对盾构机管片壁后注浆技术的理解

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1、对盾构机管片壁后注浆技术的理解摘要:南水北调中线工程穿黄隧洞在泥水加压平衡掘进过程中，盾尾实施同步注浆，除具有填充管片壁后与围岩土层间隙，抑制地表沉陷，减少隧洞变形、上浮、下沉作用外，还可以提高隧洞的整体防水性能。根据浆液性能、浆液强度、浆液配比的要求，经过前期大量试验，确定了同步注浆普通单液砂浆的基准配合比参数:胶砂比1∶3，水泥、粉煤灰比为10/35，水胶比为0．6。1工程概况南水北调中线工程穿黄隧洞是我国第一条穿越黄河的大型隧洞。隧洞结构为内外两层衬筑，外层为管片拼装层，内层为后张法预应力钢筋现浇层。过河段全长3450m，埋深40m，开挖直径9m，衬砌管片内

2、径7．9m。根据地质勘察资料，盾构机穿越过河隧洞时，主要通过粉质壤土、沙层和沙砾石层，其中:单一沙土结构隧洞围土主要为中沙层，局部为粗沙层，沙层中含沙砾石透镜体，该部分隧洞长875m;上沙下土结构隧洞围土上部为沙砾石层，下部为粉质壤土层，该部分隧洞长1390m;单一黏土结构隧洞围土为粉质壤土层，该部分隧洞长1185m。2同步注浆2．1注浆机理在隧洞泥水加压平衡盾构掘进施工中，盾构机一旦向前推进脱离盾尾，管片外部与围土之间就会产生建筑间隙。这时必须及时、均匀、定量地向管片壁后的环形建筑空隙注入浆液，充满建筑间隙。注满间隙的浆液具有一定的密实性以及与土体保持相对稳定的

3、承压能力，从而可有效地控制管片壁后围岩土层的沉降，使地表沉陷控制在最小范围内，这种注浆机理称为同步注浆法。在盾构机掘进时，由于盾构机的姿态不可能与隧洞的设计轴线重合，因此在掘进过程中，需要经常对盾构机实施姿态调整和纠偏，从而造成盾构机对地层的扰动及出现隧洞断面超挖现象。为此，需配制填充性能和抗分散性能好、初凝时间合理、强度合适的注浆浆液。确定合理的注浆量和注浆压力对抑制隧洞变形、上浮、下沉，减少地表沉陷，提高隧洞的稳定性和整体防水性能，确保隧洞建筑质量和安全性至关重要。2．2泥水压力与注浆参数的确定在隧洞的泥水加压平衡盾构掘进过程中，浆液注浆量及注浆压力的控制通过

4、PLC控制系统、盾构推进装置和泥水舱、气垫调压舱的压力相互连锁确定，盾构机在设定的注浆压力及注浆量限值内实现同步注浆，从而可有效地避免过高的注浆压力损坏盾尾密封，以及通过脱离盾尾管片上每个部位的压力来平衡地下水土压，使衬砌环管片在注入合理的浆液量时趋于早期稳定。为此注浆压力和注浆量的设定应由泥水压力、注浆压力和注浆量确定。2．2．1泥水压力穿黄隧洞工程采用国际最先进的气压复合式泥水加压平衡盾构机，该类盾构机的泥水平衡主要通过隔板后面的气压与泥浆接触，使接触面上的气体与液体具有相同压力。为此只要调节空气压力，就可间接控制隔板前泥浆压力、切口静水压力与土压力的平衡，从

5、而维持开挖仓内的压力来保证开挖面的稳定。同时在盾构机掘进阶段，同步注浆压力设定主要是根据盾构机掘进时的切口静水压力、土压力之和与泥水平衡压力确定的，因此如果同步注浆压力小于泥水平衡压力，就会出现开挖仓内泥水进入盾尾影响浆液的注浆质量，从而使注浆量填充不足，因不能平衡水土压力而造成地表沉降。如果同步注浆压力大于泥水平衡压力过多，就会出现注浆填充过量，从而造成地层“劈裂跑浆”现象。根据国内外泥水加压盾构设定泥水压力的经验公式，穿黄工程采用水土分算的计算方法，其公式为P泥水=P1+P2+ΔP=γWh+K0［(γ－γW)h+γ(H－h)］+20(1)式中:P为开挖舱中心泥

6、水压力，kPa;P1为地下水压力，kPa;P2为静止土压力，kPa;ΔP为变动土压力，一般取20kPa;γW为水溶重，γW=10kN/m3;h为地下水位以下隧洞埋深(至隧洞中心)，h=32m;K0为静止土压力系数，K0=0．4;γ为土的饱和容重，γ=20．1kN/m3;H为隧洞埋深(至隧洞中心)，H=35m。2．2．2注浆压力泥水平衡压力的设定直接关系到同步注浆压力的确定。在盾构掘进时，如果盾构机上下方的注浆压力超过前方开挖舱泥水压力，则注入盾尾的浆液就会窜入开挖面前方，因此脱离盾尾的衬砌管片壁后注浆压力应与前方开挖舱的泥水压力基本保持平衡。由于开挖舱泥水压力是按

7、照开挖舱中心泥水压力设定的，因此盾尾上方及下方的注浆压力值为P上=P泥水－γR(2)P下=P泥水+γR(3)式中:P上为上方注浆压力，kPa;P下为下方注浆压力，kPa;P泥水为开挖舱中心泥水压力，kPa;γ为开挖面泥水容重，kN/m3;R为盾构机半径，m。2．2．3注浆量同步注浆量理论上是充填盾尾建筑空隙的量，但实际上在盾构推进过程中需考虑盾构的纠偏超挖、浆液渗透(与地质情况有关)及固结收缩等因素。因此注浆量限值一般为理论注浆量的1．3～1．8倍，并通过盾构机推进速度监测情况来进行注浆量的调节，以达到每环均匀地注入设定的总注浆量，其注浆量公式为式中:S为最适当的

8、注浆设定量