構(gòu)造

注漿系統(tǒng)包括漿液攪拌裝置、漿液輸送裝置、盾尾同步注砂漿系統(tǒng)和新型漿液同步注漿系統(tǒng)。漿液攪拌裝置包括儲(chǔ)料罐、骨料倉和與儲(chǔ)料罐的進(jìn)料口連通的攪拌站，儲(chǔ)料罐和骨料倉為一體式或分開式，兩者為分開狀態(tài)時(shí)，在儲(chǔ)料罐的出料口設(shè)有第一渣漿泵，并通過料液輸送管與骨料倉的進(jìn)料口連通；在骨料倉的底部分別設(shè)有帶控制閥的砂漿輸送口和厚漿輸送口，并在砂漿輸送口通過漿料管連接有第二渣漿，在厚漿輸送口處通過漿料管連接有第一擠壓泵；在骨料倉的出料漏斗上設(shè)有振動(dòng)泵，在進(jìn)行新型漿液攪拌時(shí)，需要開啟振動(dòng)泵加快新型漿液的出料速度，并避免新型漿液黏附在骨料倉的倉壁上。

漿液輸送裝置包括砂漿罐、厚漿罐、砂漿車和厚漿車，在砂漿罐和厚漿罐的出料口均設(shè)有第二擠壓泵，砂漿罐的進(jìn)料口通過砂漿輸送管與第二渣漿泵連通，出料口通過第二擠壓泵直接與盾尾同步注漿系統(tǒng)連通，厚漿罐的進(jìn)料口通過砂漿輸送管與第一擠壓泵連通。若輸送路線太長，砂漿罐為一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)連接的砂漿罐，在每個(gè)砂漿罐的出料口均設(shè)有第二擠壓泵，厚漿罐與第一擠壓泵之間的厚漿輸送管上設(shè)有地泵。注漿系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 注漿系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖

5.2 漿液運(yùn)輸

（1）將配制的新型漿液通過攪拌裝置骨料倉的厚漿輸送口的第一擠壓泵輸送至厚漿罐內(nèi)，再通過厚漿罐出料口的第二擠壓泵輸送到厚漿車內(nèi)，厚漿車通過隧道軌道運(yùn)送至第一節(jié)臺(tái)車，新型漿液通過厚漿車出料口的第三擠壓泵輸送到輸送至新型漿液罐內(nèi)準(zhǔn)備進(jìn)行盾體同步注漿。

（2）在攪拌裝置內(nèi)配制常規(guī)盾構(gòu)同步注漿的砂漿漿液，并將配制的砂漿通過攪拌裝置骨料倉砂的砂漿輸送口第二渣漿泵送至砂漿罐，然后通過砂漿罐出料口的第二擠壓泵輸送到盾尾砂漿同步注漿的砂漿車儲(chǔ)料罐內(nèi)準(zhǔn)備進(jìn)行盾尾砂漿同步注漿。

5.3 組合注漿施工技術(shù)

在掘進(jìn)過程中，每掘進(jìn)一環(huán)，通過盾尾砂漿注漿系統(tǒng)的砂漿注漿泵進(jìn)行常規(guī)的盾尾砂漿同步注漿，同時(shí)通過新型漿液注漿泵將新型漿液罐內(nèi)的新型漿液從盾體的最臨近12點(diǎn)位的兩個(gè)徑向直孔進(jìn)行盾體注漿，填充盾體與土體之間的間隙，其每推進(jìn)一環(huán)管片新型漿液的注漿量為一環(huán)管片寬度的盾體與土體之間間隙的體積。

當(dāng)出現(xiàn)地面沉降增大時(shí)或超方現(xiàn)象時(shí)，即判斷刀盤或盾體上方出現(xiàn)空洞，通過盾體徑向直孔（最臨近12 點(diǎn)位的兩個(gè)徑向孔）進(jìn)一步補(bǔ)充注入新型漿液，通過擠壓作用可快速地實(shí)現(xiàn)塌方區(qū)的充填，防止沉降進(jìn)一步擴(kuò)大，并使已產(chǎn)生沉降減小，對沉降控制的效果非常理想；注漿量不小于超方量，注漿壓力控制值為土倉上部的控制壓力，同時(shí)監(jiān)測沉降值，當(dāng)沉降值不再增大并出現(xiàn)略減小是，停止應(yīng)急填充注漿。

在盾構(gòu)通過重要建構(gòu)筑時(shí)，通過自動(dòng)監(jiān)測提供沉降數(shù)據(jù)，同時(shí)，并做好渣土出土?xí)r的行程管理（即每斗渣土對應(yīng)的掘進(jìn)管理行程），在出現(xiàn)沉降數(shù)據(jù)增大或超方情況時(shí)，進(jìn)行應(yīng)急填充注漿，并在應(yīng)急填充注漿過程中同時(shí)監(jiān)測沉降值，當(dāng)沉降值不再增大并出現(xiàn)減小時(shí)，停止應(yīng)急填充注漿；應(yīng)急填充注漿是通過新型漿液注漿泵將臺(tái)車儲(chǔ)漿罐內(nèi)的新型漿液也通過盾體刀盤最臨近12點(diǎn)位的兩個(gè)徑向直孔進(jìn)行盾體注漿，其注漿壓力控制值為土倉上部的控制壓力；注漿量按超方量進(jìn)行控制，超方量為實(shí)際出渣方量減按盾構(gòu)機(jī)實(shí)際管理行程計(jì)算出的理論出渣方量。

5.4 注漿注意事項(xiàng)

每次盾體注漿地從盾體最臨近12點(diǎn)位的兩個(gè)徑向直孔注入新型漿液，每環(huán)注漿量為一環(huán)盾體與土體之間的間隙的體積，而且當(dāng)監(jiān)控發(fā)現(xiàn)沉降增大或統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)渣土超方（實(shí)際出土量大于實(shí)際管理行程對應(yīng)的渣土方量）時(shí)，可以在通過盾體徑向直孔（最臨近12點(diǎn)位的兩個(gè)徑向孔）進(jìn)一步補(bǔ)充注入新型漿液，通過擠壓作用可快速地實(shí)現(xiàn)塌方區(qū)的充填，防止沉降進(jìn)一步擴(kuò)大，并使已產(chǎn)生沉降減小，對沉降控制的效果非常理想。注漿量不小于超方量，且壓力按土倉上部壓力控制。

在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，可以同時(shí)采用進(jìn)行盾尾同步注入水泥砂漿，還可以采用新型漿液進(jìn)行盾體徑向補(bǔ)充注漿，新型漿液具備一定的自立性能，坍落度190～210，是針對能實(shí)現(xiàn)有效填充注漿設(shè)計(jì)，漿液初凝時(shí)間超過24h，且固結(jié)強(qiáng)度極低，包裹在盾體外不會(huì)造成脫困問題，避免了因盾體外的空隙無法及時(shí)填充會(huì)出現(xiàn)地面沉降。

6 結(jié)論

通過實(shí)際應(yīng)用可知，利用該新型組合注漿技術(shù)能有效實(shí)現(xiàn)重復(fù)充填，管片的壁后注漿均勻密實(shí)，注漿飽滿，成功克服了盾構(gòu)施工難題，全過程未發(fā)生一次險(xiǎn)情，地面沉降控制未出現(xiàn)超限現(xiàn)象，盾構(gòu)掘進(jìn)完成后，隧道滲漏點(diǎn)極少，也大大降低了后期堵漏修補(bǔ)的工作量，目前，該技術(shù)已成功推廣應(yīng)用到類似地層施工中，且應(yīng)用效果良好。