摘 要：依据地质水文、周边建（构）筑物、地下管线等情况，结合施工总结及经验，分析研究在砂卵石复合地层中，如何通过同步注浆配合比设计及施工工艺控制，来达到密实填充衬背间隙的目的，并且控制管片上浮量，提高衬砌结构的稳定性、耐久性，且有效控制地表沉降。
关键字：大直径 盾构施工 复合地层 同步注浆 地表沉降 质量控制
1 前言
随着我国城市轨道交通建设规模的不断扩大，用于构建地下空间的盾构法施工依托其机械化、智能化、信息化、人文化、绿色环保、安全高效等特点，在城市轨道交通建设中独占鳌头，给地下隧道工程带来了快速发展，同时对成型隧道结构的稳定性、耐久性、安全可靠性提出更高的要求。本文以成都轨道交通19号线双流机场站～西航港客运中心站盾构施工为例，通过研究同步注浆配合比设计及施工工艺控制，使构建的成型衬砌隧道结构稳定性好、耐久性好、衬背填充密实、地表及周边建（构）筑物沉降可控。
2 工程概况
成都轨道交通19号线二期工程起于九江北站（不含）止于合江站（预留），衔接了双流国际机场和天府新站两个门户枢纽，是天府新区核心区向西辐射双流市域的快线通道；线路全长约43.17km，设计时速快线干线140km/h、机场线区域160km/h（西南片区首次时速达到160km/h），为成都市第三条采用8.6m盾构机掘进的大直径盾构线路。本盾构区间长4103双延米，主要穿越<5-8-3>密实卵石层，<7-1-2>强风化泥岩层，<7-1-3>中风化泥岩层，为长距离大断面复合地层掘进区间，区间换刀作业是本工程的重难点。
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图1：双流机场站～西航港客运中心站区间地质纵断面
3同步注浆机理及其作用
3.1 注浆机理及其作用
同步注浆是盾构一边向前推进，一边不停地向盾尾空隙加压注浆材料的一种注浆方法，通过不断的加压，使浆液在盾尾间隙形成的瞬间及时填充，使岩土体获得及时的支撑，有效防止岩土体的坍塌，控制地表及周边建（构）筑物的沉降。
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图2：同步注浆示意图
根据文献[1]的研究，在盾构施工中沉降的主要原因为开挖间隙产生的地层损失，且对于大直径盾构隧道，开挖间隙随着隧道直径的增大而增大，本工程盾构开挖外径为8630mm，管片外径8300mm，开挖间隙165mm；另外，由于区间地层为受扰动极易塌落的砂卵石复合地层，因此，对于大直径盾构在砂卵石复合地层中掘进施工，调配适宜的浆液配合比、选择合适的注浆参数、运用科学的施工工艺控制技术对于控制地表沉降、提高衬砌结构质量至关重要。
3.2 同步注浆的作用
（1）使管片与围岩之间的环形空隙尽早建立注浆体的支撑体系，防止隧道周围土体塌陷与地下水流失造成地层损失，控制地面沉降值；
（2）尽快获得注浆体的固结强度，确保管片衬砌结构的早期稳定性，防止长距离的管片衬砌背后处于无支承力的浆液环境内，使管片发生变形、位移甚至损裂；
（3）作为隧道衬砌结构加强层，具有耐久性和一定强度，避免或减缓了地下水对管片的侵蚀，提高衬砌结构的耐久性。
4浆液配合比设计
4.1 注浆材料
采用水泥砂浆作为同步注浆材料，该浆材具有结实率高、结实体强度高、耐久性好和能防止地下水侵蚀的特点。水泥采用P42.5普通硅酸盐水泥，粉煤灰采用优质二级粉煤灰，膨润土采用优质钠基膨润土，砂采用中粗砂。
4.2 浆液配比及主要物理力学指标
根据以往盾构施工经验和配合比试验，结合地质水文情况、地表沉降控制指标，本工程同步注浆初拟用下表所示的配合比。在施工中，根据地层条件、地下水情况及周边条件等，通过现场试验优化确定最合理的配合比。
表1：同步注浆材料配合比
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4.3 浆液配比试验
在施工前及施工过程中，应定期进行同步注浆配合比试验，当原材料更换时也应进行配合比试验验证其合理性，以获得便于搅拌运输及压注、满足填充性能、固结体强度达标的配合比。
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图3：浆液配比试验 图4：浆液稠度实测
4.4 同步注浆优化
分析以往盾构施工管片上浮的原因，得出结论之一为在泥岩地层中难以通过常规同步注浆工艺控制管片上浮，一般采用从吊装孔使用双液注浆泵注入水泥－水玻璃双液浆的措施，双液浆能迅速凝结，以抵抗同步浆液的上浮力。但注入水泥－水玻璃双液浆工艺的材料和人工成本都比较高、注入量少、注入范围小、凝结强度低，因其能有效控制管片上浮被施工单位广泛采用，但仍然存在造价高、功效低、施工组织难、易裹覆盾尾等问题。出于对管片上浮控制的目的，本工程对泥岩地层中同步注浆施工材料及工艺加以优化，采用新型双液浆[4]施工技术。
（1）浆液配比
在原有同步注浆（A液）基础上，加入增稠剂（聚丙烯酰胺）溶液（B液），按照20：1体积比混合。新型双液浆配合比如下表所示：
表2：新型双液浆配合比
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图5：常规同步浆 图6：新型双液浆
（2）增稠设备
1）配置增稠设备及注浆管路
通过在盾构机连接桥处增加增稠设备，同时增加注浆管，盾构掘进施工时同步注浆浆液与增稠浆液混合，注入管片壁后，增加浆液的粘稠度，减少浆液流动性，确保管片姿态的稳定，控制上浮量。
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图7：连接桥处增稠设备 图8：增加的注浆管路
2）增稠设备控制
根据盾构掘进速度，在同步注浆注浆过程中实时控制增稠浆液注浆量，保证同步注浆混合量适中，达到最佳效果。
3）同步浆液及二次注浆浆液配比优化
盾构掘进施工中，根据成型隧道管片质量，管片错台、渗漏水等实际情况统计，及时进行浆液配比调整，同时调整注浆点位及注浆量，保证成型隧道质量。
5 注浆施工工艺
5.1 设备配置
（1）浆液生产站；
（2）同步注浆系统；
（3）运输系统。
5.2 注浆压力
注浆压力的设定不能太小，太小就不能平衡土压而导致地层变形。但又不能过大，过大会击穿盾尾刷、浆液前窜至土仓。注浆压力的选取应由以下几方面因素确定：
（1）注浆压力对地层的劈裂
劈裂压主要和注浆材料的粘性、覆土压力、覆土高度与盾构直径之比有关。根据文献[1]的研究，其试验公式如下所示：
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5.3 注浆量
注浆量的确定是以盾尾建筑间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，以保证达到充填密实的目的。根据施工实践，这里的饱满系数包括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。一个行程的注浆量：
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5.4 注浆速度
同步注浆速度应与掘进速度相匹配，按盾构完成一环（1.8m）掘进的时间内完成当环注浆量来确定其平均注浆速度。
5.5 注浆结束标准
采用注浆压力和注浆量双指标控制标准，即当注浆压力达到设定值，注浆量达到设计值的90%以上时，即可认为达到了质量要求。
6结论
在分析盾构隧道同步注浆机理及作用的基础上，结合成都轨道交通19号线二期工程地质水文、周边建（构）筑物等情况，通过合理调配同步浆液配合比、优化注浆施工工艺、加强注浆施工过程控制等途径，在有效控制地表沉降的同时，保证隧道质量，同时满足了隧道衬砌结构稳定性、耐久性的要求，取得了较好的经济、社会效应，牢固树立了企业在盾构施工领域的品牌形象。
参考文献：
[1]宋天田，周顺华 盾构隧道盾尾同步注浆机理与注浆参数确定［J］.地下空间与工程学报.2007(07)；
[2]周东 盾构法隧道新型同步注浆应用研究［D］.同济大学.2002.25-33；
[3]邹翀 盾构隧道同步注浆技术.[J].2002，31（9）：7-9；
[4]王成，王国义 盾构隧道同步注浆新型双液注浆材料的研究与应用.[J].2017。
作者简介：
刘建锋（1992-），男，四川广安人，助理工程师，现任职中国水电五局成都地铁19号线二期工程土建3工区盾构工程部主任，从事城市轨道交通工程技术管理工作。
吴显果（1994-），男，四川雅安人，助理工程师，现任职中国水电五局成都地铁19号线二期工程土建3工区盾构技术主管，从事城市轨道交通工程技术管理工作。