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1、,11:37,盾构施工注浆工法的应用,广州轨道交通建设监理有限公司广州地铁设计院盾构技术研究所,王 晖,wh3,超过 100G的市政课件下载地址：http:/访问密码 9e0dhttp:/访问密码 d5cf十一月市政培训班的网址：12年过的一级市政和造价师 一次性八门,携手十一 通过市政 qq群：136816564,11:37,前 言,盾尾注浆的概念：,由于盾构机刀盘的开挖直径大于管片外径，管片拼装完毕并脱出盾尾后，与土体间形成一个环形间隙，简称超挖间隙。超挖间隙如果不及时得到填充，势必造成地层变形，使相邻地表建、构筑物沉降或隧道本身偏移。填充超挖间隙、防止因超挖间隙的存在导致地层发生较大变形
2、，是盾尾注浆的最重要目的之一。因此，盾尾注浆是盾构工法中必不可少的关键性辅助工法，合理的施工工艺选择是盾构掘进施工安全顺利的保证。,11:37,一、盾构注浆的目的二、盾构注浆的分类三、浆液的选择四、注浆设备五、注浆管理,六、注浆施工中常见问题及对策,11:37,一、盾构注浆的目的：,、减小地层损失所发生的变形,盾尾脱离管片后，土体与管片存在着间隙，此时浆液迅速及时填充空隙，可立即弥补土层损失，从而减少地表的变形。,盾构机,超挖间隙,11:37,、提高隧道抗渗性能,盾尾注浆液凝固后，一般有一定抗渗性能，可作为隧道的第一道止水防线，从而提高隧道抗渗性能。,、确保管片衬砌的早期稳定,具备一定早期强度
3、的浆液及时填充盾尾间隙，可以确保管片衬砌的早期和后期稳定。盾构隧道是一种管片衬砌与围岩共同作用的结构稳定的构造物，管片背面空隙均匀、密实地注入、充填是确保土压力均匀作用的前提条件。,11:37,4、通过超前注浆预防地层变形。,对于前方地质软弱或异常（如溶洞、土洞等情况），采用超前注浆等方式预先加固起到预防地层变形效果。也为开仓检查创造条件。5、通过二次注浆起到以下作用：,（1）纠偏、进一步加固或抗渗漏效果。,（2）堵截盾构机后方的水源，减少喷涌发生的机会。（3）保证盾构机进出站安全。,11:37,二、盾尾注浆系统分类,1、根据盾尾注浆与盾构掘进的关系，从时效性上可将盾尾注浆分为三大类：,（1）
4、同步注浆：超挖间隙形成的同时，立即注浆，使浆液即时填充超挖间隙的方式。,（2）及时注浆：掘进了一环或数环后，盾尾已存在大量间隙空间，才对超挖间隙进行注浆的方式。这种注浆方式由于不能迅速对超挖间隙进行填充，增大了对土的扰动性，不利于地面沉降控制，而且由于早期管片脱出盾尾后处于悬空状态，受力状态较差，容易发生错台。因此，仅在地质情况良好、对地表沉降要求较低时才能使用。,（3）二次注浆：一次注浆效果不理想时，需要通过二次注浆对前期注浆进行补充。一般在隧道发生偏移、地表沉降异常及一些特殊地段使用。,11:37,2、根据盾尾注浆的位置不同，可将盾尾注浆方式分为两类：,（1）通过安装在盾构机盾尾上的注浆管
5、注浆：这种注浆方式大多采用同步注浆，注浆管的埋设形式，从数量上有两种。,11:37,日本盾构机在软土,地层的注浆管布置（凸出式）,海瑞克盾构机的注,浆管布置（内嵌式）,从注浆管与盾壳的关系上，分为两种,后体,冲洗水,可实施双液注浆的同步注浆系统同步注浆装置清扫孔注浆材料,活塞冲洗管开关千斤顶11:37,同步注浆系统动作说明图11:37,冲洗时,后体开注浆材料关注 浆 时,冲洗水,11:37,B液箱,阀单位,B)同步注浆系统同步注浆装置水箱A液箱,11:37,只能实施单液注浆的同步注浆系统,检查、疏通孔,11:37,盾构千斤顶,盾构外板,1管片,2旋塞切换,3,A液B液,盾构千斤顶,盾构外板,1
6、管片,2 3,A液B液旋塞切换,盾构千斤顶,A液B液,（2）通过管片上的注浆孔注浆：这种注浆方式既可进行同步注浆，也可进行及时注浆和二次注浆。盾构外板,1管片,2旋塞切换,3,盾构千斤顶,盾构外板,1管片,2 3,A液B液旋塞切换,管片组装,掘进开始，诸如开始,掘进40cm，注入旋切换,掘进结束，注入结束,两种主要注浆方式的比较,11:37,3、根据浆液的输送形式，盾尾注浆分为：,（1）直接压送式：由坑外拌浆设备直接把浆液压送到管片等注入口处的注入方式。盾构直径小、推进距离短时使用。（2）中继设备式：由坑外办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注入的方式。推进距
7、离长、盾构直径较大的场合使用。,（3）坑内运输式：坑外拌浆设备压入到放置在台车上罐中，经坑内运输，用坑内注浆泵注入的方式。不用担心输浆管堵塞和水清洗，适于定量注入。,（4）坑内拌浆：各种浆液材料搬到装在坑内后方台车上的坑内拌浆设备上，然后混拌注入。,11:37,三、浆液的选择,1、浆液的主材,浆液指由主剂（主要原材料）、溶剂（水或其他溶剂）及各种外加剂按一定比例配制而成的混合液体。,浆材分为化学浆材（水玻璃类及高分子类）、非化学浆材（水泥、粘土、砂、粉煤灰等）。,几种主材的物理特性及技术要求：,（1）水泥：矿渣水泥较普通水泥中熟料含量比普通水泥多，早期强度低，后期强度高，但难以磨细，亲水性差，
8、泌水大。（2）膨润土：分为天然膨润土、改性膨润土和活性膨润土。天然膨润土又分钙基膨润土和纳基膨润土。优选纳基膨润土。根据法国隧道工程协会推荐：膨润土水泥浆液配比是每m3加,入20-80kg，水泥100-700kg。,应先将膨润土与水混合，预膨胀后再与水泥搅拌混合。,（3）水：不含过量的酸、碱、盐（0.1%）、氯化物（0.5%）以及其他过量悬浮杂质的水都能用来作为拌浆用水。,11:37,（4）砂：考虑耐久性、流动性、收缩和碱性反应等因素，要求级配均匀，最大颗粒不超过2mm，当送浆距离远时，最大粒径0.5mm。,（5）水玻璃：又名硅酸钠（Na2SiO3），是常见的水溶性硅,酸盐。,水玻璃溶于水时发
9、生水解反应，使溶液呈碱性。,Na2OSiO2+H2ONaHSiO2+(m-2)SiO2aq,通常市售水玻璃浓度50-56Be，而注浆需要的浓度多为30-45Be，因此需要稀释后使用。（6）高分子材料,聚氨酯类：水溶性和油溶性两类。聚氨酯类浆液遇水后发生水解反应，凝胶体体积迅速膨胀，同时发生连锁反应，产生交联形成泡沫凝固体。可注性好。,11:37,2、注浆液应具备的特性,（1）充填性好，不易流失到盾尾空隙以外的其他区域。,（2）浆液和易性好，不易离析，能长距离输送。（3）浆液注入时不宜被地下水离析。,（4）浆液填充后，早期强度均匀，能够稳定隧道。（5）浆液硬化后收缩率和渗透系数小。（6）无公害、
10、价格便宜。,最重要的要求是：充填性、流动性、和易性、凝固强度（早期强度）。,11:37,3、浆液种类：,（1）单液浆：由粉煤灰、砂、胶凝材料、水、外加剂等在搅拌机等搅拌器中一次拌合而成。,根据凝胶材料的加入情况，单液浆又可分为惰性浆液和硬性浆液。惰性浆液即浆液中没有掺加水泥等凝胶物质，早期强度和后期强度均很低的浆液。而硬性浆液即在浆液中掺加了水泥等凝胶物质，具备一定早期强度和后期强度的浆液。（2）双液浆：由水泥砂浆等搅拌成的A液与由水玻璃等组成的B液混合而成的浆液。,根据凝结时间和固结形态，可以分为以下几类：缓凝型：凝胶时间大于30s。可塑态固结区时间很短瞬凝型：凝胶时间小于20s。可塑态固结
11、区时间较短可塑型：凝胶时间6-20s。可塑态固结区时间较长当A液中加入粉煤灰或矿渣时，可以适当延长胶凝时间,11:37,凝胶时间、固结强度、气温与浆材参数的关系,水灰比：B液浓度一定时，A/B液体积比一定时，水灰比越大，浆液的凝胶时间越长。,11:37,水玻璃浓度：其他因素不变时，水玻璃浓度增加，凝胶时间开始略有下降，最后略有回升。,11:37,A/B液体积比：其他因素不变，水泥浆与水玻璃体积比在1:0.3-1:1范围内，体积比越大，凝胶时间越短。,通常A液流动粘度控制在25-35s，B液20s左右，27-30Be体积比8:1-14:1,11:37,水泥用量与单轴抗压强度的关系,因此，调整浆液
12、凝胶时间的最优选择，是调整水灰比，其次调整体积比。,几组注浆配比例子单液：水泥:砂:粉煤灰:膨润土:水50:220:510:20:200:3；0:680:400:100:430;100:240:400:30:230;250:1330:150:100:300:2;250:1330:0:30:420:14.1双液：A液：水757：水泥382：膨55：稳定剂1.47B液：硅酸91L 7sA液：水703：水泥400：膨133：稳定剂2B液89.3 13sA液：水816：水泥367：缓凝剂2.9,B液：118,11-13s,A液：水819；水泥260；膨润土30；缓凝剂0.9,B液：水玻璃80；11:3
13、7,6-11s 30-40min，4MPa,11:37,A、B液价格比较,四、注浆设备,盾尾注浆设备基本上由材料贮藏设备、计量设备、拌浆机、贮液罐、注浆泵、注入管、注入控制装置、记录装置等构成。,材料贮藏设备：纵型筒仓和横型筒仓两种。计量设备：多采用计量重量和容积这两个参数。拌浆机：多以搅拌式为主，有单槽、横双槽、上下双,槽型等。,贮液罐：多用带搅拌器的罐，容量多按1-2环标准注入,量计。,注浆泵：有适于压送浆液和适于注浆两种，浆材改变，泵的使用条件也改变。泵要求的喷射压力与输浆管直 11:37。,径,11:37,注入输浆管：输浆管直径不同，浆液类型不同，管的阻力也不同。,双液浆的混合装置：多
14、采用简单的Y型管混合注入。但这种混合方式的效果不好，容易出现A、B液倒流现象。,注浆控制系统：由千斤顶速度测定装置、注入量调节装置、自动注入率的设定装置、变速电动机、压力调节装置、记录装置、报警显示装置、A/B液注入比例设定装置等构成。,11:37,管路混合器实例：,11:37,双液注入方式的背后注入系统图实例,11:37,五、注浆管理,1、注入量Q=V,V:空隙量：V=/4(D22-D12)L+V,：注入率，它的选择对于注入量至关重要。,与 1、2、3、4等因素密切相关,1：注入压力决定的压密系数,压密现象与浆液组成、有无凝胶能力及凝胶时间长短、有无可塑状固结及保持时间的长短、注入压力的高低
15、及其他施工条件密切相关。2：土层情况：,3：施工损耗系数：浆液运输、泵送注浆的过程中，在运浆,车、输送管路或贮浆罐中均会发生损耗，输送距离越长，损耗越严重；另外，向掌子面和盾尾的流失等。,4：超挖系数：因刀具选用、土层特性、有无曲线段及其他施工条件不同而有很大差异转弯半径越小，超挖量越大，土体损失最大百分比为：,式中，l为盾构长度，R为曲率半径，r为隧道半径。2、注浆压力为使盾尾间隙能够得到有效补充，必须以一定的压力压送浆液，才能使浆液均匀地分布于管片周围。正常掘进时，压力设定等于土层阻力加上0.050.15MPa之和。注浆压力的设定，还要注意以下参数：（1）不大于盾尾密封压力的警戒值（2）不
16、大于管片能承受的最大压力（3）根据管片脱出盾尾后的变形监测成果判断。一般情况下，管片脱出盾尾后会发生上浮或下沉。通过调节上下注浆管压力可以起到一定效果。（4）地表建筑物沉降情况。11:37,8l(R+a),Vw%=,11:37,3、注浆位置,11:37,4、注浆管理,（1）注浆管理日报,每日均应对环序号、注入位置、注入压力、注入量等参数记录，并与监测数据对比。,（2）材料管理,每天检查注入材料的使用量，避免材料不合理分布，另外检查配合比是否异常。（3）注浆机械检修,每天注浆结束都应检查泵、拌浆机、其他机械、器具是否存,在异常，以便及时维修调换。,（4）输浆管检查,不仅仅是水冲洗，还应投放疏通球
17、疏通，另外对于接头渗漏,做好检查。,（5）安全文明施工,11:37,5、施工控制注意事项1）单液浆,（1）根据系统的自动控制程序：同时注意采用压力与注浆,量的双重控制。,（2）浆液拌制：若有膨润土，应提前一天制成溶液，再与,其他原材料混合。,（3）注意浆材混合顺序的正确性。,11:37,（4）根据施工掘进情况，严格控制拌浆时间。浆液拌好后，注入砂浆运输罐，运输、储存时间不宜过长（小于初凝时间），若需运输、储存时间长时，考虑加缓凝剂。,（5）砂浆未到前，清洗注浆管路，安装传感器。（6）向贮浆罐中输入砂浆时，应同时启动砂浆搅拌,器，防止砂浆固结。,（7）同时对4个注浆孔进行压注，在每个孔出口设置分
18、压器，对各孔注浆压力和注浆量进行检测与控制。,（8）作业完毕，搅拌机、运输罐、泵、注浆管路一,定要及时清理干净。,（9）应配备专用注浆管路清洗机：水洗和活塞型。（10）应配备备用管路，避免堵塞后无法注浆。,11:37,2）双液浆,（1）混合形式：距离（2）注浆系统清洗：a搅拌站和计量器：每天,b贮浆罐：防止附着在槽内壁的浆块落入槽中堵塞c运输管道：备用管道,d控制阀和注浆孔阀之间的软管：每注完一环清洗一次e,（3）A、B液压力差,注意A、B液压力表显示。正常情况B液较A液压力高，如果相反，有可能B管中残留空气或渗漏，要停止注浆全面检查。,（4）清洗时管中浆液的利用,运输距离越长，A液管中残留浆
19、液越多，清洗时会造成很大浪费，尽量利用管中浆液。,11:37,六、注浆施工中常见问题及对策,1、注浆造成地表沉隆超限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。这种情况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；是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
20、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，盾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。,11:37,（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，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5mm内时，盾尾穿越这个位
21、置时沉降不会超出规范允许的30mm。因此，当监测结果显示前方沉降量超过5mm，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。,的渗漏。,11:37,2）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。,（2）隧道顶部有渗水通道连至地表。如原地质勘探孔，如果没有封堵或封堵效果不佳，浆液会沿着该孔喷出或渗出，不仅严重污染地面环境，还可能造成地表隆起。2、注浆液从盾尾流入或从进入土仓,（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，将击穿盾尾密封。如果没有及时对盾尾密封注入油脂，浆液在盾尾刷中凝
22、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,11:37,3、管片上浮、错台,管片脱出盾尾后上浮的原因有：,（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）长细比很大的柔性构件的偏心受压。,（3）浆液选型不当，浆液早期强度偏低，不能及时与围岩土体形成共同作用。,（4）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。,（5）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。,（6）盾构姿态较差，千斤顶编组压力差过大。,隧 道 轴 线 高 程（mm
23、）,B点128mm,A,-70-80-90-100-110-120-130-140A区间盾构隧道NO.160NO.290衬砌发生了上浮，最大上浮值为128mm，其中NO.260NO.280环间上浮均值为97mm。该区间隧道主要穿越高富水砂层，掘进的盾构和隧道如同水中的潜艇，特别是自重轻的隧道极易上浮。同步注浆采用了惰性浆液，24h强度很低，饱和浆液反而加大了对管片的浮力。施工单位试图加大上部注浆压力压下隧道，效果不明显。因为注浆压力为注浆管口的压力，如果浆液不凝固，一定距离后浆液压力趋向于相同，此时无异于将隧道泡在惰性浆液中，在盾构机掘进振动和隧道内电瓶车运动振动下，惰性浆液材料很可能被有上浮
24、趋势的管片挤到隧道底部。11:37,1301201101009080706050403020100-10-20160-30-40-50-60,柱状图C隧道上浮值曲线B贯通前复测值290脱出盾尾值,11:37,4、管片后期沉降二次注浆纠偏处理,5、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。,解决方法：调整合理浆液配比，添加缓凝剂；配置高压冲洗装置；通过盾尾内的可拆卸口进行机械疏通；盾构机停机前用膨润
25、土等将注浆管充满，以防浆液回流而堵塞注浆管。6、喷涌,由于地下水位高，注浆液被稀释或未完全填充，在一段距离以后，汇聚在管片外侧的水在压力作用下流到掌子面，造成喷涌。,解决方法：调整浆液配比，高强、不易离析；通过二次注浆封堵后部水源。,11:37,7、小曲线轴线偏移,小区率半径部位施工时，如果不立即固定土体，则无法得到合格的盾构推进反力，因此带来管片的变形、隧道位移，最终使隧道轴线发生偏离。,解决措施：提前加固小曲线段地层；使之能够提供足够反推力；注入早强的浆液，急凝砂浆或双液浆；采取防盾尾渗漏的措施。,8、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
26、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。,解决措施：在管片注浆孔设置逆止措施、在注浆管设置逆止措施。,11:37,结 语,通过不同注浆方式的优劣、常见问题的分析，盾构机注浆控制措施盾构机注浆控制措施主要在于以下几个方面：,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，注浆工艺应既可选择单液浆，也可选择双液浆，注浆过程应设计为自动控制，而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。,（1）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
27、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。,11:37,（2）根据隧道区段变化而调整。在小曲线段、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二次注浆补强。（3）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
28、均准备二组以上；浆液初凝时间、早期强度和28天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。,（4）根据浆液运输方式选择浆液类型。,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0.4MPa。,11:37,4、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、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，则有可能前方地层发生坍塌，应增加盾尾注浆量。,6、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。,7、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。,11:37,谢 谢！,
