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摘要：盾构法因其优点多，逐渐成为城市地下隧道修建的首选工法。但盾构法施工不可避免地会对周围土层产生扰动，改变原地层的状态，引起一定的地层位移和地表沉陷，危及邻近建（构）筑物的安全，对周围的环境造成一定损害。因此，盾构施工能产生多大的沉降或隆起，会不会影响相邻建（构）筑物的安全，是地铁隧道盾构施工中最关键的问题。鉴于此，文章结合笔者多年工作经验，对地铁盾构施工同步注浆加固质量的控制提出了一些建议，仅供参考。
关键词：地铁盾构施工;同步注浆;加固质量控制
引言
盾构机掘进管片脱出盾尾后形成盾尾环形间隙，此时管片壁后的围岩处于一种无支护的状态，若壁后同步注浆加固质量较差，围岩就会因应力释放产生不均匀的应力分布，使岩体产生位移，从而引发地面建筑物、构筑物的沉降变形或隧道偏移。反之，若壁后同步注浆加固质量较好，注浆体可起到临时支撑的作用且强度上升到一定程度可与管片共同抵御围岩的应力变形，并与围岩结合成一个整体，重新形成一种新的应力平衡体，防止地层沉降。
1地铁盾构施工中存在的问题
1.1地表沉降
在使用盾构机对地下空间挖掘时，出土量过大极易导致地表沉降。通常，挖掘一环的出土量固定，然而，针对不同底层与不同松散系数，若掘进过程出现超挖现象，导致地下出土量过大，地表将出现沉降现象。通常，为控制地表沉降问题，降低施工风险，在衬砌环壁后，进行同步注浆。若掘进时出土量过大而注浆量不足，将无法及时有效地管控地表沉降；若注浆量过大，将导致地表隆起。
1.2开挖面失稳
在地铁盾构施工中，开挖面失稳的出现，主要是因开挖过程中遭遇流沙或管涌，盾构机出现磕头和突沉现象，前面地层若突然出现空洞，导致盾构机偏移固定轴线或隧道塌方等，也可能导致开挖面失稳。另外，盾构机开挖过程中，若出现超浅覆土，也可能引发冒顶问题，盾构推进时，若突发涌水，可导致盾构机正面大范围塌方，这些均为开挖面失稳常见现象，施工人员应提前规避，保证地铁盾构施工顺利进行。
2影响同步注浆加固质量的因素分析
2.1注浆材料及其配比
注浆材料及其配比不同，形成的浆液在强度、流动性、填充性、凝结时间、收缩率等方面存在较大差异，直接影响同步注浆加固质量。若注浆材料及其配比选择不当，则同步注浆加固质量较差，浆液就起不到稳定管片的作用，导致管片上浮或下沉，可能会引起施工安全方面的问题。
2.2同步注浆压力
同步注浆地层中浆液压力应大于该点的静止水压与土压力之和，但浆液压力又不能过高。若注浆压力过高，可能会破坏围岩原有土体的稳定结构，严重时将导致地表隆起变形，甚至在软土浅埋地层中会出现冒浆的情况。同时管片也可能因注浆压力过高产生应力集中现象，导致管片错台、变形，影响管片的成型姿态。
3同步注浆加固质量的控制
3.1同步注浆配比
同步注浆材料由水泥、粉煤灰、砂、膨润土、水和减水剂等组成。硬岩掘进中的同步注浆浆液，应重点考虑增加浆液的流动性，由于硬岩地层短时间产生沉降量较少，地层稳定性较好，管片与地层之间的间隙较大。
因此浆液配比要在保证砂浆稠度、固结率、强度等指标的基础上延长凝结时间(控制在8~12h)，以获得更为均匀的填充效果。软土、砂层等地层短时间内沉降较大，地层稳定性较差。因此，浆液配比要在保证砂浆稠度、固结率、强度等指标的基础上缩短凝结时间(控制在3~6h)，以便在较短的时间内加固地层，增强地层的稳定性，减少沉降量。盾构机在下穿特殊地表建筑下方时对注浆的要求极为苛刻，例如铁路、高速公路、关键建筑等，往往要求地表沉降、隆起不得超过2mm/天。注浆凝固时间、强度等指标往往都需要进行数十次实验、优化。减少凝固所需时间、强度达到指标要求的同时注浆机内的浆液也会加速凝固，如果盾构机发生故障停机，那么浆液凝固的可能性就大大提升，所带来的风险就会陡然提升：沉降量超限、地表裂缝、建筑物裂缝甚至倾斜，所导致的经济甚至政治影响都是无法预估的。
3.2同步注浆材料选择的确定
注浆材料应根据工程地质条件、隧道条件和工程环境进行选择，同时注浆材料应满足强度、流动性、填充性、凝结时间、收缩率等施工要求。本研究通过对水泥单液浆和水泥-水玻璃双液浆两种注浆材料的性能进行对比，发现水泥-水玻璃双液浆流动性差，极易导致堵管且价格较贵；相比之下，水泥单液浆具有填充性好、强度高、收缩率低、价格便宜等优势。考虑到施工的安全性、经济性、地层的适应性等因素，本研究采用工程技术较成熟、应用较普遍的水泥单液浆作为同步注浆材料。
3.3同步注浆量的确定
（1）注浆量的理论计算同步注浆用来填充盾构机的刀盘与管片外径所产生的环形间隙，因此理论注浆量应等于环形间隙的体积，本研究采用的理论计算公式为2212()4VLDDπ=−，（1）式中：V为理论环形注浆量；L为环宽；D1为开挖直径；D2为管片外径。（2）注浆量的经验修正由于盾构机穿越的地层较为复杂，盾构掘进过程中理论出土量与实际出土量存在偏差，所以根据施工经验，一般盾构机每环的实际出土量应控制在理论值的95%~110%，而实际注浆量的大小应根据实际出土量调整为理论值的1~1.25倍，以补充围岩间隙，使同步注浆量能够充分地填充环形间隙。本研究根据现场测试，确定实际注浆量随实际出土量的变化关系，并得出对应的调整系数，再结合注浆量的理论计算公式，得出注浆量的经验修正值。当然，具体的调整系数还应结合地层、注浆压力、管片成型质量等来综合确定。
3.4盾构进出洞施工问题防治
在盾构进出洞施工中，为有效规避风险，保证进出洞施工顺利进行，应采取如下措施：（1）根据施工实际情况，落实合理的加固方案；（2）在进入加固区之前，应严格控制盾构机操作，并向开挖面适当注入膨润土泥浆；（3）盾构机应低速推进，大刀盘也应低速转动，避免出现负荷运转现象，导致盾构机进入接收工作井之前大刀盘被旋喷桩或搅拌桩卡住，致使盾构机推进不力；（4）始发台需要承受盾构重力、盾构机推进摩擦力，因盾构机重达百吨以上，始发台必须具有较高的强度与刚度，为盾构机推进奠定基础；（5）盾构工作井加固时，应依照地质条件、水文条件及周围环境来选择加固方式，加固后，应保证土体的无侧限抗压强度约在0.15MPa，加固土体应保证密封性、均匀性良好，避免流沙，为盾构安全进出洞提供帮助。
结束语
本研究在分析盾构同步注浆目的的基础上，从同步注浆材料选择、主要技术参数设定、施工流程优化等方面进行综合控制，确保同步注浆每个环节的施工质量，分析得到以下结论：1）水泥单液浆适用于软弱、富水地层，具有填充性好、强度高、收缩率低、价格便宜、工艺成熟等优势；2）同步注浆量和注浆压力应以理论计算为基础，并应根据施工经验进行适当调整，一般为在理论值基础上再增大20~100kPa；3）从注浆系统和注浆分析两方面进行施工质量控制，按照所设计的同步注浆流程和相应环节的质量控制标准，可提高同步注浆加固质量。
参考文献
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